第2章网络协议与网络体系结构

应用层 Application Layer 表示层 Presentation Layer 会话层 Session Layer 传输层 Transport Layer 网络层 Network Layer 数据链路层 Data Link Layer 物理层 Physical Layer ← 处理网络应用。 ← 数据表示。 ← 主机间进行通信。 ← 端到端的连接。 ← 查找最短路径及寻址。 ← 介质访问。 ← 二进制传输。
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OSI参考模型7层结构和传输数据类型
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2.2.2 OSI参考模型数据传输过程
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OSI参考模型环境
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OSI参考模型环境中的数据流
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(1)每层的协议是为了解决对等实体的对应层的通信问题而设计的， 每层的功能是通过该层协议规定的报头来实现的； (2)每层在把数据传送到相邻的下层时，需要在数据之前加上该层的 报头； (3)实际通过物理层传输的数据中包含着用户数据与多层嵌套的报头； (4)多层嵌套的报头体现了网络层次结构的思想； (5)应用进程的数据在OSI环境中经过复杂的处理过程，才能够送到 另一台主机的应用进程，但是对于每台主机的应用进程来说，环 境中数据流的复杂处理过程是透明的； (6)应用进程的数据好像是“直接”传送给对应的应用进程，这就是 开放系统在网络通信过程中的作用。
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2.1 网络协议
网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计 算机及交换机、路由器、防火墙等）之间通信 规则的集合，它规定了通信时信息必须采用的 格式和这些格式的意义。
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实 例
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2.1.1
协议的本质
正是由于协议的出现，各种网络才能够有机的 连接起来，实现互相通信和资源共享。从这个 意义上讲，“协议”就是网络的本质。 协议定义了网络上的各种计算机和设备之间 相互通信、数据管理、数据交换的一整套规则， 进而有了它们的“共同语言”。通过这些规则 （也称为约定），网络上的计算机之间才能够 进行通信。
根据分而治之的原则，OSI模型将整个通信原则是： 网络中各结点都有相同的层次；不同结点 的同等层具有相同的功能；同一结点内相邻层 之间通过接口进行通信；每一层使用其下层为 该层所提供的服务，并向其上层提供服务；各 结点的同等层，按照协议实现对等层之间的通 信。
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OSI参考模型
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2.1.4
网络层次结构
计算机网络采用层次结构具有以下优点： （1）各层之间相互独立。 （2）灵活性好。 （3）各层都可以采用最合适的技术来实现，各 层实现技术的改变不影响其他层。 （4）易于实现和维护。 （5）有利于促进标准化。
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2.2 OSI参考模型
产生背景：
1974年，IBM公司提出SNA，此后，许多公 司提出自己的网络体系结构，共同点是都采用分 层技术，但层次划分、功能分配与采用的技术均 不同。随着信息技术的飞速发展，各种计算机的 联网和各种计算机网络的互连成为迫切需要解决 的问题。
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2.1.2
协议的中心任务
1.
2.
3.
在计算机网络的一整套规则中，任何一 种协议都需要解决三方面的问题，即网 络协议三要素：语法、语义、时序。 语法用来规定信息格式； 语义用来说明通信双方应当怎么做； 时序详细说明事件的先后顺序。
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2.1.3
1．协议的功能 （1）分割与重组： （2）寻址： （3）封装与拆封： （4）排序： （5）信息流控制： （6）差错控制： （7）同步： （8）干路传输： （9）连接控制：
协议的功能和种类
2．协议的分类
（1）标准或非标准协议： （2）直接或间接协议：
3．整体的协议或分层的结构化协议
整体协议是一整套的规则，实施时， 这个协议作为一个整体。而分层的结 构化协议分为多个单位（结构）实施， 这样的协议是由多个部分（层次）复 合而成的；从这个意义上讲，分层的 结构化协议的整套规则是由各层次协 议组合而成。
网络访问层 Network Access Layer
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1．网络访问层 Network Access Layer
在模型的最底层是网络接口层。该层负责将帧 放入线路或从线路中取下帧。
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在TCP/IP的网络访问层，它包括各种物理网协议， 如局域网的Ethernet、Token Ring、X.25的分组交换 网等。一旦这种物理网被用作传送IP数据包的通道， 就可以认为是这一层的内容。这正体现出TCP/IP协议 的兼容性与适应性，它也为TCP/IP的成功奠定了基础。 地址解析协议ARP/RARP并不属于单独的一层，它 介于物理地址与IP地址间，起着屏蔽物理地址细节的 作用。IP可以建立在ARP/RARP上，也可以直接建立 在网络硬件接口协议上。IP协议横跨整个层次，TCP、 UDP协议都要通过IP协议来发送、接收数据。TCP协 议提供可靠的面向连接服务，而UDP协议则提供简单 的无连接服务。
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2．互连层 Internet Layer
Internet协议将数据包封装成Internet数据包 并运行必要的路由算法。
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互连层的主要功能是负责将源主机的报文分组发送到目的主机， 源主机与目的主机可以在一个网上，也可以在不同的网上。它的 功能主要在以下三个方面： （1）处理来自传输层的分组发送请求：在收到分组发送请求之 后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择发送路径，然后将数 据报发送到相应的网络输出线。 （2）处理接收的数据报：在接收到其他主机发送的数据报之后， 检查目的地址，如需要转发，则选择发送路径，转发出去；如目 的地址为本结点IP地址，则除去报头，将分组交送传输层处理。 （3）处理互连的路径、流控制与拥塞问题。
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7．应用层 Application Layer
应用层处于OSI参考模型的最高层。其主要功 能是为应用程序提供网路服务。应用层需要确 定进程之间通信的性质，从而满足用户的需要。 它包含了所有的高层协议，如邮件传输，文件 传输协议；
它不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操 作，并且还要作为应用进程的用户代理(User Agent) 完成一些为进行信息交换所必需的功能，这些功能包 括：文件传送访问和管理(FTAM)、虚拟终端(VT)、事 物处理(TP)、远程数据库访问(RDA)、制造报文规范 (MMS)和目录服务(DS)等协议。
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2.4 OSI参考模型与TCP/IP模型的比较
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2.3 TCP/IP模型与协议
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2.3.1
TCP/IP模型的发展过程
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TCP/IP协议具有以下几个特点： （1）开放的协议标准，可以免费使用，并且独 立于特定的计算机硬件与操作系统。 （2）独立于特定的网络硬件，可以运行在局域 网、广域网，更适用于互联网中。 （3）统一的网络地址分配方案，使得整个 TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址。 （4）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的 用户服务。
第2章 网络协议与网络体系结构
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本章概述
网络上的计算机之间是如何完成信息交 换的呢？这一过程就像人们日常交流要 使用语言一样。在网络上的各台计算机 之间也有一种语言，这就是网络协议， 不同的计算机之间必须使用相同的网络 协议才能进行通信。本章将详细介绍网 络协议类型、OSI网络参考模型和TCP/IP 网络模型以及它们之间的联系。
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1．物理层 Physical Layer
物理层处于OSI参考模型的最低层。其主要功 能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理 连接通道，以便能够透明地传送比特数据流。 物理层的数据传送单元是比特（bit）。
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2．数据链路层 Data Link Layer
数据链路层处于OSI参考模型的第二层。其主 要功能是在物理层提供比特数据流传输服务的 基础上，为通信实体之间建立数据链路的连接， 传送以数据帧为单位的数据包，采用差错控制 和流量控制方法，使有差错的物理线路变成无 差错的数据链路。数据链路层的数据传输单元 是帧（frame）。
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3．传输层 Transport Layer
传输协议在计算机之间提供通信会话。数据 投递要求的方法决定了传输协议。 传输层的主要功能是负责应用进程之间的端 一端通信。 TCP/IP模型中设计传输层的主要目 的是在互联网中源主机与目的主机的对等实体之 间建立用于会话的端一端连接。从这一点上讲， TCP/IP模型的传输层与OSI参考模型的传输层其 功能是相似的。TCP/IP模型的传输层定义了两种 协议，即传输控制协议TCP(Transport Control Protocol)与用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。 33
2.3.2 TCP/IP模型
应用层 Application Layer 表示层 Presentation Layer 会话层 Session Layer 传输层 Transport Layer 网络层 Network Layer 数据链路层 Data Link Layer r 物理层 Physical Layer 传输层 Transport Layer 互连层 Internet Layer 应用层 Application Layer
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4．应用层 Application Layer
在模型的顶部是应用层。该层是应用程序进入 网络的通道。在应用层有许多TCP/IP工具和 服务，如：FTP、Telnet、SNMP、DNS等等。 该层为网络应用程序提供了两个接口： Windows Sockets和NetBIOS。
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应用层协议可以分为三类； 一类依赖于TCP协议； 一类依赖于UDP协议； 而另一类则既可依赖TCP协议，也可依赖UDP协议。 依赖TCP协议的主要有网络终端协议TELNET、电子 邮件协议SMTP、文件传送协议FTP。依赖UDP协议 的主要有简单网络管理协议SNMP、简单文件传输协 议TFTP。既依赖TCP又依赖UDP协议的是域名服务 DNS等。