计算机网络 第二章 网络体系结构与网络协议

计算机网络 第二章 网络体系结构与网络协议：网络体系结构、参考模型、网络标准化

网络体系结构与网络协议

• 网络体系结构
  • 协议
    • 定义
      • 为网络数据交换而指定的规则、约定与标准
    • 三要素
      • 语义
        • 用于解释比特流的每一部分的意义
      • 语法
        • 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
      • 时序
        • 事件实现顺序的详细说明
  • 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
    • 高层次使用底层提供的服务时，并不需要知道低层次服务的具体实现方法
  • 接口
    • 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点
    • 同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，底层向高层通过接口提供服务
    • 只要接口条件不变、底层功能不变，底层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作
  • 网络体系结构
    • 定义
      • 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构
      • 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义
    • 优点
      • 各层之间独立，各层都可以采用最合适的技术来实现
      • 灵活性好
      • 易于实现和维护
      • 有利于促进标准化
  • OSI
  • TCP/IP
• 参考模型
  • OSI（开放系统互连参考模型）
    • 七层结构
      • 应用层
        • 功能
          • 为应用程序提供网络服务
          • 识别并保证同行双方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步
          • 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制
      • 表示层
        • 功能
          • 处理在两个通信系统中交换信息的表示方式
          • 数据格式变换
          • 数据加密与解密
          • 数据压缩与恢复
      • 会话层
        • 功能
          • 不参与具体的数据传输，只对数据进行管理
          • 负责两个结点之间的传输链接，确保点到点传输不中断
      • 合并
      • 传输层
        • 功能
          • 从底向上第一个提供端口到端口服务的层
          • 向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层
        • 数据传输单元
          • 报文
        • 典型协议
          • TCP
          • UDP
      • 网络层
        • 功能
          • 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择适当的传输路径
          • 为数据在结点之间传输创建逻辑链路
          • 实现流量控制、拥塞控制和网络互联
        • 数据传输单元
          • 分组
        • 典型设备
          • 路由器
          • 带有路由功能的三层交换机
      • 数据链路层
        • 功能
          • 在通信实体间建立数据链路连接
          • 采用差错控制与流量控制方法，是使有差错的物理线路变成无差错的数据链路
        • 数据传输单元
          • 以“帧”为单位的数据包
        • 典型协议
          • 停止等待协议
        • 典型设备
          • 二层交换
      • 物理层
        • 功能
          • 利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接，主要涉及机械、电子和时序接口，以及物理层之下的传输介质
          • 实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务
        • 数据传输单元
          • 比特
        • 代表设备
          • 中继器
            • 放大信号，继续传输
          • 集线器
      • 合并
    • 缺点
      • 层次划分不太合理
      • 将“服务”和“协议”的定义解和，使得模型复杂，实现困难
      • 寻址、流量与差错控制在多个层次中出现，降低系统运行效率
      • 忽略数据安全性、加密与网络管理
      • 不适用于计算机与软件的工作方式
  • TCP/IP
    • IP:网际协议
    • 四层结构
      • 应用层
        • 大量的应用层协议：
          • HTTP、SMTP
          • DNS、RTP
          • TELNET
            • 远程登陆
          • SNMP
      • 传输层
        • 功能
          • 在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端到端连接
        • 两个主要协议
          • TCP(传输控制协议)
            • 可靠的面向连接协议
          • UDP(用户数据协议)
            • 不可靠的无连接协议
      • 网络层
        • 协议
          • IP是核心协议
          • ICMP
            • 报告错误
          • ARP
            • 地址解析
          • IGMP
        • 功能
          • 处理互联的路由选择、流控与拥塞问题
        • 数据单元
          • IP分组
      • 网络接口层
        • 特点
          • 体现了TPC/IP协议的兼容性与适应性
        • 功能
          • 没有规定具体的内容，这样可以互联各种不同的接口，如有线的以太网接口，无线的WIFI接口，局域网的Ethernet、令牌网、分组交换的X.25，帧中继，ATM协议
        • 数据单元
          • 通过网络发送和接收IP数据报
      • 路由器一般只包含这两层
    • 优点
      • 是自由发展、自由开放的协议
      • 自身的开放性和兼容性使得很多大的公司都支持它。IBM、DEC、microsoft
      • 很多网络OS都支持它。NetWare、NT、Unix
    • 缺点
      • 没有明确区分服务、接口和协议的概念
      • 不通用，不适用于其他非TCP/IP协议族
      • 网络接口层本身不是实际的一层
  • 五层参考模型(教学用)
    • 应用层
      • 应用层PDU
    • 运输层
      • 运输层报文
    • 网络层
      • IP数据报(分组)
    • 数据链路层
      • 数据链路层帧
    • 物理层
      • 比特流
• 网络标准化
  • 网络连接服务
    • 面向连接服务
      • 连接建立
      • 连接维护
      • 释放连接
      • 特点
        • 分组可不带目的节点地址
        • 专用通道，一段发送，另一端取出数据
        • 适用于一定周期内向同一目的地发送许多报文
      • 优点
        • 收发顺序不变，传输可靠性好
      • 缺点
        • 协议复杂，通信效率不高
    • 面向无连接服务
      • 特点
        • 不需要建立连接，无专用通道
        • 各分组携带目的节点地址，单独传送
        • 适用于传送少量零星，可接受丢失的报文
      • 优点
        • 协议简单，通行效率高
      • 缺点
        • 接收的分组可能乱序、重复或丢失
        • 可靠性不好
  • 网络标准化
    • 电信领域
      • 国际电信联盟ITU
        • 电信标准化部门ITU-T
        • 无线电通信部门ITU-R
        • 发展部门ITU-D
    • 国际标准领域
      • 国际标准化组织ISO
      • 电气电子工程师协会IEEE
    • Internet标准领域
      • Internet活动委员会IAB
      • 万维网联盟W3C
• 计算机
• 路由器
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层
  • 各层添加首尾部后，查询下一路由器地址， 再删除首尾部，来到物理层继续传输
• 应用进程数据