網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

第4章計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI七層參考模型

TCP/IP參考模型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)4.1 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義

計算機網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議的定義是計算機網(wǎng)絡(luò)中實體之間有關(guān)通信規(guī)則約定的集合。協(xié)議包含有三個要素，即：1.語法(Syntax)：數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等。2.語義(Semantics)：控制信息的內(nèi)容，需要做出的動作及響應(yīng)。3.時序(Timing)：事件先后順序和速度匹配。

4.2計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)4.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程

目前計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中有兩大類標準。一類是正式標準，是由權(quán)威的國際標準化組織制定的。另一類是所謂已成事實的標準，此類標準不是權(quán)威組織制定的，事先也沒有作過周密規(guī)劃，但已廣泛流行。網(wǎng)絡(luò)標準化工作經(jīng)過長期的努力，目前有三個常用的體系結(jié)構(gòu)模型，是人們研究和實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的參照標準：1.ISO/OSI七層模型：是從網(wǎng)絡(luò)理論出發(fā)設(shè)計出來的標準，層次比較清晰，功能分明，是人們討論網(wǎng)絡(luò)問題的基本參照系。2.TCP/IP協(xié)議簇：是Internet(因特網(wǎng))的協(xié)議標準，經(jīng)過長期的實踐發(fā)展起來的。3.局域網(wǎng)標準集IEEE802.x：集合了各種局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是標準化程度最為規(guī)范和成熟的一套協(xié)議。

4.2.2體系結(jié)構(gòu)的概念

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，我們采用“分而治之”的原則，將整個的通信過程劃分為多個層次，每一層都對網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，都是整個網(wǎng)絡(luò)的一個有機組成部分，不同的層次定義不同的功能，具體分層的原則有：1.網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點都具相同的層次；2.不同節(jié)點的相同層具有相同的功能；3.同一節(jié)點內(nèi)各相鄰層之間通過接口通信；4.每一層可以使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)；5.不同結(jié)節(jié)的同等層通過協(xié)議來實現(xiàn)對等層之間的通信。4.2計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)4.2.3OSI七層參考模型

OSI七層參考模型由7個協(xié)議層組成，由底層到高層分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，如圖4-1所示。圖4-1OSI層次模型

4.2.3OSI七層參考模型數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)的流動情況如圖4-2所示。圖4-2OSI模型數(shù)據(jù)流圖

1.物理層(PhisicalLayer)物理層是OSI七層參考模型的最底層，它為信息流(bit流)提供物理傳輸通道。它不是指連接計算機的具體的物理設(shè)備或具體的傳輸媒體，而是盡可能的屏蔽這些物理設(shè)備的差異，對它的高層即數(shù)據(jù)鏈路層提供統(tǒng)一的服務(wù)。為實現(xiàn)物理層的功能，該層協(xié)議要描述以下幾方面內(nèi)容：(1)機械特性(2)電氣特性(3)功能特性(4)規(guī)程特性

2.數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)數(shù)據(jù)鏈路層的一個主要功能就是通過校驗、確認和反饋重發(fā)等手段將原始的物理連接改造成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的單位是幀，數(shù)據(jù)幀的格式中包括有地址信息、控制信息、數(shù)據(jù)、校驗信息。數(shù)據(jù)鏈路層的具體功能如下：(1)鏈路管理：(2)幀同步：(3)流量控制：(4)差錯控制：(5)透明傳輸：(6)尋址：網(wǎng)絡(luò)層傳送的數(shù)據(jù)單位是報文、分組或包。在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行通信的兩個計算機之間可能要經(jīng)過多個節(jié)點和鏈路，也可能要經(jīng)過多個路由器所連接的通信子網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層所關(guān)心的就是通信子網(wǎng)的運行控制，主要解決如何把報文或分組從源傳送到目標。在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層功能時，需要解決以下問題：(1)尋址：(2)交換方式：(3)路由算法：網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)路由選擇算法，為數(shù)據(jù)分組通過網(wǎng)絡(luò)選擇最佳路徑。(4)連接服務(wù)：3.網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)

4.傳輸層(transportlayer)傳輸層是第一個端對端，也是主機到主機的層次，高層用戶可以通過傳輸層的服務(wù)直接進行端到端的數(shù)據(jù)傳輸，而不必知道通信子網(wǎng)的存在，通信子網(wǎng)的更替和交換技術(shù)通過傳輸層的屏蔽不被高層用戶看到。

傳輸層從會話層接收數(shù)據(jù)報文，當所發(fā)送的報文較長時，傳輸層先把它分割成若干個報文分組，然后在交給下一層網(wǎng)絡(luò)層進行傳輸。

5.會話層(sessionlayer)會話層組織和管理進程間的對話，即平時我們所說的全雙工或半雙工通信。在后一種場合下，會話層提供一種數(shù)據(jù)權(quán)標來控制那一方有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)。會話層的具體功能如下：(1)會話管理：如提供單方向會話或雙向同時會話，并管理會話中的發(fā)送順序，及會話所占用時間的長短。(2)會話流量控制：提供會話流量控制和交叉會話控制。(3)尋址：使用遠程地址建立會話連接。(4)出錯控制：會話層的實際工作是接收來自傳輸層的數(shù)據(jù)，并負責糾正錯誤。

6.表示層(presentationlayer)表示層為上層用戶提供共同需要的數(shù)據(jù)或信息語法表示交換。不同的機器采用不同的編碼方法來表示數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為了讓采用不同編碼方法的計算機通交換后能互相理解數(shù)據(jù)的意義，可采用抽象的標準方法來定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并采用標準的編碼表示形式。

表示層的具體功能如下：(1)數(shù)據(jù)格式處理：協(xié)商和建立數(shù)據(jù)交換格式，解決各應(yīng)用程序之間在數(shù)據(jù)格式表示上的差異。(2)數(shù)據(jù)的編碼：處理字符集和數(shù)字的轉(zhuǎn)換。(3)壓縮和解壓縮：為減少數(shù)據(jù)的傳輸量，這一層還負責數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)。(4)數(shù)據(jù)的加密和解密：為提高網(wǎng)絡(luò)的安全型。

7.應(yīng)用層(applicationlayer)應(yīng)用層是OSI的最高層，它直接通過給用戶、管理者提供各類信息，來為用戶終端服務(wù)。例如虛擬終端、文件傳送、遠程用戶登錄和電子數(shù)據(jù)交換以及電子郵件等。它在其它六層的基礎(chǔ)上，負責完成網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之間的聯(lián)系，建立與結(jié)束使用者之間的聯(lián)系，并完成網(wǎng)絡(luò)用戶提出的各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及應(yīng)用所需的監(jiān)督、管理和服務(wù)等各種協(xié)議。此外，該層還負責協(xié)調(diào)各個應(yīng)用程序間的工作。

采用OSI七層模型有以下好處：1.各層之間相對獨立。2.靈活性好。3.結(jié)構(gòu)上、技術(shù)上的可分割性。4.促進標準化工作。4.2.4TCP/IP參考模型4.2.4.1TCP/IP參考模型1.TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

TC紹P/顛IP是一敲個四雀層的謊體系漆結(jié)構(gòu)喪，包盡括應(yīng)止用層居、傳輸層鉛、網(wǎng)押絡(luò)層爹和網(wǎng)嫂絡(luò)接史口層.下面泡我們善結(jié)合洪圖4-悟3來分別介機紹一縫下TC廚P/債IP模型噴中各君層的傲功能茄。(1圾)網(wǎng)絡(luò)橫接口丘層(ne關(guān)tw皺or息k候in更te鐘rf互ac寨e釀la址ye析r)網(wǎng)絡(luò)閑接口置層對逆應(yīng)于OS企I模型原中的卻數(shù)據(jù)懂鏈路誦層和量物理層，汽該層蛇無具諷體內(nèi)閥容，托所用逆的協(xié)題議為使各通臨信子拐網(wǎng)本之身所固叔有協(xié)婚議，跌因此必網(wǎng)絡(luò)疾接口閘可能虛會有隙多種井，如寒與IE邊EE80編2協(xié)議呆支持術(shù)的各表種局亦域網(wǎng)打連接其，也佛可以永與使樓用X.您25協(xié)議喊的廣月域網(wǎng)恥連接旗。4.具2.斷4.轎1TC猛P/降IP參考漏模型4.令2.態(tài)4.傅1TC領(lǐng)P/歇IP參考洲模型(2電)網(wǎng)絡(luò)擇層(in列te轉(zhuǎn)rn怒et暗l瓜ay練er調(diào))網(wǎng)絡(luò)攪層使淹用以迎下四魚個協(xié)鞋議：*IP協(xié)議(網(wǎng)際尖協(xié)議)為要捐傳輸箱的數(shù)備據(jù)分固配地撈址、尿打包雀、確欺定收憑發(fā)端濤的路份由，做并提濤供端慌到端督的數(shù)怎據(jù)報窗傳遞渠，IP協(xié)議碑還規(guī)凝定了楚計算亮機在坡通信起是必偷須遵同守的鐮一些哲基本殘規(guī)則杠，以尋確保蜂路由屑的正賴確選朵擇和毅報文廈的正養(yǎng)確傳雄輸。*IC縣MP協(xié)議(網(wǎng)際倆控制鉆報文個協(xié)議)：為IP協(xié)議陰提供扯差錯礎(chǔ)報告飲。*AR仿P協(xié)議(地址飯解析辛協(xié)議)：該偶協(xié)議躺用于片完成IP地址浪向物殿理地蔑址的帽轉(zhuǎn)換味，即內(nèi)把遠塘程網(wǎng)予的IP地址勸映射知到局而域網(wǎng)防的硬壯件地喪址上漆。*RA冶RP協(xié)議(逆向做地址未解析膀協(xié)議)：該吐協(xié)議話用于免完成咽物理抽地址京向IP地址注的轉(zhuǎn)謎換。4.拉2.腐4.坑1TC宣P/收IP參考靈模型網(wǎng)絡(luò)丟層的萬主要硬功能陣有：*In裝te犁rn委et全網(wǎng)拳地址傍的識洋別與沿管理縣；*IP數(shù)據(jù)腰包路艇由選儀擇功諷能；*發(fā)送赴或接秘收數(shù)脹據(jù)包鏈時使Ip數(shù)據(jù)擋包的獵長度甘與通聲信子偽網(wǎng)所允許桿的數(shù)熱據(jù)包材長度扒相匹糟配，碗即報拼文的省分段嬸與重扣組。4.樂2.凳4.宣1TC符P/救IP參考惡模型(3瘡)逝傳輸膽層在傳姿輸層撲運行競的協(xié)劃議有途兩個反，一豎個是谷傳輸命控制母協(xié)議TC齡P,另一遲個是用戶誦數(shù)據(jù)耽報協(xié)旋議UD原P.TC注P提供如的是填面向逼連接濕的可打靠的聯(lián)數(shù)據(jù)聰傳輸粒服務(wù)混，這亂個過制程類全似于打電列話，珍連接羅在本連質(zhì)上屠象一役個管僵道，向或者模說一個條專差線，正發(fā)送急者從亞管道一貝端送慢入信哄息，爐接受綱這在棒管道潤的另硬一端險以同矛樣的鐮順序攜接收癢信息蒜。它通完過認報證方暗式、遣重傳慣機制值等確仙保數(shù)飄據(jù)的琴可靠今傳輸護。UD們P提供世的是茫無連厘接的知服務(wù)恥，這或個過筍程類雜似于榴普通冒的郵遙政系圣統(tǒng)，發(fā)送獵方的停信息蝕類似穩(wěn)于每惠一封哈信，校都必取須帶媽有完孔整的趁目標面地址貸，并拔且每一則個報拔文都液獨立甜于其蚊它報忍文，做經(jīng)由鉆系統(tǒng)免選定謙的路殲徑傳皂遞到褲目的塑地。類似部于郵術(shù)政系撫統(tǒng)，都信件臨有可相能在衣途中棍丟失漂，有唐的信雞息可桶能在茫途中懲丟失或擺延誤潛，所清以說桂，無陪連接挑的服纖務(wù)不掘能保朝證報六文不膛丟失樣或按進時到陪達，是一顛種不秧可靠毀的數(shù)姨據(jù)傳射輸方柿式。4.岸2.痛4.緒1TC孤P/隨IP參考處模型(4唐)繡應(yīng)用同層應(yīng)用緣瑞層為闊用戶羞提供憂所需攏要的手各種吸服務(wù)下，例紛如Te郵ln木et遠程按登錄克、FT陪P文件州傳輸男、Em放ai近l電子街郵件屈、We右b服務(wù)尤器、SN灣MP網(wǎng)絡(luò)種管理許、DN巷S域名清服務(wù)位，以醫(yī)及DH技CP動態(tài)恭分配IP地址守等。目前岸，應(yīng)庭用層微的發(fā)價展最棚快，津隨著華寬帶交網(wǎng)的留普及池，應(yīng)皂用層葉的功路能可城說是路日新研月異染，多發(fā)媒體競技術(shù)大是應(yīng)浪用層映的功奇能更掃加完兄善。2.OS忽I與TC笛P/蚊IP體系宏結(jié)構(gòu)京的比稍較4.貨2.封4.獄2IP地址1IP地址塞：在使挽用TC別P/晌IP協(xié)議襯的網(wǎng)芒絡(luò)中陰，必箏須為抵每臺幫計算鎖機分雪配IP地址澆，IP地址床不但貞可以溜在網(wǎng)需絡(luò)上梢面用燒來識拴別每蹄一臺盟主機幫。而悠且隱憐含著鑒網(wǎng)絡(luò)陰路徑貢信息激。一臺閘計算拔機（敬設(shè)備用）可雅以含叢有多帥個IP地叛址，未但不能把銹同一臥個IP地址潤分給嬸多個嫩主（孟設(shè)備迅）。IP地址右分為IP項V4版本秤（用饅32bi格t標識足）和IP輔V6版本（1牌28bi撿t標識馳）。2.IP地址菠的格梯式:網(wǎng)絡(luò)顛標識主機婆標識32bi村t4.嶺2.君4.霞2IP地址為了孕給不昆同規(guī)守模的嘗網(wǎng)絡(luò)攜提供沃必要珍的靈迎活性足，IP地址踢的設(shè)競計者將IP地址塊空間龜劃分索為五鴉個不菜同的壯地址非類別弊，即A類地解址、B類地澇址、C類地臂址、D類地秋址和E類地畢址。配其劃熊分方瓜式如臭下表4-1所示朗。其中A、隆B、搜C三類倚最為碰常用輛。三掀類網(wǎng)皇絡(luò)所兩能表委示的咸網(wǎng)絡(luò)秤數(shù)量博、每拔個網(wǎng)扣絡(luò)所使支持笛的主脈機數(shù)早量如朋表4騰-2鼻所示誓。4.復(fù)2.船4.善2IP地址在使挖用A、椅B、償C三類愚地址拋時要靈注意嫩以下團幾點憂：(1雙)在IP地址述中，劑網(wǎng)絡(luò)疤標識涂號和警主機就標識謠號都粉不能身全為反零或返全為步1。跌例如稅：B類地攻址同悉一個蹤蝶網(wǎng)絡(luò)仇號下疤主機責數(shù)目傷216-2法=6捏55謠34冰個，巷即去陳掉全仗零或炒全1醒的主梁機標偏識號久。(2潮)席不能播以1覽27繳開頭追。申例如悟：1梅27清.0蘋.0隸.1怖為回村繞地雀址，糖可用濱來測秒試本恢機TC辜P/閑IP是否奴安裝被正確責。(3臟)姥網(wǎng)絡(luò)斬地址久必須間唯一憲。(4背)漆主機曬標識澡在同漏一網(wǎng)畏絡(luò)內(nèi)筍必須艷是唯洞一的險。4.醒2.資4.更2IP地址2.恐子此網(wǎng)掩圖碼子網(wǎng)獨掩碼下一項鏈重要勒的功暗能，鵝就是異將某齡個IP地址身劃分艇成網(wǎng)噸絡(luò)地企址和報主機閱地址蔥兩部嶼分。與IP地址獻相同杠，子屆網(wǎng)掩嚇碼的愁長度賄也是32bi直t，左邊叉是網(wǎng)擴絡(luò)ID部分北，用期二進慕制數(shù)補字“1們”表研示；梢右邊垮是主吹機ID部