计算机网络第12章 协议与分层【精选】
网络协议的分类与作用
网络协议的分类与作用随着互联网的迅速发展，网络协议成为了连接世界的基石。
网络协议是一套规则和标准，用于在计算机网络中实现数据传输和通信。
它们定义了数据如何在网络中传输，如何进行错误检测和纠正，以及如何建立和终止通信连接。
本文将介绍网络协议的分类与作用，匡助读者更好地理解网络通信的原理和机制。
一、传输层协议传输层协议是网络协议的重要组成部份，它负责在网络中的主机之间建立可靠的数据传输连接。
最常用的传输层协议是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
1. 传输控制协议（TCP）TCP是一种面向连接的协议，它通过三次握手建立起可靠的通信连接。
TCP提供了数据分段、流量控制、拥塞控制和错误恢复等功能，确保数据的可靠传输。
它被广泛应用于网页浏览、电子邮件、文件传输等需要可靠传输的应用。
2. 用户数据报协议（UDP）UDP是一种无连接的协议，它不需要建立连接，直接将数据包发送到目标主机。
相比于TCP，UDP具有传输速度快的优点，但不保证数据的可靠传输。
UDP常用于实时应用，如音视频传输、在线游戏等，对传输速度要求较高的场景。
二、网络层协议网络层协议是网络协议的另一个重要组成部份，它负责在不同网络之间进行数据传输和路由选择。
最常用的网络层协议是互联网协议（IP）。
1. 互联网协议（IP）IP是一种无连接的协议，它负责将数据包从源主机传输到目标主机。
IP使用IP地址标识主机和网络，通过路由选择算法确定数据包的传输路径。
IP协议的主要作用是实现网络互连，使得不同网络之间可以进行通信。
三、物理层协议物理层协议是网络协议的底层，它负责将数据从一个节点传输到另一个节点。
最常用的物理层协议是以太网协议。
1. 以太网协议以太网协议是一种局域网协议，它定义了数据在局域网中的传输方式和规则。
以太网协议使用MAC地址标识主机和设备，通过帧的形式传输数据。
以太网协议的主要作用是实现局域网内主机之间的通信。
四、应用层协议应用层协议是网络协议的最高层，它负责实现特定应用程序之间的通信。
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。
常见的网络协议网络协议大全图最全的细分7层协议
常见的网络协议网络协议大全图最全的细分7层协议网络协议是指计算机网络通信中所使用的约定和规则。
它可以被认为是网络通信的一种语言，用于确保不同设备之间的互联和信息的传输。
在计算机网络中，有许多种不同的协议，每种协议都有不同的功能和目的。
本文将介绍一些常见的网络协议，并对七层协议进行详细解析。
一、物理层协议物理层协议负责将数字信号转化为物理信号，以便在计算机网络中传输。
最常见的物理层协议包括以太网协议、无线协议（如Wi-Fi）、蓝牙协议等。
以太网协议是一种广泛应用于局域网中的协议，它定义了计算机通过网络线缆传输数据的方式和规则。
Wi-Fi协议则是被广泛应用于无线局域网中的协议，它依靠无线信号传输数据。
二、数据链路层协议数据链路层协议用于定义数据在物理层的传输过程中的一些规则和流程。
其中最常见的协议是以太网协议的数据链路层协议，即以太网帧格式。
它规定了数据在传输过程中如何被分割为帧的形式，并定义了帧的头部和尾部的格式。
此外，还有其他的数据链路层协议，如无线局域网中的Wi-Fi数据链路层协议等。
三、网络层协议网络层协议负责将数据从源主机发送到目标主机之间的路由选择和分组转发的过程。
其中最有名的网络层协议是互联网协议（IP协议），它是一个面向无连接的协议，负责将数据从源主机分组发送到目标主机。
IP协议主要关注的是主机之间的通信。
除了IP协议外，还有一些其他的网络层协议，如网际控制报文协议（ICMP）和互联网组管理协议（IGMP）等。
四、传输层协议传输层协议负责提供端到端的通信服务，确保数据的可靠传输。
其中最常用的协议是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCP是一个可靠的、面向连接的协议，它基于数据流的概念，在传输数据之前需要建立连接，并提供错误检测和重传机制。
UDP是一种无连接的协议，不提供可靠性和错误检测，但传输效率高。
除了TCP和UDP外，还有一些其他的传输层协议，如传输流控制协议（SCTP）和数据报传输协议（DTP）等。
局域网的协议结构
局域网的协议结构局域网（Local Area Network，LAN）是一种覆盖范围较小的计算机网络，通常用于连接一个办公室、一栋大楼或一个校园内的计算机设备。
局域网的协议结构是局域网中数据传输和通信的基础，它定义了数据在网络中的传输方式和规则。
局域网协议结构通常分为几个层次，每个层次负责不同的功能。
1. 物理层（Physical Layer）物理层是局域网协议结构中最底层，它负责传输原始的比特流。
这一层涉及到网络的物理介质，如双绞线、光纤或无线信号，以及电气信号的传输特性。
物理层定义了网络接口卡（NIC）和传输介质之间的电气和机械特性，包括电压、信号速率、连接器类型等。
2. 数据链路层（Data Link Layer）数据链路层位于物理层之上，负责在相邻网络节点之间传输数据帧。
这一层的主要任务是确保数据的可靠传输，包括帧的同步、差错控制和流量控制。
数据链路层还负责帧的封装和解封装，即将上层数据封装成帧，以及将接收到的帧解封装成数据。
常见的数据链路层协议有以太网（Ethernet）和无线局域网（WLAN）的IEEE 802.11标准。
3. 网络层（Network Layer）网络层负责在局域网内部或跨局域网之间传输数据包。
这一层的主要功能是路由选择，即确定数据包从源到目的地的最佳路径。
网络层还负责数据包的寻址和分片。
在局域网中，网络层通常使用IP协议（Internet Protocol），它为每个网络设备分配一个唯一的IP地址。
4. 传输层（Transport Layer）传输层位于网络层之上，负责在应用程序之间提供端到端的数据传输服务。
这一层确保数据的完整性、顺序和可靠性。
传输层协议如传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）提供了不同的服务，TCP提供可靠的、面向连接的服务，而UDP提供不可靠的、无连接的服务。
5. 应用层（Application Layer）应用层是局域网协议结构中最高层，它直接与用户应用程序交互。
计算机网络（一）网络分层及协议
计算机⽹络（⼀）⽹络分层及协议⽂章更新时间：2021/02/12⼀、基本概念 概念：协议是⽹络中计算机或设备之间进⾏通信的⼀系列规则的集合。
协议栈/族：在⽹络中为了完成通信⽽使⽤到的多层上的各种协议按照层次顺序的组合。
作⽤：建⽴对等层之间的虚拟通信、实现层次之间的⽆关性。
层次见的⽆关性：较⾼层和相邻的低层通信：只利⽤较低层提供的接⼝和服务，⽽不需了解底层实现的算法和协议细节较低层和较⾼层通信：也仅是使⽤从⾼层系统传送来的参数和控制信息⼆、⽹络分层三、TCP/IP四层模型分层解析应⽤层 定义：与其它计算机进⾏通讯的⼀个应⽤，对应应⽤程序的通信服务，实现多个系统应⽤进程相互通信的同时,完成⼀系列业务处理所需的服务。
传递数据形式：【报⽂】 常见协议：FTP（⽂件传输协议）：是⽹络上两台计算机传送⽂件的协议，运⾏在 TCP 之上，是通过 Internet 将⽂件从⼀台计算机传输到另⼀台计算机的⼀种途径。
FTP协议使⽤TCP20号和21号端⼝，20号端⼝⽤于数据交换，21号端⼝⽤于建⽴连接，允许⽬录和⽂件访问，上传下载，不能远程执⾏⽂件。
TFTP（简单⽂件传输协议）：是⽤来在客户机与服务器之间进⾏简单⽂件传输的协议，提供不复杂、开销不⼤的⽂件传输服务，使⽤UDP的69号端⼝。
HTTP（超⽂本传输协议）：是⽤于从 WWW 服务器传输超⽂本到本地浏览器的传送协议。
它可以使浏览器更加⾼效，使⽹络传输减少。
DNS（域名系统）：在 Internet 上域名与 IP 地址之间是⼀⼀对应的，域名虽然便于⼈们记忆，但机器之间只能互相识别 IP地址，它们之间的转换⼯作称为域名解析，使⽤53号端⼝。
SMTP（简单邮件传输协议）：建⽴在 TCP 之上，是⼀种提供可靠且有效的电⼦邮件传输的协议。
SMTP 是建模在 FTP ⽂件传输服务上的⼀种邮件服务，主要⽤于传输系统之间的邮件信息，并提供与电⼦邮件有关的通知，使⽤ 25端⼝。
网络协议的分层结构及功能
网络协议的分层结构及功能随着互联网的普及，网络协议成为网路通讯的基础，而网络协议的分层结构对于提高网络效能有着极大的帮助。
因此，在这篇文章中我们将对网络协议的分层结构及其功能进行详细的探讨。
网络协议的分层结构网络协议的分层结构是指将网络通讯中的各种功能分成不同的层次，从而使不同层次的功能得以分开进行处理。
这种分层结构的好处是可以实现模块化和可扩展性，而且每一层都可以独立进行设计和维护，从而提高网络性能和可靠性。
网络协议的分层结构通常分成七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
下面我们会分别介绍每个层次的功能和重要性。
物理层物理层主要负责将数字信号转换为物理媒介上的电子信号，并对信号进行传输和接收。
它控制物理媒介的连接方式、信号传输速率和数据传输距离，与接线、接头、电信号等有关。
具体来说，物理层的主要任务包括：1. 传输数字信号：将数字信号转换为物理媒介上的电子信号进行传输。
2. 传输数据：将数据通过物理介质传输到远程节点。
3. 控制传输速率：调整数据传输速率，以确保数据的可靠传输。
4. 确定物理连接方式：确定与其他设备之间的物理连接方式，包括电缆、光缆、无线电信道等。
数据链路层数据链路层主要负责将物理层传输的数据转换为数据包，并将数据包传输到目标设备上。
它控制数据包的传输和接收，提供一些控制和监控功能，从而保证数据传输的可靠性。
具体来说，数据链路层的主要任务包括：1. 将数据转换为数据帧：将数据转换为数据帧，以便在物理网络上传输。
2. 控制访问：控制节点在共享的介质上的访问，以避免冲突和竞争。
3. 纠错和控制流量：纠正传输过程中出现的一些错误，并调节流量以避免网络超载。
4. 帧同步：为确保帧能被正确地接收和解析，确保数据帧的同步。
网络层网络层主要负责将数据包从发送端传输到接收端，并处理不同网络之间的路由和转发问题。
它控制数据包的路由、转发和选路，提供流量控制和差错控制的功能。
《网络协议分层设》课件 2024—-2025学年人教版(2024)初中信息科技七年级上册
红灯停，绿灯行
网络协议
网络协议
不同的网络设备需要遵循相同的分包传输策略，才能顺利实现数据传输， 这就会用到网络协议。那什么是网络协议？它还有哪些作用呢？
复习：
存储转发
分包
网络协议 在互联网中，网页、电子邮件、视频、聊天信息等，都会被转化为1和0组成
的二进制数进行传输。二进制数具体代表什么，就需要通信双方事先进行约定。
应用层 负责如何使用数据 HTTP、HTTPS、FTP
传输层
负责数据完整性及 可靠性等
TCP、UDP
网络层 负责处理数据包 IP
网络接口层
负责实际传输二进 以太网等其他通信网
制数据
络接口
TCP/IP
分层
实验目的 查看计算机使用的网络协议 实验条件 可联网的计算机 实验步骤 1．进行几个网络操作，如访问网站、使用即时通信软件等。 2．打开“命令提示符”窗口，使用netstat -an命令，查看网络连接情况。 实验结论 使用的协议有：
网络协议
计算机之间要相互交换数据，必须 “使用相同的语言”，即使用同种协议。
例如，通过组合，至少可以得到两个 自定义协议，分别用来传数和字符。如果规则 不同，就会得到不同的结果，自然也就无法进 行有效的通信。
分层
分层的含义
在网络协议中，分层思想是指构建互联网体系时，把 复杂的通信问题分到不同层中，每层解决相对简单的问题， 层层相叠，从而解决复杂的网络通信问题。网络协议展现 出来的分层结构，正是这一思想的典型产物。
第二单元 直播网络我来建
第5课 网络协议分层设
学习目标
01
理解网络协议在网络通信过程中的作用。
02
知道网络协议中的分层思想。
七层协议及其功能
七层协议及其功能七层协议是指网络协议分层标准中的七个层次，对应着计算机网络中不同的功能。
每一层协议负责着特定的功能，从物理传输到应用程序，这些协议决定着数据在网络中如何进行传输和处理。
七层协议包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每层协议的功能不同，但都与数据传输相关，具体介绍如下：1.物理层物理层是网络协议的第一层，负责着网络中的物理传输和数据的电子信号传输。
物理层协议的主要功能是传输基于电流、电压和光强度的数据信号，以及处理传输过程中的噪声和干扰问题。
2.数据链路层数据链路层在网络协议分层标准中是第二层，主要负责着数据帧的传输和错误处理。
数据链路层协议的主要功能是将数据加上头部和尾部的标识，组成帧，传输到目标设备，同时在传输过程中校验数据的完整性。
3.网络层网络层是网络协议的第三层，负责着不同网络之间的数据传输和路由选择。
网络层协议的主要功能是将数据报发送到目标网络，同时决定路由的选择，通过网络地址识别和管理数据报。
4.传输层传输层是网络协议的第四层，负责着数据传输和错误处理，同时也决定着数据的传输速度和可靠性。
传输层协议的主要功能是提供可靠的端到端的传输服务，数据的分段传输，同时也提供错误控制和流量控制。
5.会话层会话层是网络协议的第五层，负责着网络中不同设备之间的通信。
会话层协议的主要功能是确定通信中的对话过程，确保设备之间的通信顺序和顺畅性，同时维护连接状态和恢复失去连接的恢复。
6.表示层表示层是网络协议的第六层，定义了不同设备之间的数据表示方法、加密和解密技术以及数据的压缩和解压技术。
表示层协议的主要功能是将不同设备之间的数据格式和编码进行转换和匹配，确保数据在不同设备间顺畅传输。
7.应用层应用层是网络协议分层标准的最高层，主要负责着网络应用的数据交换和处理。
应用层协议的主要功能是为应用程序提供网络服务、数据处理和交换服务，包括电子邮件、文件传输、网页浏览等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.ISO/OSI参考模型结构
• ISO (International Standards Organization，国 际标准化组织)于1978年2月开始研究，于1982年4月 形成一个开放系统互连参考模型(Open System Interconnection/Reference Model，OSI/RM)的国际 标准草案 。
2.1.3 网络层
• 数据链路层从一条传输链路的角度来解决传输 中的可靠性问题。网络层则是从整个网络的角 度来处理数据传输中的有关问括：
–路由选择。如何在组成网络的各子网之间找到到 达传送目的地的最佳路径。
–流量和拥塞控制。防止在子网中间出现过多的分 组，造成通路阻塞，形成瓶颈。
–差错及故障的恢复。
2.2 OSI的高层
• OSI的高层包括会话层、表示层和应用层，属 于资源的分配和处理的部分，通常称为资源子 网部分。
2.2.1 会话层
• 会话层是建立在用户与网络间的接口，好像两 台主机间的联络官，主要处理通信双方交互的 建立、组织，并协调、控制会话过程的进行 （会话服务）。
• 应当注意，OSI模型仅仅是"参考模型"，而不是网络 体系结构的全部；它仅仅描述了每一层的功能，而没 有描述每一层使用哪些协议和承担哪些服务。现在， ISO已经为各层制定了标准，不过这些标准并不是OSI 模型的一部分，而是独立存在的。
ISO/OSI参考模型结构
ISO/OSI参考模型结构
• 在OSI参考模型中，每一层的功能都在下一层的 支持下实现，并支持上一层。OSI/RM中的低三层 通常归入通信子网的功能范畴，通常靠硬件做成 通信卡或由通信处理机实现；网络中的高四层归 入资源子网的功能范畴，通常用软件方法实现, 形成网络操作系统(最高层常由应用软件实现)。
物理层
• 它建立在传输介质之上，并不考虑传输介质的 具体设置问题，而只关心介质两端的连接，或 者说它只关心链路两端点的物理特性
• 建立物理层的目的是提供一条物理链路上“1”、 “0”码传输的物理条件--为数据链路层提供这个 服务。
• 同时还要涉及其他问题：数据传输方式 、服务 质量参数等
物理层
2.1.2 数据链路层
–把数据分割成数据包，分组，为会话层提供最佳的 数据传输服务，以便充分地利用网络。
3. 栈：分层软件
• 当协议根据分层模型设计时，目标协议软件按层次组织。 每台计算机上的协议软件被分成多个模块，每个模块对 应一层。更重要的是，分层决定了模块间的相互作用： 在理论上，当协议软件发送或接收数据时，每个模块只 同它邻接的上层模块和下层模块通信。因此，以送出的 数据向下通过每一层，接收的数据向上通过每一层。
ISO/OSI参考模型结构
2.1 OSI的低层
• OSI的低层包括物理层、数据链路层和网络层。 这一部分的功能主要是实现通信功能，也称为 通信子网部分。
2.1.1 物理层
• ISO给出的物理层（physical layer）定义为： "物理层为启动、维护和释放数据链路实体之间 二进制位传输而进行的物理连接提供机械的、 电气的、功能的和规程的特性。这种物理连接 可以通过中间系统在物理层内进行二进制位传 输。它允许进行全双工或半双工的二进制位传 输，对物理数据单元（即二进制位）可以以同 步方式或异步方式进行传输。"
ISO/OSI参考模型结构
• 如果按相互通信的对象进行划分，可将OSI参考模 型的通信分为计算机系统间的通信和计算机系统 中进程间的通信。由会话层、表示层、应用层构 成的上三层为进程间的通信，主要解决两台通信 的主机间信息传输问题；由物理层、数据链路层、 网络层构成的下三层为系统间的通信，主要解决 通信子网中的数据传输问题；传输层处于两部分 的中间，可以看作系统通信与进程通信间的接口 层。
2.2.2 表示层
• 表示层处理两个应用实体间数据交换的语法 问题，解决数据交换中存在的数据格式不一 致和数据表示方法不同等问题。例如IBM系统 采用EBCD编码，而其他一些系统用户采用 ASCII编码，表示层要为它们的转换服务，转 换后传输给会话层。此外表示层还进行加密、 压缩或终端仿真处理。
表示层
• 在物理层实现了透明的0、1码传输的基础上， 数据链路层将加强这些原始比特的传输，使之 成为一条无错的数据传输链路。
• 为了达到“无错的数据传输链路”的目标，对链 路层的设计通常要解决如下几方面的问题：
–成帧 –确定帧的顺序，以便数据拼接 –差错校验--根据校验序列对帧进行校验 –数据链路管理（链路的建立、维护和拆除）
第12章 协议与分层
本章学习要求
• 掌握：七层模型的划分及其功能 • 理解：协议栈 • 理解：技术协议的使用
1.网络协议
• 在硬件的层次上进行通信是一件非常困难的事情，因 此在硬件的基础上扩展了一个软件层，作为应用程序 和硬件的接口。这个软件层称为通信协议软件。
• 网络协议（通信协议）定义了计算机进行通信时信息 必须采用的格式和这些格式的意义。用来实现通信协 议的软件就叫通信协议软件。
传输层
（a） 网络层研究的内容
（b）传输层研究两主机之间的通信
传输层
• 传输层与数据链路层不同，数据链路层处理的 是相同网络中两个节点间的数据通信；而传输 层处理的是主机间的数据通信，是源节点到目 的节点之间的传输，它考虑的具体内容有：
–两个主机间数据传输的方式。虚电路方式，与连接 有关的数据传输服务，像打电话；数据报方式，与 连接无关的数据传输服务，像邮局传输信件。
2.2.3 应用层
• 应用层主要进行应用管理和系统管理，直接 为用户服务，在信息网络用户之间形成一个 交换信息的界面━━用户应用程序。简单地 说，就是接收用户数据。信息网络系统接受 了用户的数据后，立即把它们传输给表示层。
2.3 传输层
• 传输层是站在比网络层更高的角度来研究问题。 网络层考虑的是网络的细节，而传输层屏蔽了 这些细节，只从主机间逻辑连接（或进程间通 信）的角度来处理数据的传输问题。