计算机网络体系结构

计算机网络体系结构

一、协议与划分层次

1、网络协议

• 网络协议（协议）：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准、约定

• 规定：交换数据的格式以及有关的同步问题

• 同步：在一定的条件下应当发生什么事件，含有时序的意思

• 网络协议三要素：

  	含义
  语法	数据与控制信息的结构或格式
  语义	需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
  同步	事件实现顺序的详细说明

• 网络协议：计算机网络不可缺少的组成部分

• 协议形式

  • 使用便于人来阅读和理解的文字描述
  • 使用让计算机能够理解的程序代码
  • 都必须做出精准的解释

2、分层

• 好处

  	原因
  （1）各层之间是独立的	仅知道该层通过层间的接口（界面）所提供的服务，只实现相对独立的功能
  （2）灵活性好	任何一层变化，只要层间接口不变，上层或下层都不受影响，服务可取消
  （3）结构上可分割开	各层采用最合适的技术实现
  （4）易于实现和维护	系统被分割为若干个相对独立的子系统，实现与调试系统变得容易
  （5）能促进标准化工作	每一层的功能有精确的说明

• 各层所要完成的功能

  	含义
  差错控制	使相对层次对等方的通信更加可靠
  流量控制	发送端的发送速率必须使接收端来得及接收
  分段和重装	发送端将要发送的数据块划分为更下的单位，在接收端还原
  复用和分用	发送端几个高层会话复用一条底层的连接，在接收端分用
  连接建立和释放	交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接

• 分层缺点：产生开销，存在有些功能在不同层次中重复出现

3. 网络体系结构

• 计算机网络的各层及其协议的集合
• 或者，计算机网络及其构件所应完成的功能的精准定义
• 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件、软件

二、具有五层协议的体系结构

	层数
OSI	七层协议体系结构	概念清楚、但是复杂不实用
TCP/IP	四层	得到广泛的应用

1. 应用层

	含义
应用层	体系结构的最高层
应用层任务	通过应用进程间的交互来完成特定网络应用
应用层协议定义	应用进程间通信和交互的规则
进程	主机中正在运行的程序
不同的网络应用有不同的应用层协议	域名系统DNS，HTTP协议、SMTP协议
应用层交互的数据单元	报文

2. 运输层

• 任务：负责向 两台主机中进程之间的通信 提供 通用的数据传输任务

• 应用进程利用 该服务传送应用层报文

• 特点

  	含义
  通用	多种应用可以使用同一个运输层服务
  复用	多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务
  分用	运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程

• 运输层协议

  	含义
  传输控制协议 TCP	提供面向连接、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是 报文段
  用户数据报协议 UDP	提供无连接、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户 数据报

3. 网络层

• 任务一：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务
• 发送数据：把运输层产生的报文段或用户数据报封装成 分组或包进行传送
• 任务二：选择合适的路由，让分组找到目的主机
• 互联网组成：大量的异构网络通过路由器相互连接
• 互联网使用的网络层协议：无连接的网际协议IP 和 许多种路由选择协议

4. 数据链路层

• 任务：将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送栈
• 帧：包括数据、必要的控制信息（同步、地址信息，差错控制）
• 控制信息的作用
  • 使接收端知道帧的开始位与结束位
  • 使接收端能够检测帧有无差错

5. 物理层

• 物理层传数据的单位：比特

• 任务：

  三个考虑
  多大电压代表 "1" 或 "0"
  接收方如何识别发送方发送的比特
  确定连接电缆的插头上的引脚数量以及引脚如何连接

• 解释比特代表意思不是物理层任务

• 传递信息的物理媒体（双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道），不在物理层协议之内，在物理层协议下面

TCP/IP：往往指互联网所使用的整个 TCP/IP 协议族

三、实体、协议、服务和服务访问点

• 实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

• 协议：控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合

• 协议的语法：定义所交换的信息的格式

• 协议的语义：定义发送者或接收者所要完成的操作

• 在协议控制下，对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务

• 实现本层协议，还要使用下面一层所提供的服务

• 协议与服务的区别

  协议	服务
  控制对等实体之间通信的规则	由下层向上层通过层间接口提供服务
  水平的	垂直的

• 协议与服务的联系

  • 协议的实现 保证了能够向上一层提供服务
  • 使用本层服务的实体 只能看见服务 而无法看见下面的协议

• 服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体进行交互（交换信息）的地方

• 协议另一特点：估计好所有的不利事件

• 确定计算机网络协议的正确：既要看正常情况下是否正确，还要仔细检查这个协议能否应付各种异常情况