CN_计算机网络体系结构概念@IP数据报(分组)结构@各层报文(PDU)之间的关系@PDU协议数据单元

计算机网络的组成

组成部分角度

• 硬件
  • 主机(端系统)
  • 通信链路(光纤/双绞线)
  • 交换设备(路由器,交换机)
• 软件
  • 实现资源共享的软件
  • 方便用户使用的各种工具软件
    • 网络操作系统
    • 邮件收发程序
    • FTP程序
    • 聊天程序
    • …
• 协议
  • 计算机网络的核心部分
  • 规定了网络传输时遵循的规范

工作方式角度

• 边缘部分
  • 所有连接到Internet上,供用户直接使用的主机组成
    • 用来进行通信和资源共享
• 核心部分
  • 大量的网络和链接这些网络的路由器组成

功能组成

• 通信子网
  • 包括
    • 各种传输介质
    • 通信设备
    • 相应的网络协议组成
  • 使得网络具有
    • 数据传输
    • 交换
    • 控制
    • 存储的能力
    • 实现联网计算机之间的数据通信
• 资源子网
  • 实现资源共享的设备及其软件的集合
    • 向网络用户提供其他计算机上的
      • 硬件资源
      • 软件资源
      • 数据资源

计算机网络数据单元基本联系

基本概念

实体

• 任何可以发送或接受信息的
  • 硬件
  • 软件进程
  • 通常是一个软件模块

对等层

• 不同机器上的同一层称为对等层

对等实体

• 同一层的不同实体称为对等实体

• 第n层(下层)实体实现的服务为第n+1层(上层)提供服务

协议@接口@服务

• 

协议

• 规则的集合
  • 具有线路管理
  • 差错控制
  • 数据转换等功能
• 由3部分组成
  • 语法
    • 规定传输格式
  • 语义
    • 定义功能
      • 控制信息
      • 动作
      • 应答
  • 同步
    • 事件执行顺序的详细说明
    • 规定执行动作的条件和时序

接口

• 相邻层间接口

  • 系统层次的上下层之间进行通信的接口
  • 本层(第N层)的SAP是其上层(第N+1层)可以访问本层(第N层)(提供的)服务的地方

• 同一结点内,相邻两层间交换信息的连接点

• 每层只能为紧邻的层次之间定义接口,不能跨层定义接口

• 同一结点相邻层的实体通过SAP(service access point)进行交互

  • SAP,not SPA

• 服务是通过SAP提供给上层使用的

服务访问点SAP

• 分层	SAP(向相邻上层提供的服务访问点)
  应用层	用户界面
  传输层	端口号
  网络层	IP地址
  数据链路层	网卡地址
  物理层	网卡接口

  • 例如:
    • 用户通过应用层的SAP:用户界面使用应用层的服务
    • 应用层使用传输层的SAP:端口号,来使用传输层提供的服务
    • …
    • 数据链路层通过使用物理的SAP:网卡接口,来调用物理层的服务

服务

• 下层为紧邻的上层提供功能调用(垂直)

服务原语

• 服务原语MAP(Service Primitive; primitives; MAP)
  • 请求(Request)
  • 指示(Indication)
  • 响应(Response)
  • 证实(Confirmation)
• 对于有应答服务,包括全部4类原语
• 无应答那服务,只有请求和指示两类原语
  • 响应和证实都是应答服务的范畴

报文(协议数据单元PDU)

• 体系结构的各层的报文(PDU)都包含两个部分
  • 数据部分SDU
  • 控制信息部分PCI

SDU

• 服务数据单元SDU(Service data unit:)为完成用户要求的功能而传送的数据,可以具体地把第n层的SDU记为:$n-SDU$

PCI

• 协议控制信息:控制协议操作的信息,可以具体地把第n层的PCI记为:$n-PCI$

PDU

• 对等层之间传送的数据单位,称为该层的PDU(Protocol data unit ),具体把第n层的PDU记为:$n-PDU$
• 为了书写结构清晰,将不同层的PDU用前缀LayerName@表示
  • 例如:物理层@PDU表示物理层的服务数据单元
• 每层的协议数据单元都有通俗的名称:
  • 传输层@PDU称为报文段
    • 对于TCP/IP模型而言
      • 采用TCP协议时PDU称为段(segment)
      • 采用UDP协议时PDU称为报文(datagram)
  • 网络层@PDU称为分组/包(packet)
    • 对于TCP/IP模型中网际层使用的IP协议,其协议数据单元PDU可以称为IP Datagram(IP数据报)
      • 和传输层UDP协议的datagram不一样
    • packet:网络释义:
      • 封包；分组；小包
  • 物理层@PDU称为比特(bit)
  • 数据链路层@PDU称为帧

OSI model PDU

Protocol data units of the OSI model are:[1]

• The Layer 4: transport layer PDU is the segment or the datagram.(段/报文,统称报文段)

• The Layer 3: network layer PDU is the packet.(分组(包))

• The Layer 2: data link layer PDU is the frame.(帧)

• The Layer 1: physical layer PDU is the bit or, more generally, symbol.(比特)

• Given a context pertaining to a specific OSI layer, PDU is sometimes used as a synonym for its representation at that layer.

Internet protocol suite PDU

Protocol data units for the Internet protocol suite are:

• The transport layer PDU is

  • the TCP segment for TCP ,
  • the datagram for UDP

• The Internet layer PDU is the packet.

• The link layer PDU is the frame.

• On TCP/IP over Ethernet, the data on the physical layer is carried in Ethernet frames.

关系

• $SDU+PCI=PDU$
  • 为了书写结构清晰,将上述的n-前缀用n@表示
    • $n@SDU+n@PCI=n@PDU$
    • 另外,由层间关系,可以知道
      • $n@PDU=(n-1)@SDU$
        • 也就是说,上一层(n)的PDU传给下一层(n-1)作为服务数据单元进行打包
        • 相邻层间的PDU和SDU的递推关系

review

传输层@网络层

• Segment

  • A segment is the unit of end-to-end transmission in the TCP protocol.
  • A segment consists of a TCP header followed by application data.
  • A segment is transmitted by encapsulation inside an IP datagram.

• IP Datagram

  • 和传输层的UDP协议的报文(Datagram)有所不同
  • IP协议是网络层(网际层)的,而且是专门指的TCP/IP4层模型
  • An IP datagram is the unit of end-to-end transmission in the IP protocol.
  • An IP datagram consists of an IP header followed by transport layer data, i.e., of an IP header followed by a message.
  • In the description of the internet layer , the unqualified term “datagram” should be understood to refer to an IP datagram.

网络层@数据链路层

• Packet
  • A packet is the unit of data passed across the interface between the internet layer and the link layer.
  • It includes an IP header and data.
  • A packet may be a complete IP datagram or a fragment of an IP datagram.

数据链路层@物理层

• Frame
  • A frame is the unit of transmission in a link layer protocol, and consists of a link-layer header followed by
    a packet.

用户数据在各层的封装

• 4次头部封装

• 总的来说,数据往越底层走,需要封装的内容就越多(处理的工序越多)

• 应用程序添加的头部

• TCP头部(传输层头部)

• IP头部(网络层头部)

• Ethernet头部和尾部(封装成帧)

  • 如果数据链路层局域网采用以太网技术,那么IP分组的大小不超过1500Byte(不足46Bytes时,需要数据链路层做填充处理)
  • 如果数据链路层采用的不是Ethernet,那么对IP分组的大小有其他要求
  • EtherNet 和各层数据报之间的大致关系:
    •