专题五网络体系结构及协议-Read
网络体系结构及协议
问题亟待解决，向IPv6过渡成为必然趋势。
02
网络安全性问题
随着网络攻击手段不断升级，现有网络体系结构在安全性方面存在诸多
漏洞，如DDoS攻击、网络钓鱼等，需要加强安全防护。
03
网络可扩展性问题
现有网络体系结构在面对大规模数据传输和海量设备连接时，存在可扩
展性不足的问题，难以满足未来物联网、5G等应用场景的需求。
02
ICMP（互联网控制 消息协议）
用于在IP主机和路由器之间传递 控制消息，如网络不可达、超时 等。
03
IGMP（互联网组管 理协议）
用于IPv4网络中的多播组成员资 格管理。
数据链路层和物理层协议
数据链路层协议
如Ethernet、PPP等，负责将数据封装成 帧进行传输，并提供错误检测和流量控 制等功能。
内容过滤
检查数据包内容，拦截恶意代码、垃圾邮件等不良信息。
防火墙原理及功能介绍
日志记录
记录网络访问和数据传输情况，便于审计和 故障排查。
VPN支持
提供虚拟专用网络功能，保障远程访问的安 全性。
典型防火墙配置案例分析
案例一
小型企业网络防火墙配置
配置目标
保护内部网络免受外部攻击，限制员工上网行为。
典型防火墙配置案例分析
协议作用
网络协议是网络通信的基础，它使得 不同厂商生产的计算机和网络设备能 够相互通信，实现网络资源的共享和 信息的交换。
协议层次结构划分
OSI七层模型
01
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应
用层。
TCP/IP四层模型
02
网络接口层、网络层、传输层、应用层。
五层模型
03
计算机网络体系结构与协议
计算机网络体系结构与协议计算机网络是指将多台计算机或其他网络设备连接起来，使它们可以相互通信和共享资源的系统。
计算机网络体系结构是指计算机网络的组织结构和层次化设计，而协议则是网络中计算机之间进行通信时所遵循的规则和约定。
本文将分别介绍计算机网络体系结构和常见的网络协议。
计算机网络体系结构计算机网络体系结构通常采用分层的设计，将整个网络系统划分为若干层次，每一层都有自己的功能和责任。
常见的计算机网络体系结构包括OSI参考模型和TCP/IP参考模型。
OSI参考模型是由国际标准化组织（ISO）制定的一种通用的网络体系结构模型。
它将计算机网络通信划分为七个层次，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
每一层都有自己的功能和责任，通过分层设计可以使网络系统更加灵活和易于管理。
TCP/IP参考模型是互联网所采用的网络体系结构模型，它将计算机网络通信划分为四个层次，分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。
TCP/IP参考模型是目前互联网上最常用的网络体系结构模型，它简洁明了，易于实现和管理。
除了OSI和TCP/IP参考模型外，还有一些其他的网络体系结构模型，如IBM的SNA（系统网络体系结构）、苹果公司的AppleTalk 等。
不同的网络体系结构模型有着不同的特点和适用范围，可以根据具体的网络需求来选择合适的网络体系结构。
网络协议网络协议是计算机网络中用于数据通信的一种规则和约定，它定义了计算机之间进行通信时所遵循的格式、顺序和错误处理等规则。
常见的网络协议包括TCP/IP协议、UDP协议、HTTP协议、FTP 协议、SMTP协议等。
TCP/IP协议是互联网上最常用的协议之一，它是一种可靠的、面向连接的协议，能够确保数据的可靠传输。
TCP协议负责数据的分段、传输和重组，而IP协议则负责数据的路由和寻址。
TCP/IP 协议是互联网上各种网络设备之间进行通信的基础，几乎所有的网络应用都是基于TCP/IP协议进行通信的。
网络体系结构、协议和软件系统
远程访问服务
分布式计算服务
应用软件在分布式计算环境中需要网络支 持，以实现分布式系统之间的协同工作和 资源共享。例如，云计算、网格计算等。
应用软件支持远程访问服务，使得用户能 够通过网络访问远程计算机上的资源和应 用。例如，远程桌面、远程文件传输等。
中间件技术在网络体系结构中的应用
消息中间件
消息中间件是一种基于消息的分布式系统通信方式，它能够在不同平台和应用之间传递消息，实现异步通信和消息队 列等功能。
组成
网络体系结构通常包括物理层、数据 链路层、网络层、传输层、会话层、 表示层和应用层等层次，每层都有其 特定的功能和服务。
发展历程及现状
发展历程
网络体系结构经历了从ARPANET到TCP/IP的演变过程，期间出现了OSI七层模型等重要的网络体系 结构。
现状
目前，TCP/IP协议族已成为事实上的国际标准，被广泛应用于Internet和各类计算机网络中。同时， 随着云计算、物联网等新技术的发展，网络体系结构也在不断演进和完善。
针对特定应用场景，软件系统可 以采用协议优化算法来提高传输 效率，如拥塞控制、流量整形等。
协议扩展和定制
为了满足特殊需求，软件系统可 以对现有协议进行扩展或定制， 以适应特定的网络环境和应用场 景。
案例分析
HTTP/HTTPS协议与Web浏览器： Web浏览器通过HTTP/HTTPS协议与 Web服务器进行通信，实现网页的浏 览和数据的传输。协议的特点如请求 /响应模型、无状态性等对浏览器的 设计和实现产生了重要影响。
协议决定互操作性
为了实现不同软件系统之间的互操作，必须遵循相同的网络协议。协 议的标准化和兼容性对软件系统的互操作性具有重要影响。
软件系统对协议实现的支持和优化措施
网络体系结构及网络协议课件
目 录
• 网络体系结构概述 • OSI模型 • TCP/IP模型 • 网络协议详解 • 网络安全与协议 • 未来网络体系结构展望
01 网络体系结构概述
什么是网络体系结构
总结词
网络体系结构是计算机网络中各层功 能及其相互关系的集合，定义了网络 中数据传输和通信的规则。
DNS协议
总结词
域名系统，将域名转换为IP地址。
详细描述
DNS协议是互联网上用于将域名转换为IP地址的一种分布式数据库系统。通过DNS协议，用户可以在 浏览器中输入域名，而不是IP地址，来访问网站。DNS协议将域名解析为相应的IP地址，以便计算机 能够相互通信。
FTP协议
总结词
文件传输协议，用于在网络上传输文件。
远程办公 企业通过SSH协议建立安全的远程登 录通道，保证远程办公数据的安全性。
域名系统（DNS） DNS通过DNSSEC协议提供安全可靠 的域名解析服务，保护用户免受DNS 欺骗攻击。
06 未来网络体系结构展望
软件定义网络（SDN）
总结词
软件定义网络是一种新型网络体系结构，通过将网络控制与 转发分离，实现网络资源的灵活管理和调度。
DNSSEC协议
DNSSEC协议是一种DNS安全扩展协议，可以为DNS查询提供数据完 整性和源认证等安全保护。
网络安全协议的应用场景
电子商务 电子商务网站通过SSL/TLS协议对用户 提交的敏感信息进行加密传输，保证交
易数据的安全性。 虚拟专用网络（VPN） VPN通过IPsec协议建立安全的网络 连接，保护数据传输的安全性。
应用层
直接为用户提供服务，如文件传输、电子邮件和网页 浏览等。
表示层
计算机网络体系结构与协议
3，第5层 会话层
会话层负责在应用进程之间建立、组织和同步会话。解 决应用进程之间会话的许多具体问题。
会话层为表示层提供服务，同时会话层也同步表示层实 体之间的对话，管理它们之间的数据交换。
传输层：TCP/IP参考模型的传输层定义了两种协议，即 传输控制协议（TCP）与用户数据报协议（UDP）
应用层：应用层包括了所有的高层协议，并且不断有新的协议 加入。
3.4 OSI与TCP/IP的比较
1,模型对比 ① OSI采用的是七层模型,而TCP/IP是四层结构(实际上是 三层结构) ② TCP/IP参考模型的网络接口层实际上没有真正的定义, 而OSI参考模型不仅分了两层,,而且每一层的功能都很详尽
①TCP/IP网络协议
TCP/IP（传输控制协议/网际协议）网络体系结构源于美 国ARPANET工程，由它的两个主要协议即TCP协议和IP协 议而得名。实际上TCP/IP框架包含大量的协议和应用， TCP/IP是多个独立定义的协议的集合，简称TCP/IP协议集。
②TCP/IP参考模型与层次
1，模型分析
8，协议数据单元 协议数据单元是对等实体之间通过协议传送的单元 位于不同系统的同一层次的实体叫做对等实体
9，接口数据单元 接口数据单元又称服务数据单元，是相邻层之间通过接口
传递的数据单元。
10，服务与协议的关系 实体使用协议的最终目的是为了实现它所需提供的服务，
每一层可以根据需要选择和改变本层所使用的协议，而不影 响高层软件的实现
③即事件实现顺序的详细说明
3，分层的好处 对于复杂的网络协议，其结构最好采用层次式。分层可以
网络体系结构与协议
网络体系结构与协议一、OSI/RM模型OSI／RM是ISO在网络通信方面所定义的开放系统互连模型，1978 ISO（国际化标准组织）定义了这样一个开放协议标准。
有了这个开放的模型，各网络设备厂商就可以遵照共同的标准来开发网络产品，最终实现彼此兼容。
整个OSI／RM模型共分7层，从下往上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图1所示。
当接受数据时，数据是自下而上传输；当发送数据时，数据是自上而下传输。
下面简要介绍这几个层次。
（1）物理层这是整个OSI参考模型的最低层，它的任务就是提供网络的物理连接。
所以，物理层是建立在物理介质上（而不是逻辑上的协议和会话），它提供的是机械和电气接口。
主要包括电缆、物理端口和附属设备，如双绞线、同轴电缆、接线设备（如网卡等）、RJ－45接口、串口和并口等在网络中都是工作在这个层次的。
物理层提供的服务包括：物理连接、物理服务数据单元顺序化（接收物理实体收到的比特顺序，与发送物理实体所发送的比特顺序相同）和数据电路标识。
（2）数据链路层数据链路层是建立在物理传输能力的基础上，以帧为单位传输数据，它的主要任务就是进行数据封装和数据链接的建立。
封装的数据信息中，地址段含有发送节点和接收节点的地址，控制段用来表示数格连接帧的类型，数据段包含实际要传输的数据，差错控制段用来检测传输中帧出现的错误。
数据链路层可使用的协议有SLIP、PPP、X25和帧中继等。
常见的集线器和低档的交换机网络设备都是工作在这个层次上，Modem之类的拨号设备也是。
工作在这个层次上的交换机俗称“第二层交换机”。
具体讲，数据链路层的功能包括：数据链路连接的建立与释放、构成数据链路数据单元、数据链路连接的分裂、定界与同步、顺序和流量控制和差错的检测和恢复等方面。
（3）网络层网络层属于OSI中的较高层次了，从它的名字可以看出，它解决的是网络与网络之间，即网际的通信问题，而不是同一网段内部的事。
网络体系结构与网络协议
网络体系结构与网络协议网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念。
本章将从层次、服务与协议的基本概念出发，对OSI参考模型、TCP／IP 协议与参考模型，以及网络协议标准化与制定国际标准的组织进行介绍。
学习要求：●掌握：协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念。
●掌握：网络体系结构的层次化研究方法。
●掌握：OSI参考模型及各层的基本服务功能。
●掌握：TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本服务功能与主要协议。
●了解：OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。
●了解：网络协议标准组织，RFC文档、Internet草案与Internet 协议标准的制定过程。
计算机网络的四个重要的概念➢协议（protocol）➢层次（layer）➢接口（interface）➢体系结构（architecture）计算机网络是由多个互联的结点组成的，结点之间需要不断地交换数据与控制信息。
要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则。
一个协议就是一组控制数据通信的规则。
这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。
哲学家-翻译-秘书结构网络协议的概念网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；➢网络协议的三要素：语义、语法与时序：➢语义：用于解释比特流的每一部分的意义；➢--表示做什么➢语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义；➢--表示要怎么做➢时序：事件实现顺序的详细说明。
➢--表示什么时候做社会上存在的邮政系统协议(Protocol)●协议是一种通信规约。
●为了保证计算机网络中大量计算机之间要有条不紊地交换数据，必须制定一系列的通信协议。
层次（layer）➢层次是人们对复杂问题处理的基本方法；➢将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；➢对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；➢不同的系统分成相同的层次；➢不同系统的最低层之间存在着“物理”通信；➢不同系统的对等层次之间存在着“虚拟”通信；➢对不同系统的对等层之间的通信有明确的通信规定；➢高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。
计算机网络技术计算机网络体系结构与协议
计算机网络技术计算机网络体系结构与协议计算机网络技术: 计算机网络体系结构与协议计算机网络技术是现代社会不可或缺的一部分，它推动着信息交流和全球化。
计算机网络体系结构和协议是构建计算机网络的基础。
本文将介绍计算机网络体系结构的三层模型和常见的网络协议。
一、计算机网络体系结构计算机网络体系结构是指计算机网络中不同层次的组织和协调关系。
最常见的计算机网络体系结构是OSI（开放式系统互联）参考模型和TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）模型。
1. OSI参考模型OSI参考模型是计算机网络体系结构的一种标准化框架，它将计算机网络划分为七个层次：（1）物理层：负责传输物理位，控制硬件设备之间的电信号传输。
（2）数据链路层：将物理传输的数据分组组装成帧，并提供错误检测和纠正。
（3）网络层：负责在网络中寻找最佳路径，并进行路由和转发。
（4）传输层：提供端到端的可靠数据传输，并进行流量控制和拥塞控制。
（5）会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。
（6）表示层：处理数据的格式，进行数据压缩和加密。
（7）应用层：提供应用程序之间的通信，并实现特定协议的功能。
2. TCP/IP模型TCP/IP模型是互联网通信协议族的基础，它将计算机网络划分为四个层次：（1）网络接口层：与物理网络硬件交互，提供数据链路和物理地址。
（2）网络层：进行源到目的地的传输，提供IP地址和路由功能。
（3）传输层：提供端到端的数据传输，包括TCP和UDP。
（4）应用层：实现特定的网络应用，包括HTTP、FTP、SMTP等。
二、常见的网络协议网络协议是计算机网络中进行通信和数据交换的规则和标准。
下面介绍几个常见的网络协议。
1. HTTP（超文本传输协议）HTTP是一种用于传输超文本的协议，它是Web应用的基础。
通过HTTP，客户端（浏览器）可以向服务器发送请求，并获取服务器返回的数据。
2. FTP（文件传输协议）FTP是一种用于在计算机之间传输文件的协议。
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专题五：网络体系结构及协议
☐网络体系结构是计算机之间相互通讯的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。
如TCP/IP 或OSI等
☐网络协议是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息进所必须遵守的规则的集合。
如IP或IPX等。
☐协议主要包括以下几个要素：
1、语法（syntax）:包括数据格式、编码及信号电平等。
2、语义（semantics）:包括用于协调和差错处理的控制信息。
3、定时（timing）:包括速度匹配和排序。
网络体系结构及协议
☐OSI（开放系统互连）参考模型
OSI/RM参考模型提出了用分层的方法实现计算机网络的互联与互操作功能。
按照这种技术（指分层）构造的系统可以从逻辑上看成是一些连续层次的组合，就是把一个复杂的问题划分为不同的局部问题，并规定每一层所必须完成的功能。
下层为上层提供服务，上下层之间靠预先定义的接口联系，每一层的功能都是在其下层功能的基础上实现的。
这样，网络体系分层的方法就把复杂问题分解成多个独立且较容易解决的子问题。
☐OSI（开放系统互连）参考模型共分为七层
⏹物理层
⏹数据链路层
⏹传输层
⏹网络层
⏹会话层
⏹表示层
⏹应用层
☐物理层
⏹功能
☐提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电器的、功能
的和规程的特性。
☐有关在物理链路上传输非结构的位流和故障检测指示。
⏹介质:是传输信号能够通过的各种各样的物理环境。
为了使计算机能够彼此
之间进行通信，必须在物理上对它们进行连接。
☐屏蔽双绞线
☐非屏蔽双绞线
☐直通、交叉电缆及586A、586B标准
☐同轴电缆
☐光纤
⏹设备
☐收发器
☐中继器
☐多端口中继器
⏹冲突与冲突域的概念
☐数据分组产生和发生冲突的这样一个区域被称为冲击域。
☐数据链路层
⏹功能:
☐在网络层实体间提供数据发送和接收的功能和过程
☐提供数据链路的流控
⏹特点:
☐通过逻辑链路控制LLC与高层进行通信
☐使用一个平的寻址方案
☐使用帧技术来组织数据的各比特
☐使用介质访问控制来选择哪一台计算机传送数据
⏹MAC地址的概念:
☐是标识一台主机的硬件地址
☐组成：生产商+序列号共48位
⏹MAC广播
⏹设备
☐网桥
☐交换机
☐网络层
⏹功能:
☐控制分组传送系统的操作、路由选择、拥挤控制、网络互连等功能，它的作用是将具体的物理传送对高层透明
☐根据传输层的要求来选择服务质量
☐向传输层报告未恢复的差错
⏹网络层地址
☐网络层地址是一个分级的地址，由网络号+主机号组成
⏹协议:
☐ARP地址解析协议:不知目的主机的MAC
☐RARP:不知自己的IP
☐路由选择:用来确定被路由协议为了到达目标所遵循的路径
☐补路由选择:能够在互联网络之间进行路由选择
☐传输层
⏹功能:
☐提供建立、维护和折除传送连接的功能
☐选择网络层提供最合适的服务
☐在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制
⏹面向的连接
⏹面向数据报
☐会话层
⏹此层建立、维护管理和终止应用程序会话连接。
☐表示层
⏹主要解决用户信息的语法表示问题。
表示层与程序使用的数据结构有关。
如
信息的编码、加密、解密、压缩、数据翻译和格式转换等。
☐应用层
⏹此层为应用程序（如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务。
☐分层的工作方式
⏹低层为高层服务
⏹对等层之间的通讯方式
☐TCP/IP协议
☐TCP/IP的分层模型
⏹TCP/IP是由一系列协议组成的，TCP/IP的分层模型是由基于硬件层次上的
四个概念性层次构成
⏹网络接口层
⏹网络接口层是TCP/IP的最低层，负责网络层与硬件设备的联系，接收IP数
据报并发送到选定的网络。
该层传送对象为特定网络帧。
⏹IP层
☐IP层对应OSI的网络层，它解决的是主机到主机间的通信问题，它包含三个功能:
☐处理分组发送请求，组装IP数据报，选择路径，将数据报
发往适当的网络接口。
☐处理数据报。
☐处理路径选择、流量控制、阻塞等工作。
☐该层传输对象为IP数据报。
☐传输层
⏹传输层对应OSI的传输层，它解决的是进程与进程的通信问题。
也就是通常
所说的“端到端”通信。
它的功能是对信息流进行调节，提供可靠地传输，确
保数据无误地到达目的地。
传输对象为传输协议分组。
☐应用层
⏹应用层提供一组常用的程序给用户，以便访问TCP/IP网络提供的服务。
应
用程序负责发送和接收数据，它们可以是独立的报文序列，也可以是连接的
字节流
☐IP 协议
⏹IP协议是TCP/IP协议簇的核心协议之一，它的基本任务是通过互连网传输
数据报，各个数据报是相互独立的，它基于数据链路层的服务，而向TCP
层提供服务。
⏹一个TCT/IP互联网络提供了三组服务：连接分组传送服务、可靠的传送服
务和应用服务。
⏹IP协议是一种不可靠的、使用无连接传送机制的协议。
⏹IP协议提供了三个重要定义。
⏹定义了数据传送的基本单元，规定了传送数据的格式。
⏹IP软件完成路由选择功能。
⏹不可靠传送原则：分组处理、差错信息发生、分组丢弃等的规则。
⏹IP数据报格式：了解数据报头的格式信息。
⏹IP数据报选项：用于网络测试或调试，包括记录路由选项、路由表、时间戳
选项等。
☐IP地址
⏹表示的方法
⏹分类
⏹现行IP地址不足且浪费严重
⏹解决方法：
☐子网掩码
☐可变长子网掩码
☐无类别域间路由选择
☐TCP协议
⏹TCP定义了两台计算机间进行可靠传输而交换的数据和确认信息的格式，以
及计算机为了确保数据的正确到达而采取的措施。
⏹TCP是一个面向连接（以端点：主机和端口）的协议，即在TCP进行网络
通信前，通信双方必须先建立连接，然后再进行通信。
它采用了确认、超时
重发、流量控制等各种技术来保证可靠性的实现。
它使用三次握手协议来建
立连接，三次握手协议是连接两端正确同步的充要条件，同样，它使用修改
的三次握手协议来关闭连接，以结束会话。
☐在协议层次中位于IP层之上。
它允许一台计算机上的多个应用程序同时进行通信，也能对接收的数据进行分解，分别送到多个应用程
序。
☐TCP使用专门的滑动窗口机制来解决传效率和流量控制问题。
但不能解决整个网络的拥挤问题。
☐TCP报文格式：报头和数据。
☐TCP提供可靠传输，可靠传输服务有5个特征：面向数据流、虚电路连接、有缓冲的传输、无结构的数据流和全双工连接。
☐UDP协议
⏹UDP能够在给定的主机上识别多个目的地址，同时允许多个应用程序在同
一个台主机上工作并能独立地进行数据报的发送与接收。
⏹UDP协议也是一种不可靠的、使用无连接传送机制的协议，其可靠性问题
由使用UDP的应用程序来解决。
⏹UDP报文的格式：报文头和数据两部分。
其中报文头包括：源端口、目的
端口、报文长度和校验和。
⏹UDP的分层与封装：
UPD处于TCP/IP四层中的第三层，即IP层之上。
在传输时，先封装到IP数据报中IP层用），后封装到帧中（网络接口层用）。
注意区别：IP报头源和目的主机的IP地址；而UDP层的报头指明了源和目的主机上的端口。
⏹UDP也提供复用和分解功能，它通过端口机制实现。