协议分层的概念模式
计算机网络的协议分层
计算机网络的协议分层计算机网络的协议分层是指将网络通信的各个功能模块划分为多个层次，每个层次负责特定的功能，通过各层之间的协议来实现数据传输和通信。
这种分层的设计使得网络通信更加灵活、可靠，并且易于扩展和维护。
本文将从网络协议分层的基本原理、各个层次的功能以及分层设计的优点等方面进行讨论。
一、网络协议分层的基本原理网络协议分层的基本原理是将整个通信过程分解为多个层次，每个层次负责不同的功能。
这种分层设计的好处在于，每个层次可以独立设计、实现和测试，提高了系统的可靠性和可维护性。
同时，不同层次之间通过协议进行通信和交互，层与层之间的接口规定了数据的传输格式和处理规则，从而实现了不同系统和设备之间的互操作性。
二、各个层次的功能计算机网络的协议分层通常采用OSI（Open System Interconnection）参考模型或者TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）参考模型，下面将介绍这两种模型中各个层次的功能。
1. OSI参考模型- 物理层：负责传输比特流，主要涉及物理接口、传输介质、电子信号等；- 数据链路层：负责传输数据帧，主要涉及帧的封装、解封装、物理寻址、差错检测等；- 网络层：负责网络互联和路由选择，主要涉及网络寻址、路由选择、分组传送等；- 传输层：负责端到端的通信，主要涉及分段传输、流量控制、差错恢复等；- 会话层：负责建立和管理进程间的会话，主要涉及会话的建立、维护、终止等；- 表示层：负责数据的格式化和表示，主要涉及数据的编码、压缩、加密等；- 应用层：为用户提供各种网络服务，主要涉及电子邮件、文件传输、远程登录等。
2. TCP/IP参考模型- 网络接口层：对应于OSI模型的物理层和数据链路层，负责物理信号传输和帧的封装；- 网际层：对应于OSI模型的网络层，负责IP寻址和路由选择；- 传输层：对应于OSI模型的传输层，负责端到端的可靠数据传输，主要有TCP和UDP两种协议；- 应用层：对应于OSI模型的会话层、表示层和应用层，负责提供各种网络服务。
7层网络协议
7层网络协议网络协议是指在计算机网络中，各种设备之间进行通信时所遵循的一套规则和约定。
而7层网络协议（OSI参考模型）是一种将网络通信过程分层的模型，它将网络通信分为7个层次，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
物理层是最底层的一层，主要负责物理信号的传输和网卡之间的连接。
它将数字信号转化为物理信号，通过网卡将信号发送出去，或者接收到的信号转化为数字信号交给上一层处理。
数据链路层是物理层的一种扩展，主要负责网络设备之间的数据帧传输和错误检测。
它将数据帧分割成较短的数据块，并为每个数据块添加控制信息，以便在传输过程中进行错误检测和处理。
网络层是用于实现不同网络之间的数据传输，负责进行逻辑地址的分配和路由选择。
它将数据分割成更小的包，通过路由器将数据包传输到目的网络。
传输层负责对网络传输过程中的错误进行检测和处理，并将数据分割成更小的数据段。
常见的传输层协议有TCP和UDP，TCP提供可靠的全双工连接，而UDP则提供无连接的不可靠传输。
会话层是负责建立、维护和关闭应用程序之间的会话连接。
它定义了会话的建立、管理和终止的规则和过程，确保应用程序之间的通信可以有序进行。
表示层主要负责数据的格式、编码和加密。
它将数据转化为适合网络传输的格式，并对数据进行压缩、加密和解密等操作，以便在网络中传输和接收。
应用层是最高层的一层，它提供各种应用程序所需要的具体服务。
常见的应用层协议有HTTP、FTP、SMTP等，分别用于Web浏览器的访问、文件的传输和电子邮件的发送与接收等。
总结起来，7层网络协议按照功能的不同将网络通信划分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七个层次，并为每个层次定义了相应的协议和规则，从而实现了网络设备之间的可靠通信。
这种层次化的网络架构使得网络通信更加高效、可靠和安全。
网络协议分层
网络协议分层网络协议分层网络协议是指计算机在联网通信时所遵循的规定和约定。
为了使计算机之间的通信更加有效和可靠，使用了网络协议分层的方式，即将通信过程划分为不同的层次，每个层次负责不同的功能，互相协作完成整个通信过程。
网络协议分层主要有物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层五个层次。
下面我将分别介绍这五个层次的功能和作用。
物理层是网络协议分层中最底层的一层，负责将数据以电信号的形式在物理媒介上传输。
物理层的工作包括定义物理连接的接口、规定传输介质（例如电缆、光纤）的传输属性和速度等。
物理层的例子包括以太网和无线局域网。
数据链路层就是负责在物理层的基础上建立和管理传输链路的一层。
数据链路层的主要工作包括负责检错和纠错，管理帧的传输，使用MAC地址进行地址分配和转发等。
数据链路层的例子包括以太网和Wi-Fi。
网络层是网络协议分层中的一个重要层次，负责管理和控制数据在不同网络之间的传输。
网络层主要工作包括寻址与路由选择，将数据分组为IP数据包，进行路由和转发。
网络层的例子包括Internet协议（IP）和互联网。
传输层负责在端到端的通信中提供可靠的数据传输。
传输层使用端口号来识别不同的进程和应用程序，主要工作包括分段和重组数据、提供可靠的数据传输、进行错误检测和纠正等。
传输层的例子包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
应用层是网络协议分层中最高层的一层，负责提供应用程序之间的通信和数据交互。
应用层的主要工作包括定义协议、实现应用程序的接口和功能等。
应用层的例子包括简单邮件传输协议（SMTP）、文件传输协议（FTP）和超文本传输协议（HTTP）等。
这就是网络协议分层的五个层次及其功能和作用。
通过网络协议分层，我们可以在计算机之间进行高效、可靠和安全的通信。
不同的协议层配合协同工作，完成各自的功能，最终实现了网络通信的目的。
网络协议分层的存在使得网络通信更加简洁和可维护，同时也方便了不同的厂商和开发者进行系统和应用程序的交互。
网络协议及分层
为了促进计算机网络的进展，国际标准化组织ISO 于 1977 年成立了一个委员会，在现有网络的根底上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系构造，称为开放系统互联模型〔OSI 参考，open system interconnection〕OSI 的设计目的OSI 模型的设计目的是成为一个全部销售商都能实现的开放网路模型，来抑制使用众多私有网络模型所带来的困难和低效性。
这个模型把网络通信的工作分为 7 层。
协议数据单元PDU在参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。
而传输层及以下各层的PDU 另外还有各自特定的名称：传输层——数据段〔Segment〕网络层——分组〔数据包〕〔Packet〕数据链路层——数据帧〔Frame〕物理层——比特〔Bit〕OSI 的七层构造第一层：物理层〔PhysicalLayer)规定通信设备的机械的、电气的、功能的和规程的特性，用以建立、维护和撤除物理链路连接。
具体地讲，机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列状况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit 流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等；功能特性是指对各个信号先安排精准的信号含义，即定义了DTE 和DCE 之间各个线路的功能；规程特性定义了利用信号线进展bit 流传输的一组操作规程，是指在物理连接的建立、维护、交换信息时，DTE 和DCE 双方在各电路上的动作系列。
在这一层，数据的单位称为比特〔bit〕。
属于物理层定义的典型标准代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45 等。
物理层的主要功能:为数据端设备供给传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而成.一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接.所谓激活,就是不管有多少物理媒体参与,都要在通信的两个数据终端设备间连接起来,形成一条通路.传输数据.物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送效劳.一是要保证数据能在其上正确通过，二是要供给足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以削减信道上的拥塞.传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行, 半双工或全双工，同步或异步传输的需要.物理层的主要设备：中继器、集线器。
网络的七层协议
网络的七层协议网络的七层协议是指OSI（Open Systems Interconnection，开放式系统互联）参考模型，它将计算机网络中的通信功能划分为七个层次，每个层次负责特定的功能。
下面将对这七层协议进行详细介绍。
第一层，物理层（Physical Layer）负责网络传输媒介的传输原理，包括电压、光信号等的传输方式。
它定义了连接到网络的设备之间的物理接口。
物理层的主要功能是将比特位转化为机械、电气、能量或电磁信号，并以这些信号传输数据。
第二层，数据链路层（Data Link Layer）负责数据的传输错误检测和纠正，以及提供可靠的数据传输服务。
它分为两个子层，即逻辑链路控制子层（Logical Link Control，LLC）和媒体访问控制子层（Media Access Control，MAC）。
第三层，网络层（Network Layer）负责数据包的传输和路由选择。
它的主要任务是通过选择合适的路径，将数据包从源主机发送到目标主机。
网络层使用IP（Internet Protocol，互联网协议）地址来寻址和识别各种设备。
第四层，传输层（Transport Layer）负责在源和目的地之间建立端到端的连接并提供可靠的数据传输。
它通过TCP （Transmission Control Protocol，传输控制协议）和UDP （User Datagram Protocol，用户数据报协议）来实现数据的可靠传输和流量控制。
第五层，会话层（Session Layer）负责建立、管理和终止会话。
它允许用户在网络中的不同主机之间建立会话，并对会话进行管理，如会话的开始、暂停和终止。
第六层，表示层（Presentation Layer）负责将数据从网络格式转换为应用程序能够理解的格式，以及将应用程序的数据转换为网络格式。
它处理数据的加密、解密和压缩，确保数据格式的兼容性。
第七层，应用层（Application Layer）负责为用户提供各种应用程序，如电子邮件、文件传输和远程登录等。
网络5层协议
网络5层协议网络5层协议是指网络通信中，将通信过程分为五个层次的协议模型。
这个模型划分了不同的功能，使得网络通信变得高效和可靠。
下面将逐层介绍网络5层协议。
第一层：物理层物理层是网络5层协议中的最底层，它负责将比特流转化为电信号，并通过物理介质进行传输。
物理层的主要作用是提供传输介质、数据编码和物理拓扑等方面的标准。
物理层协议定义了电缆的类型、传输速率和接口标准等。
第二层：数据链路层数据链路层位于网络5层协议的第二层，它负责将物理层传输的比特流划分为数据帧，并进行错误检测和纠正。
数据链路层的功能包括帧同步、流控制和差错控制等。
此外，数据链路层还定义了数据帧中的MAC地址，用于在局域网中唯一标识网络设备。
第三层：网络层网络层是网络5层协议中的第三层，它负责将数据链路层传输的数据包进行路由选择和转发。
网络层的主要任务是实现不同子网之间的数据传输，通过IP地址对数据进行唯一标识和寻址。
此外，网络层还负责数据的分片和重组，以提高网络的效率和可靠性。
第四层：传输层传输层是网络5层协议中的第四层，它主要负责提供可靠的端到端数据传输服务。
传输层使用端口号标识不同的应用程序，并通过传输协议（如TCP或UDP）实现可靠或不可靠的数据传输。
传输层还负责拥塞控制和流量控制，以保证网络的稳定性和高效性。
第五层：应用层应用层是网络5层协议中的最高层，它负责为用户提供网络应用服务。
应用层包括各种应用协议，如HTTP、FTP和DNS等。
应用层协议定义了数据的格式、传输方式和应用逻辑等。
通过应用层，用户可以访问网络资源、发送电子邮件和进行文件传输等操作。
以上是对网络5层协议的简要介绍。
网络通信中，通过这五个层次的协议模型，实现了数据在不同设备之间的传输和交换。
每个层次都有特定的功能和任务，共同协作完成网络通信的目标。
了解网络5层协议对于理解网络通信、网络安全和网络优化等方面都具有重要意义。
网络7层协议
网络7层协议网络7层协议是计算机网络通信的基础，它定义了在网络中进行通信的各个层次和协议。
这些层次从物理层开始，逐渐向上，每一层都负责特定的功能，并且与其上下层之间有着明确的接口。
本文将介绍网络7层协议的结构和各层的功能。
网络7层协议，也被称为OSI（Open System Interconnection）参考模型，是国际标准化组织（ISO）制定的一个通信协议框架。
该框架将计算机网络通信划分为7个不同的层次，每个层次都有其特定的功能和协议。
以下是对每个层次的详细介绍：物理层物理层是网络7层协议的最底层，负责传输原始的比特流。
它定义了电气、机械和功能等接口标准，用于在通信实体之间传输原始比特位。
物理层的主要任务是将比特流转换为可以在物理媒介上传输的信号。
数据链路层数据链路层建立在物理层之上，负责提供可靠的点对点数据传输。
它将物理层传输的比特流组织成数据帧，并进行差错检测和纠正。
数据链路层还负责访问共享媒介、地址解析和帧同步等功能。
网络层网络层是处理分组数据的层次，负责在网络中的不同节点之间转发数据包。
它主要通过路由选择算法将数据包从源节点传输到目标节点，并处理路由器之间的通信。
网络层还负责地址分配和路由器发现等功能。
传输层传输层负责将数据从一个应用程序传输到另一个应用程序。
它提供了端到端的数据传输服务，并通过分段和重组来实现可靠的通信。
传输层还负责流量控制和拥塞控制等功能。
会话层会话层负责建立、管理和终止会话（或连接）。
它提供了对话控制和同步功能，确保通信双方能够按照预定的顺序进行通信。
会话层还负责身份验证和会话恢复等功能。
表示层表示层负责数据的格式化和编码，以便在不同系统中进行交换和解释。
它将应用层的数据转换为网络传输的格式，并在接收方将其重新转换为应用层可理解的形式。
表示层还负责数据压缩和加密解密等功能。
应用层应用层是网络7层协议的最高层，负责提供特定的网络应用服务。
它包括了各种网络应用协议，如HTTP、FTP、SMTP等。
计算机网络5层协议的理解
计算机⽹络5层协议的理解⼀、概述1.1 五层模型互联⽹的实现，分成好⼏层。
每⼀层都有⾃⼰的功能，就像建筑物⼀样，每⼀层都靠下⼀层⽀持。
⽤户接触到的，只是最上⾯的⼀层，根本没有感觉到下⾯的层。
要理解互联⽹，必须从最下层开始，⾃下⽽上理解每⼀层的功能。
如何分层有不同的模型，有的模型分七层，有的分四层。
我觉得，把互联⽹分成五层，⽐较容易解释。
如上图所⽰，最底下的⼀层叫做"实体层"（Physical Layer），最上⾯的⼀层叫做"应⽤层"（Application Layer），中间的三层（⾃下⽽上）分别是"链接层"（Link Layer）、"⽹络层"（Network Layer）和"传输层"（Transport Layer）。
越下⾯的层，越靠近硬件；越上⾯的层，越靠近⽤户。
它们叫什么名字，其实并不重要。
只需要知道，互联⽹分成若⼲层就可以了。
1.2 层与协议每⼀层都是为了完成⼀种功能。
为了实现这些功能，就需要⼤家都遵守共同的规则。
⼤家都遵守的规则，就叫做"协议"（protocol）。
互联⽹的每⼀层，都定义了很多协议。
这些协议的总称，就叫做"互联⽹协议"（Internet Protocol Suite）。
它们是互联⽹的核⼼，下⾯介绍每⼀层的功能，主要就是介绍每⼀层的主要协议。
⼆、实体层我们从最底下的⼀层开始。
电脑要组⽹，第⼀件事要⼲什么？当然是先把电脑连起来，可以⽤光缆、电缆、双绞线、⽆线电波等⽅式。
这就叫做"实体层"，它就是把电脑连接起来的物理⼿段。
它主要规定了⽹络的⼀些电⽓特性，作⽤是负责传送0和1的电信号。
三、链接层3.1 定义单纯的0和1没有任何意义，必须规定解读⽅式：多少个电信号算⼀组？每个信号位有何意义？这就是"链接层"的功能，它在"实体层"的上⽅，确定了0和1的分组⽅式。
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网络通信功能的层次 构成、各层的通信协 议规范和相邻层的接 口协议规范的集合模 型。
•网络体系结构
•协议分层的概念模式
理解虚拟通信和实际通信之间的关系 理解协议和接口之间的差异
Layer 5 层5/4 接口
Layer 4 层4/3 接口
Layer 3 层3/2 接口
Layer 2 层2/1 接口
•网络体系结构
•接口与服务
•服务
有连接服务(面向连接服务)
报文序列 字节流 不太可靠的连接
...0101111
无连接服务
无确认 有确认 应答 piggyback
面向连接服务
...0101111
•网络体系结构
•接口与服务
•服务
原语(primitive)
通知服务提供者采用某些动作或报 告某个对等实体采取的某个动作。
本地证实服务 提供者证实服务
request
indication
confirm
response
•网络体系结构
•接口与服务
CONNECT.request
•服务
CONNECT.indication
CONNECT.confirm
DATA.request
DATA.indication
DISCONNECT.request
原语时序图 request
Request Indication Response confirm
confirm
indication 网
络
response
time
服务用户
服务提供者
服务用户
•网络体系结构
•接口与服务 无证实服务
•服务 有证实(confirmed)服务
request
indication
协议(水平关系)
服务和协议是 完全分离的 ?
协议是一组规则 决定同层对等实体交换帧、包和报文的格式和意义 实体用协议来实现它们的服务定义
H4 M
H3 H4 M1 H2 H3 H4 M1 T2
第3层协议
H3 M2
H3 H4 M1
第2层协议
H2 H3 M2 T2 H2 H3 H4 M1 T2
H3 M2 H2 H3 M2 T2
物 理 媒体
•网络体系结构
•协议分层的原则及设计问题
协议分层原则
目标机器第n层收 到的对象应与源 机器第n层发出的 对象完全一致。
跨过网络传给对 等实体然后交给 上层的信息。
PDU(Protocol Data Unit) 跨过网络传给对等 实体的信息。
ICI
(Interface Control Information)
有助于下层完成 任务的信息。
PCI(Protocol Control Information)
协议头(header)。
第n层的SAP是第n+1层可以访问n层服务的地方。
N+1层
N+1层实体
服务用户
N层 N层实体
服务提供者
•网络体系结构
•接口与服务
IDU(Interface Data Unit) 第n+1层实体通过 SAP传递给第n层 实体的信息。
•接口(interface) 相邻层之 间的界面
SDU(Service Data Unit)
参数
用来传递数据和 控制信息。
ISO标准的四种原语
request
由服务用户发出。要 求服务做某种工作。
indication
由服务提供者发出。通 知实体发生了某事件。
response
由服务用户发出。要求 对某个事件的响应 。
confirm 由服务提供发出。
•网络体系结构
•接口与服务
•服务
Layer 1
层5 协议 层4 协议 层3 协议 层2 协议 层1 协议
Layer 5 Layer4 Layer 3 Layer2 Layer 1
水平通信 虚通信 对等实体进 行的通信。
垂直通信 实际通信
相邻层进行 的通信。
物
理
媒
体
•网络体系结构
•协议分层的概念模式
A
第4层协议
P S T N
CONNECT.response DATA.indication
DATA.request DISCONNECT.indication
•网络体系结构
•接口与服务
•服务与协议的关系
服务(上下关系)
服务是各层向它的上层提供的一组原语(操作) 服务定义了该层能代表它的用户完成的操作 服务只与两层之间的接口有关
•网络体系结构
•接口与服务
•接口(interface)
ICIn+1
N层处理所 需的信息
PDUn+1
SDUn
一个SDU可能 要封装在多个 PDU中传输
(N+1)层
PCIn SDUn
PDUn
IDUn ICIn
ICIn N-1层处理 所需的信息
PDUn
PDUn
SDUn-1
(N)层 (N-1)层
PDUn-1 PCIn-1 SDUn-1
上层隐藏下层的细节
各层的设计问题
标识收/发机制 数据传输规则 差错控制 多路复用 路由选择
•网络体系结构
•接口与服务
每一层的功能是为它 的上一层提供服务
服务提供者与服务用户 第n层实体实现的服务为n+1层所使用； 第n层可利用第n-1层服务来提供它自已的服务。
服务访问点(Service Access Points)
•网络体系结构
•协议分层的概念模式
第n层协议
一台机器上的第n层与 另一台机器上的第n层 进行通话，通话中采用 的规则和约定。
接口(interface)
每一相邻层间有一个接口 ，该接口定义下层向上层 提供的原语操作和服务。
特定系统使用的一组协 议称为“协议（堆）栈 ”
对等实体(peers)
不同机器中组成相应 协议层的实体。