网络协议与网络体系结构(简述网络体系结构及网络协议的概念)

网络体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合 协议：计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议的三要素： 语法，语义，时序。

计算机协议及体系结构网络协议与层次结构 1.2.1网络体系结构1.网络协议通过通信信道和网络设备互联起来的不同地理位置的多个计算机系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则。网络协议(Protocol)是为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。准确地说,它是对同等实体之间通信而制定的有关规则和约定的集合;网络协议的三个要素:、l)语义(Semarlties)涉及用于协调与差错处理的控制信息。2)语法(Syntax)涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。3)定时(Timing)涉及速度匹配和定序等。2.网络的体系结构及其划分所遵循的原则计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统。分层就是系统分解的最好方法之一。在图1-4所示的一般分层结构中,n层是n-l层的用户,又是n+l层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务,实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。、层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。所谓网络的层次模型就是计算机网络各层次及其协议的 集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示,层次结构的要点:1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外,其余各对等实体间进行的都是虚通信。2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。3)n层的虚通信是通过n/n-l层间接口处n-l层提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通信)来实现的。1.2.2网络体系结构网络体系结构最常用的分为两种:OSI七层结构和TCP/IP(TramferControlProtocol/InternetProtocol,传输控制协议/网际协议)四层结构。TCP/IP协议是Internet的核心协议。1.OSI/RM基本参考模型开放系统互联(OpenSystemIntercomectim)基本参考模型是由国际标准化组织(ISO)制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型,又称ISO/OSI参考模型。"开放"这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统可以进行互联。OSI/RM包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI的体系结构定义了一个七层模型,用以进行进程间的通信,并作为一个框架来协调各层标准的制定gOSI的服务定义描述了各层所提供的服务,以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语:OSI各层的协议规范,精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。OSI/RM的七层参考模型结构包括:从下至上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层,会话层、表示层和应用层。2.Internet层次模型Internet网络结构以TCP/IP协议层次模型为核心,共分四层结构:应用层、传输层、网际层和网络接口层。TCP/IP的体系结构与ISO的OSI七层参考模型的对应关系如图1-6所示。TCP/IP是Internet的核心,利用TCP/IP协议可以方便地实现各种网络的平滑、无缝连接。在TCP/IP四层模型中,作为最高层的应用层相当于OSI的5~7层,该层中包括了所有的高层协议,如常见的文件传输协议FTP(文件传输协议)、电子邮件SMTP,（简单邮件传送协议)、域名系统DNS(域名服务)、网络管理协议SNMP、访问WWW的超文本传输协议HTTP、远程终端访问协议TELNET等。TCP/IP的次高层为传输层,相当于OSI的传输层,该层负责在源主机和目的主机之间提供端到端的数据传输服务。这一层上主要定义了两个协议:面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)。TCP/IP的第二层相当于OSI的网络层,该层负责将报文(数据包)独立地从信源传送到信宿,主要解决路由选择、阻塞控制级网际互联问题。这一层上定义了网际协议(InternetProtocol,IP协议)、地址转换协议ARP(AddressResolutionProtocol)、反向地址转换协议RARP(ReverseARP)和网际控制报文协议ICMP(InternetCOIltrolMessageProtocol)等协议。TCP/IP的最低层为网络接口层,该层负责将IP分组封装成适合在物理网络上传输的帧格式并发送出去,或将从物理网络接收到的帧卸装并递交给高层。这一层与物理网络的具体实现有关,自身并无专用的协议。事实上,任何能传输IP报文的协议都可以运行。虽然该层一般不需要专门的TCP/IP协议,各物理网络可使用自己的数据链路层协议和物理层协议。3.Internet主要协议TCP/IP协议集的各层协议的总和亦称作协议枝。给出了TCP/IP协议集与OSI参考模型的对应关系。其中每一层都有着多种协议。一般来说,TCP提供传输层服务,而IP提供网络层服务。(l)TCP/IP的数据链路层数据链路层不是TCP/IP协议的一部分,但它是TCP/IP与各种通信网之间的接口。这些通信网包括多种广域网和各种局域网。一般情况下,各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议,不需要在数据链路层上设置专门的TCP/IP协议。但是,当使用串行线路连接主机与网络,或连接网络与网络时,例如用户使用电话线接入网络肘,则需要在数据链路层运行专门的SLIP(SerialLineIP)协议的PPP(PointtoPointProtocol)协议。(2)TCP/IP网络层网络层最重要的协议是IP,它将多个网络联成一个互联网,可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网分发出去。网络层的功能主要由IP来提供。除了提供端到端的报文分发功能外,IP还提供了很多扩充功能。例如:为了克服数据链路层对帧大小的限制,网络层提供了数据分块和重组功能,这使得很大的IP数据报能以较小的报文在网上传输。网络层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互联网络,即网际网。网间的报文来往根据它的目的IP地址通过路由器传到另一网络。IP的基本任务是通过互联网传送数据报,各个IP数据报之间是相互独立的。主机上的IP层向传输层提供服务。IP从源传输实体取得数据,通过它的数据链路层服务传给目的主机的IP层。IP不保证服务的可靠性,在主机资源不足的情况下,它可能丢弃某些数据报,同时IP也不检查被数据链路层丢弃的报文。在传送时,高层协议将数据传给IP层,IP层再将数据封装为互联网数据报,并交给数据链路层协议通过局域网传送。若目的主机直接连在本局域网中,IP可直接通过网络将数据报传给目的主机;若目的主机在其他网络中,则IP路由器传送数据报,而路由器则依次通过下一网络将数据报传送到目的主机或再下一个路由器。即IP数据报是通过互联网络逐步传递,直到终点为止。(3)TCP/IP传输层TCP/IP在这一层提供了两个主要的协议:传输控制协议(TCP)和用户数据协议(UDP)。TCP提供的是一种可靠的数据流服务。当传送有差错数据,或网络故障,或网络负荷太重不能正常工作时,就需要通过其他协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议,它对应于OSI模型的传输层,它在IP协议的基础上,提供端到端的面向连接的可靠传输。TCP采用"带重传的肯定确认"技术来实现传输的可靠性。简单的"带重传的肯定确认"是指与发送方通信的接收者,每接收一次数据,就送回一个确认报文J发送者对每个发出去的报文都留一份记录,等到收到确认之后再发出下一报文。发送者发出报文时,启动计时器,若计时器计数完毕,确认还未到达,则发送者重新发送该报文。TCP通信建立在面向连接的基础上,实现了一种"虚电路"的概念。双方通信之前,先建立一条连接,然后双方就可以在其上发送数据流。这种数据交换方式能提高效率,但事先建立连接和事后拆除连接需要开销。4.TCP/IP协议族中的其他协议TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议,是一系列协议和服务的总集。虽然从名字上看τCP/IP包括两个协议一一…传输控制协议(TCP)和网际协议(IP),但TCP/IP实际上是一组协议,包括了上百个各种功能的协议,如:远程登录、文件传输和电子邮件(PPP,ICMP,ARP/RARP,UDP,FTP,HTTP,SMTP,SNMP,RIP,OSPF)等协议,而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个最基本的重要协议。通常说TCP/IP是指TCP/IP协议族,而不单单是TCP和IP。TCP/IP依靠TCP和IP这两个主要协议提供的服务,加上高层应用层的服务,共同实现了TCP/IP协议族的功能。TCP/IP的最高层与OSI参考模型的上三层有较大区别,也没有非常明确的层次划分。其中FTP,TELNET,SMTP,DNS是几种广泛应用的协议,TCP/IP中还定义了许多别的高层协议。(l)文件传输协议FTPFTP(FileTransferProtocol):文件传输协议,允许用户将远程主机上的文件拷贝到自己的计算机上。文件传输协议是用于访问远程机器的专门协议,它使用户可以在本地机与远程机之间进行有关文件的操作。FTP工作时建立两条TCP连接,条用于传送文件,另一条用于传送控制。FTP采用客户/服务器模式,它包含FTP客户端和FTP服务器。客户启动传送过程,而服务器对其做出应答。客户FTP大多有交互式界面,使客户可以方便地上传或下载文件。(2)远程终端访问TELNETTelnet(RemoteLogin):提供远程登录功能,用户可以登录到远程的另一台计算机土,如同在远程主机上直接操作一样。设备或终端进程交互的方讼,支持终端到终端的连接及进程到进程分布式计算的通信。(3)域名服务DNSDNS是一个域名服务的协议,提供域名到IP地址的转换,允许对域名资源进行分散管理。(4)简单邮件传送协议SMTPSMTP(SimpleMailTransferProtocol,简单邮件传输协议),用于传输电子邮件。互联网标准中的电子邮件是基于文件的协议,用于可靠、有效的数据传输。SMTP作为应用层的服务,并不关心它下面采用的是何种传输服务,它可通过网络在TCP连接上传送邮件, 或者简单地在同一机器的进程之间通过进程通信的通道来传送邮件。邮件发送之前必须协商好发送者、接收者。SMTP服务进程同意为接收方发送邮件时,它将邮件直接交给接收方用户或将邮件经过若干段网络传输,直到邮件交给接收方用户。在邮件传输过程中,所经过的路由被记录下来。这样,当邮件不能正常传输时可按原路由找到发送者。13网络互联基础1.3.1IP地址IP地址和域名是Internet使用的、符合TCP/IP协议规定的地址方案。这种地址方案与日常生活中涉及的电话号码和通信地址相似,涉及到Internet服务的每一环节。IP协议要求所有Internet的网络节点要有统一规定格式的地址,简称IP地址。IP地址是运行TCP/IP协议的唯一标识符。TCP/IP协议是上层协议,无论下层是何种拓扑结构的网络,均应统一在上层IP地址上。任何网络接入Internet,均应使用IP地址。IP地址是唯一的、全球识别的InterIEt网络地址,采用32位二进制(即4字节)的格式。在Internet上,每台计算机或网络设备都被分配一个IP地址,这个IP地址在整个InterIIet网络中是唯一的,保证了Internet成为全球开放互联的网络系统。1.3.2IP地址的格式和分类IP地址可表达为二进制格式和十进制格式。二进制的IP地址为32位,分为4个8位二进制数。为书写方便起见,常将每个字节作为一段并以十进制数来表示,每段间用"."分隔,每段取值为0~255,。例如:135.111.5.27(二进制格式:10000111.01101111.00000101.00011011)就是合怯的IP地址。IP地址由网络标识和主机标识两部分组成。常用的IP地址有ATB,C三类,每类均规定了网络标识和主机标识在32位中所占的位数。这三类IP地址的格式表示范围分别为:A类地址:0.0.0.O~127.255.255.255B类地址:128.0.0.O~191.255.255.255C类地址:192.0.0.O~233.255.255.255A类IP地址一般用于主机数多达160余万台的大型网络,前8位代表网络号,后3个8位代表主机号。32位的最高位为Og十进制的第一组数值范围为000~127。IP地址范围为:001.x.y.z~126.x.y.z。B类IP地址一般用于中等规模的各地区网管中心,前两个8位二进制代表网络号,后两个8位代表主机号。32位的最高两位为10;十进制的第一组数值范围为128~191。IP地址范围为:128.x.y.Z~191.x.y.z。C类地址一般用于规模较小的本地网络,如校园网、企业网、政府机构网等。前三个8位代表网络号,最后8位代表主机号。32位的最高3位为110,十进制第一组数值范围为192~223。IP地址范围为:192.x.y.z~223.x.y.z。一个C类地址可连接256个主机。A类地址一般分配给具有大量主机的网络使用,B类地址通常分配给规模中等的网络使用,C类地址通常分配给小型局域网使用。为了确保唯→性,IP地址由世界各大地区的权威机构InterNIC(InternetNetworkInformationCenter)管理和分配。1.3.3子网的划分与掩码在Internet中,如果每个物理网络就要占用一个网络号,是不够用的。另外,如果每个单位增添新的物理网络(例如新建楼房或新部门中新建的网络)就要向Internet的NIC申请新网络号,也太麻烦,并且不便于IP地址的分配管理。,在IP地址的某个网络标识中,可以包含大量的主机(如A类地址的主机标识域为24位,B类地址的主机标识域为16位),而在实际应用中不可能将这么多的主机连接到单一的网络中, 这将给网络寻址和管理带来不便。为解决这个问题,可以在网络中引入"子网"的概念。注意:这里的子网与前面所说的通信子网是两个完全不同的概念。将主机标识域进一步划分为子网标识和子网主机标识,通过灵活定义子网标识域的位数,可以控制每个子网的规模。将一个大型网络划分为若干个既相对独立又相互联系的子网后,网络内部各子网便可独立寻址和管理,各子网间通过跨子网的路由器连接,这样也提高了网络的安全性。利用子网掩码可以判断两台主机是否在同一子网中。子网掩码与IP地址一样也是32位二进制数,不同的是它的子网主机标识部分为全"。"。若两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相"与"后的结果相同,则说明这两台主机在同一网中。1.子网划分为使多个物理网络共用一个IP地址,可以采取把IP地址中主机号部分进一步划分为子网号和主机号两部分。例如:一个B类IP地址,可以把第三个字节作为子网号,第四个字节作为子网(物理网络)上主机号。2.子网掩码IP路由选择算法是根据IP数据报报头中目的地址的网络号,查找它的路由表,找到一个表项的目的网络号能与它匹配,然后用匹配上表项的中继IP地址作为发送该数据报到达目的主机的下一个路由器地址。IP数据报报头中目的地址的网络号是根据该地址最高位值来决定它是哪一类IP地址,网络号应占用多少位。 划分了子网后,就不能从地址的最高位值来判断网络号占用的位数了,用户可以自行决定子网号占用的位数。为了解决这个问题,必须使用子网掩码(mask)子网掩码是一个32位的数,其中取值为1的位,对应网络号或子&网号:取值为0的位,对应主机号。
OSI/RM协议模型将计算机网络体系结构的通信协议规定为7层 第7层 应用层 第6层 表示层 第5层 会话层 　第4层 传输层 　第3层 网络层　第2层 数据链路层　第1层 物理层
OSI参考模型共分为7层，由低到高分为： 物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层 注：最高一层【应用层】就是我们的人机交互界面了。
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网络协议是计算机与计算机，路由器，交换机这三者之间的通讯协议，是计算机，路由器，交换机三者之间沟通的方式，大多数是在传输层，网络层和数据链路层。 网络体系机构就是OSI七层模型。即包含了网络协议这部分，还包含了人对计算机操作的指令，与计算机返还操作结果的显示，即应用层，表示层和会话层之间，还包含了物理层。

OIS参考模型全名为OIS开放式系统参考模型，它是一个描述网络层次结构的模型。共分为7层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。最高层应用层面向用户提供应用服务，最底层物理层，连接传输介质实现真正的数据通信。TCP/IP是传输控制协议、互联网协议的缩写。TCP/TP的体系结构与OSI参考模型一样，也采用了分层的思想，但与OSI不同的是其体系结构分为4层：网络接口层，网际层，传送层和应用层。网络接口层想对于OSI参考模型中的物理层和数据链路层，网际层和传送层分别对应网络层和传输称，应用层与会话层、表示层和应用层对应。相同之处：1丶两者都以协议栈的概念为基础 2丶协议栈中协议彼此相互独立不同之处：1丶OSI参考模型明确了服务，接口和协议3个概念 2丶OSI参考模型是在协议发明之前就产生的，而TCP/IP模型是在协议后出现的。TCP/IP模型只是这些己有协议的一个描述而己。3丶层次的数目不同（OSI参考模型有7层，TCP/IP模型只有4层，它们都有网络层丶传输层和应用但其它的层不同）
1，是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。它广泛采用的是国际标准化组织（ISO）在1979年提出的开放系统互连（OSI-Open System Interconnection)的参考模型。2，物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层3，网络接口层，网际互联层，传输层，应用层，4，网络接口层对应物理和数据链路层，网际互联对应网络层，剩下的两层对应osi剩下的

五层协议的网络体系结构各层的结构要点如下：1、物理层:物理层的任务就是透明地传送比特流，确定连接电缆插头的定义及连接法。2、数据链路层:数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。3、网络层:网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。4运输层:运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。5、应用层:应用层直接为用户的应用进程提供服务。网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。例如，网络中一个微机用户和一个大型主机的操作员进行通信，由于这两个数据终端所用字符集不同，因此操作员所输入的命令彼此不认识。为了能进行通信，规定每个终端都要将各自字符集中的字符先变换为标准字符集的字符后，才进入网络传送，到达目的终端之后，再变换为该终端字符集的字符。
1、应用层 任务：为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口，通过应用进程间的交互完成特定网络应用。应用层定义的是应用进程间通信和交互的规则。常用协议：HTTP、SMTP、FTP、ping、telnet、DNS、DHCP等。2、运输层任务：负责向两个主机中进程之间的通信提供通用数据服务，为两台主机的应用程序提供端到端通信。主要使用以下两种协议：传输控制协议TCP：提供面向连接的、可靠的、基于流的数据传输服务，数据传输的单位是报文段。使用超时重发、数据确认等方式确保数据被正确发送至目的地。用户数据报协议UDP：提供无连接的、不可靠的、基于数据报的数据传输服务;数据传输的单位是用户数据报。3、网络层任务：负责对数据包进行路由选择和存储转发。①负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段和用户数据报封装成分组或包进行传送。②IP协议：逐跳发送模式;根据数据包的目的地IP地址决定数据如何发送;如果数据包不能直接发送至目的地，IP协议负责寻找一个合适的下一跳路由器，并将数据包交付给该路由器转发。③ICMP协议：因特网控制报文协议，用于检测网络连接。4、数据链路层任务：负责分配MAC地址。①两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息。②网卡接口的网络驱动程序，处理数据在物理媒介上的传输;不同的物理网络具有电气特性，网络驱动程序隐藏实现细节，为上层协议提供一致接口。③常用协议：地址解析协议和反地址解析协议，实现IP地址与机器物理地址之间的转换。5、物理层 物理层所传数据单位是比特。物理层要考虑用多大的电压代表1或0，以及接受方如何识别发送方所发送的比特。