2计算机网络

2.2.3 协议层数据传输的过程
当用户B在自己的机器上运行电子邮件应用 程序，从电子信箱中读取邮件时，执行的是 从电子信箱所在的服务器向用户B的计算机 传送数据的通信过程。这个过程可能不止传 送用户A的邮件，同时传送的还有其他用户 给用户B的信件。这个过程是两台计算机运 行的电子邮件应用系统进程实体相互理解并 执行的功能，即应用层功能，但双方的高层 都用到了下面各层的服务。
2.2.2 七层协议
4．传输层 传输层的目的是提供在不同系统的进程间数据交换的可靠服务， 在网间建立端到端通信信道，用以传输信息或报文。 本层提供两端点之间的可靠、透明数据传输，执行端到端差错 检测和恢复、顺序控制和流控制功能，管理多路复用。 本层是面向应用的高层和与网络有关的下层协议之间的接口。 它为会话层提供与网络类型无关的可靠信息传送机制，对会话 层屏蔽了下层网络的细节操作。 为了适应不同的网络类型，传输层提供若干级别的服务。根据 不同的网络类型，提供不同的服务质量（QoS）。
2.3.2 TCP/IP协议栈
1．互联网协议
互联网协议（IP）属于TCP/IP模型和互联网层，提供关 于数据应如何传输以及传输到何处的信息。 IP是一种使TCP/IP可用于网络连接的协议，即TCP/IP 可跨越多个局域网段或通过路由器跨越多种类型的网络。 在一个网际环境中，被连接在一起的单个网络被称为子 网。 数据帧的IP部分被称为一个IP数据报，IP数据报如同数 据的封面，包含了路由器在子网中传输数据所必需的信 息。IP数据报包括报头和数据，总长度不能超过65535 字节。
2.1.1 协议的概念
协议的概念：
为进行网络中数据交换而建立的规则、标准和 约定称为“协议”。
网络的协议的三要素:
语法、语义和同步
2.1.2 体系结构的概念
网络的体系结构的概念
将计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的 体系结构（Architecture）; 计算机网络的体系结构就是计算机网络及其组成 部分所应完成的功能的精确定义，而这些功能是 用什么样的硬件与软件去完成的则是具体的实现 问题。体系结构是抽象的，而实现是具体的，它 是指能够运行的一些硬件和软件。
2.3.2 TCP/IP协议栈
在Internet所使用的各种协议中，最重要的和最著 名的就是TCP和IP两个协议。 TCP/IP表示Internet所使用的体系结构或指整个 的TCP/IP协议族（Protocol Suite）。 TCP/IP协议族中的子协议或TCP/IP核心协议被设 计成运行在OSI模型的传输层或网络层的协议，它 们为网络中的各主机提供通信服务。TCP和IP是 TCP/IP协议族中最重要的核心协议。
2.2.2 七层协议
5．会话层 会话层提供应用进程间对话控制的规则。 会话层为在两个层实体间建立的一次连接叫做会话。 组织和同步它们的对话及为管理它们的数据交换提 供必要的手段。如对话双方的资格审查和验证、对 话方向的交替管理、故障点定位及恢复等各种服务。
2.2.2 七层协议
6．表示层
表示层在两个通信应用层协议实体之间的传送 过程中负责数据的表示语法，其目的在于解决 格式化数据表示的差别。 本层执行通用数据交换功能，提供标准应用接 口、公共通信服务，如加密和解密、正文压缩、 终端格式化转换等。
2.2.2 七层协议
3．网络层 网络层是在通信子网中传输信息包或报文分段（具 有地址标识和网络层协议信息的格式化信息组）， 它向传输层提供信息包（报文分组）的传输服务， 使传输实体无需知道任何数据和用于连接系统的交 换技术。 网络层服务负责建立、保持和终止通过中间设备的 连接，负责通信网内路径选择和拥塞控制功能。
2.2.2 七层协议
1．物理层
物理层包括设备之间物理链路的接口和用户 设备以及网络端设备之间数据传输的规则， 它为数据链路层提供在两个通信系统之间传 送一系列比特流的途径。 物理层有4个重要特性：机械特性、电气特 性、功能特性和过程特性，以便建立、维持 和拆除物理连接。 物理层的任务就是透明地传送比特流。在物 理层上所传数据的单位是比特。
2.3 TCP/IP参考模型
应用层 HTTP、FTP、SMTP、 DHCP等
传输层
TCP、UDP
互联网层
ICMP、IP、 ARP、RARP 各种物理网协议： Ethernet、Token Ring、X.25
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主机—网络层
图2-2 TCP/IP 参考模型结构
2.3.1 TCP/IP参考模型的层次
介绍各层的主要功能。 1．应用层 应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。大致对应于OSI模 型的应用层和表示层，借助于协议如Winsock API、FTP（文件传输协 议）、TFTP（普通文件传输协议）、HTTP（超文本传输协议）、 SMTP（简单邮件传输协议）以及DHCP（动态主机配置协议），应用 程序通过该层利用网络传输，它是面向用户服务的层，为用户进程提供 服务。 2．运输层 运输层的功能是使源主机的进程和目标主机的进程进行通信。在这一层 定义了两个端到端的协议。一个是传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol），它是一个面向连接的协议，允许从一台机器发出 的字节流无差错地发往另一台机器。它将输入的字节流分成报文段并传 给互联网层。TCP要处理流量控制，以避免快速发送方、低速接收方发 送过多的报文而使接收方无法处理。另一个协议是用户数据报协议UDP （User Datagram Protocol），它是一个不可靠的、无连接的协议。
2.2.2 七层协议
7．应用层
应用层提供应用进程OSI环境的手段，负责管理 和执行应用程序。 本层为网络传输的分布信息服务的用户提供接 口，这些服务包括文件传送、访问和管理，以 及诸如电子邮件这样的一般文档和信息交换服 务。
2.2.3 协议层数据传输的过程
所谓实体（Entity）是指能够发送和接收信息所涉及的 内容和相应的设备。 在某一层实体之间的通信，要使用下一层实体提供的服 务。某层实体之间是按照该层的功能，并明确定义了本 层向上一层实体提供哪些服务。 在OSI参考模型中，通信是在系统进程（实体）之间进 行的。要注意的是，除物理层外，在对等层之间只有逻 辑上的通信，并无直接的通信，较高层间的通信要使用 较低层提供的服务。在物理层以上，每个协议实现顺序 向下送到较低层，以便使数据最终通过物理信道到达它 的对等层实体。
2.2.2 七层协议
2．数据链路层 数据链路层在物理层提供的比特流服务基础上，建 立相邻节点之间的数据链路，传递按一定规格组织 起来的位组合，即数据帧。 本层为网络层提供可靠的信息传递机制，将数据组 成适合于正确传递的帧形式。 帧中包含应答、流控制和差错控制等信息，以实现 应答、差错控制、数据流控制和发送顺序控制，确 保接收数据的顺序与原发送顺序相同等功能。
2.1 网络体系结构
1974年，美国的IBM公司宣布了系统网络体系结 构，该体系结构按照分层的思想进行制定。 1977年由国际标准化组织（ISO）成立了专门机 构进行研究。国际标准化组织制定了一个参考模型， 允许现存的和正在演变中的标准化活动有一致的框 架和前景，其最终目标是允许任一品牌的计算机之 间都可以实现相互通信。该模型称为ISO开放系统 互连参考模型，简称ISO/OSI。
2.3.2 TCP/IP协议栈
0 版本 互联网头长度 标志号 生存时间 协议 源IP地址 目标IP地址 可选项 数据 填充位 服务类型 标志符 16 总长度 段偏移量 头校验和 31
图2-3 IP数据报头的各部分
2.3.2 TCP/IP协议栈
本章要点
协议的含义 ISO/OSI参考模型 TCP/IP参考模型
2.1 网络体系结构
计算机网络是由若干台计算机连成的一个非常复杂 的系统。 网络中的计算机可能是不同类型，它们可能来自不 同的生产厂家、具有不同的体系结构、使用不同的 操作系统等。只有同一制造商生产的一系列计算机 才可以相互通信，这就限制了网络通信的范围，限 制了不同结构的计算机和不同网络之间的相互通信。
2.2 OSI参考模型
OSI参考模型是国际标准化组织（ISO）为 网络通信制定的标准 OSI分为七层：物理层、数据链路层、网络 层、传输层、会话层、表示层和应用层，并 规定了每层完成的功能及相应的协议。
2.2.1 OSI参考模型的产生
国际标准化组织（ISO）制定的模型，称为开放系统 互连参考模型。 OSI参考模型是一个逻辑结构，并不是一个具体的计 算机设备或网络，但是任何两个遵守协议的标准系统 都可以互连通信，这正是“开放”的实际意义。“系 统”是在现实系统中与互连有关的各部分，只考虑与 互连有关的一部分。 OSI参考模型采用了分层的方式。所谓分层是一种构 造技术，允许开放系统网络用分层的方式进行逻辑组 合。
2.3.1 TCP/IP参考模型的层次
3．互联网层 互联网层又叫网际层。它是TCP/IP体系结构的关键部分，功 能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标 （可能经由不同的网络）。互联网层负责寻址、打包和路由选 择。互联网层的核心协议是IP、ARP、ICMP、IGMP协议等。 4．主机－网络层 主机－网络层是参考模型的最低层，它负责通过网络发送和接 收IP数据报。TCP/IP参考模型允许主机连入网络时使用多种 现成的与流行的协议，例如局域网协议或其他一些协议。在该 层中包括各种物理网协议，例如局域网的Ethernet、局域网 的Token Ring、分组交换网的X.25等。
2.2.3 协议层数据传输的过程
网络一端的用户A向另一端的用户B发送电 子邮件为例来说明信息的流动过程，其中至 少包括用户A向用户B的电子服务器发送邮 件和用户B从服务器上自己的电子信箱读取 邮件两次通信过程。
2.2.3 协议层数据传输的过程
用户A把电子邮件的内容（用户数据）通过电子邮件应用程序发出。 在应用层（电子邮件应用程序的一个进程），把一个报头（PCI，协 议数据信息）附加于用户数据上，这个控制信息是第7层协议所要求 的，组成第7层的协议数据单元。然后把第7层的协议数据单元（用 户控制信息作为一个单元整体）传送给表示层（第6层）的一个实体。 表示层又把这个单元附加上自己的报头（协议控制信息），组成第6 层的协议数据单元再向传输层传送。重复这一过程直到数据链路层 （第2层），它除了加上帧头外，还加上帧尾。数据链路层中的协议 数据单元称为帧，然后通过物理层传送到传输介质。当这一帧被用 户B所登录的电子邮件系统服务器接收后，各层理解并执行相应层次 协议控制信息的内容，并开始相反的过程。数据从较低层向较高层 传输，每层都拆掉其最外层的报头，而把剩余的部分向上传输，一 直到服务器电子邮件系统运行的某个进程（对等的应用层）把用户A 的邮件存放到服务器上用户B的电子信箱中。