第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及結(jié)構(gòu)體系

第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與結(jié)構(gòu)體系第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與結(jié)構(gòu)體系學(xué)習(xí)目標(biāo):掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念

2．1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述2.1.1劃分層次的必要性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的所有部件可完成的功能精確定義后，進(jìn)行獨(dú)立劃分，按照信息交換層次的高低分層，每層都能完整地完成多個(gè)功能，層與層之間互相支持又相互獨(dú)立。文件傳送模塊通訊服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊文件傳送模塊通訊服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊文件及文件傳送命令與通信有關(guān)的報(bào)文網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口通信網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)B分層所帶來(lái)的好處如下：

(1)層與層之間相互獨(dú)立(2)靈活性好(3)結(jié)構(gòu)上可分割開(kāi)(4)易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)(5)能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作2.1.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)為了進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則，標(biāo)準(zhǔn)或約定。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：(1)語(yǔ)法(2)語(yǔ)義(3)時(shí)序2.2OSI參考模型2.2.1OSI參考模型的產(chǎn)生國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(internationalstandardsorganization)提出了一個(gè)試圖使各種計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架，即著名的開(kāi)放系統(tǒng)互連基本參考模型ISO/OSIRM（internationalstandardsorganization/opensysteminterconnectreferencemodel），簡(jiǎn)稱OSI。

2.2.2OSI參考模型的層次結(jié)構(gòu)OSI極其復(fù)雜，層次眾多，一共有七層，從低到高依次為： 物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,會(huì)話層,表示層,應(yīng)用層OSI參考模型不同節(jié)點(diǎn)同等層之間的信息交換與處理OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型主機(jī)A主機(jī)B物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層傳輸層會(huì)話層會(huì)話層表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層6接口5接口4接口3接口2接口1接口PPDUSPDUTPDU報(bào)文幀比特APDU表示層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議傳輸層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元各層功能封裝/解封裝主機(jī)A主機(jī)B物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層傳輸層會(huì)話層會(huì)話層表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層表示層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議傳輸層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議封裝解封裝物理層（PhysicalLayer）OSI模型的最低層或第一層，該層包括物理連網(wǎng)媒介，如電纜連線連接器。物理層為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠環(huán)境物理層的協(xié)議產(chǎn)生并檢測(cè)電壓以便發(fā)送和接收攜帶數(shù)據(jù)的信號(hào)。在這一層，數(shù)據(jù)還沒(méi)有被組織，僅作為原始的位流或電氣電壓處理，單位是bit比特。物理層功能功能一：為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐饭δ芏簜鬏敂?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸介質(zhì)接口物理層關(guān)心的是什么？為了傳輸信號(hào)，物理層規(guī)定了哪些特性？

數(shù)據(jù)鏈路層（DatalinkLayer）物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層報(bào)文(packet)幀(frame)比特(bit)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主機(jī)A主機(jī)B數(shù)據(jù)單元位于網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：802.2、802.3ATM、HDLC、FRAMERELAYHDLC:高級(jí)鏈路控制協(xié)議FrameRelay：幀中繼。幀中繼是一種局域網(wǎng)互聯(lián)的WAN協(xié)議，它工作在OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。它為跨越多個(gè)交換機(jī)和路由器的用戶設(shè)備間的信息傳輸提供了快速和有效的方法。

數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路的建立，維護(hù)與拆除幀包裝、幀傳輸、幀同步幀差錯(cuò)恢復(fù)流量控制數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備：網(wǎng)卡、網(wǎng)橋、交換機(jī)我們平常使用的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)以太網(wǎng)解決的問(wèn)題信道占用（介質(zhì)）訪問(wèn)控制方式：采用CSMA/CD避免信號(hào)的沖突（共享的線路誰(shuí)先使用）尋址（識(shí)別數(shù)據(jù)包）統(tǒng)一的格式（讀懂?dāng)?shù)據(jù)格式）以太網(wǎng)采用CMA/CD（解決信道）工作原理1.發(fā)送前先監(jiān)聽(tīng)信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)2.在發(fā)送時(shí)，邊發(fā)送便繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)3.若監(jiān)聽(tīng)到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送4.等待一段隨機(jī)時(shí)間（稱為退避）以后，再重新嘗試以太網(wǎng)MAC地址以太網(wǎng)地址規(guī)定：用來(lái)識(shí)別一個(gè)以太網(wǎng)上的某個(gè)單獨(dú)的設(shè)備或者一組設(shè)備（MACz地址12位16進(jìn)制數(shù)，前6位，設(shè)備廠商，后六位流水賬號(hào)）802.3以太網(wǎng)幀格式前導(dǎo)碼目的地址源地址類型/長(zhǎng)度數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)序列數(shù)據(jù)鏈路層封裝物理層封裝以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層(LLC)物理層介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(MAC)太網(wǎng)路IEEE802.2IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）

很多用戶經(jīng)常混淆2層和3層的相關(guān)問(wèn)題，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果你在談?wù)撘粋€(gè)與IP地址、路由協(xié)議或地址解析協(xié)議（ARP）相關(guān)的問(wèn)題，那么這就是第三層的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)對(duì)子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由選擇，它通過(guò)綜合考慮發(fā)送優(yōu)先權(quán)、網(wǎng)絡(luò)擁塞程度、服務(wù)質(zhì)量以及可選路由的花費(fèi)來(lái)決定從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最佳路徑。另外，它還可以實(shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)際互連等功能。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的代表包括：IP、IPX、RIP（路由信息協(xié)議）、OSPF（組播擴(kuò)展）等。路由和交換路由工作在網(wǎng)絡(luò)層：路由是路由器根據(jù)自己的路由表進(jìn)行的，期間經(jīng)過(guò)了路由選擇和路由轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程，從路由器的一個(gè)接口“路由”到另一個(gè)接口。交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層：交換是交換機(jī)根據(jù)自己的MAC地址表在交換機(jī)的不同端口之間進(jìn)行的，從交換機(jī)的一個(gè)端口“交換”到另一個(gè)端口。交換機(jī)主要用來(lái)隔離沖突域傳輸層（TransportLayer）傳輸層是OSI模型中最重要的一層，它是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí),第一個(gè)端到端的層次，起到緩沖作用。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，它將提高服務(wù)，以滿足高層的要求；而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量較好時(shí)，它只需進(jìn)行很少的工作。另外，它還要處理端到端的差錯(cuò)控制和流量控制等問(wèn)題，最終為會(huì)話提供可靠的,無(wú)誤的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層協(xié)議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。IP層提供點(diǎn)到點(diǎn)的連接傳輸層提供端到端的連接(port->socket)傳輸層IP層提供點(diǎn)到點(diǎn)的連接傳輸層提供端到端的連接(port->socket)IP:找到目標(biāo)主機(jī)會(huì)話層（SessionLayer）會(huì)話層負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點(diǎn)之間建立和維持通信，并保持會(huì)話獲得同步，它還決定通信是否被中斷以及通信中斷時(shí)決定從何處重新發(fā)送。會(huì)話層協(xié)議的代表包括：RPC（遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用協(xié)議

）、SQL、NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)

）、XWINDOWS（圖形用戶接口

）、ASP（動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)）等表示層（PresentationLayer）表示層的作用是管理數(shù)據(jù)的解密與加密，如常見(jiàn)的系統(tǒng)口令處理，當(dāng)你的賬戶數(shù)據(jù)在發(fā)送前被加密，在網(wǎng)絡(luò)的另一端，表示層將對(duì)接收到的數(shù)據(jù)解密。另外，表示層還需對(duì)圖片和文件格式信息進(jìn)行解碼和編碼。應(yīng)用層（ApplicationLayer）簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，應(yīng)用層就是為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口，包括文件傳輸、文件管理以及電子郵件等的信息處理。應(yīng)用層協(xié)議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

）等。會(huì)話層,表示層,應(yīng)用層構(gòu)成開(kāi)放系統(tǒng)的高3層，它們?yōu)閼?yīng)用進(jìn)程提供分布處理，對(duì)話管理,信息表示,恢復(fù)最后的差錯(cuò)等，它們每一層負(fù)責(zé)一項(xiàng)具體的工作，然后把數(shù)據(jù)傳送到下一層。2．3TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2.3.1TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生20世紀(jì)90年代TCP/IP體系結(jié)構(gòu)取代OSI參考模型成為事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。原因有:(1)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易用，倍受市場(chǎng)青睞(2)起源美國(guó)的因特網(wǎng)起到推波助瀾的作用(3)OSI模型還沒(méi)有完全建立起來(lái)，使用TCP/IP的因特網(wǎng)已搶先在世界上覆蓋了相當(dāng)大的范圍(4)幾乎壟斷軟硬件制造的美國(guó)制造商都紛紛把TCP/IP協(xié)議固化到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)軟件中2.3.2TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)四層體系結(jié)構(gòu)，它包括：網(wǎng)絡(luò)接口層、互聯(lián)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層。

2．4數(shù)據(jù)包在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的封