網絡層次結構
一、網絡分層的原因
1.網絡通信面臨的一些問題：
硬體故障、網絡擁塞、包延遲、包丢失、資料損壞、資料重複、資料亂序
2.假設：将所有工作分成面向應用與面向傳輸兩部分
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應用程式：QQ、微信、浏覽器、播放器
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實體連接配接：網卡等
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這種方式的特點：* 應用程式完全了解本機網絡連接配接的内部細節
*應用程式直接通過網絡連接配接與其它應用程式通信
缺點：* 會造成大量的重複勞動
* 擴充性太差
3.現在：将面向傳輸功能進一步細分為通信軟體和實體連接配接
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應用程式：QQ、微信、浏覽器、播放器
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通信軟體： 起到“承上啟下”的作用
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實體連接配接：網卡等
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采用包交換機制在系統中增加若幹中間層(主要是網絡層)，使應用程式不直接處理硬體連接配接
這種設計的好處是：* 開發新應用隻要遵守通信軟體提供的接口即可實作通信功能
*出現新網卡時隻需擴充通信軟體上層應用即可使用新網卡
4.網絡之是以使用層次結構的原因：
(1)出于複雜問題的解決需要
(2)系統功能的擴充性需要
二、網絡的層次結構
1.層次結構的兩大特點：
*層次性：發送方—(由高到低)單向依賴
接收方—(由低到高)單向依賴
*結構性：上層起着隐藏下層細節和統一下層差異的作用
2.網絡體系結構：網絡通信功能的層次構成、各層的通信協定規範和相鄰層的接口協定規範的集合。
層次 協定 接口
每一層的目的都是向它上一層提供一定服務而把如何實作這一服務的細節對
上層加以屏蔽。
3.協定
* 協定就是一組規則和約定。
* 計算機網絡協定
系統：包括一個/多個實體、在實體上明顯區分的主體
例如：主機、路由器、交換機、AP等
實體：系統中能夠收發資訊和處理資訊的任何東西
例如：Email、ftp、www
*計算機網絡協定：網絡中兩個實體之間控制資料通信的規則和約定的集合。
4.計算機網絡協定的要素
*文法(資料結構、編碼和信号電平等)：1.消息格式、編碼2.HTML網頁表示
3.TCP封包格式
* 語義(用于協調和差錯處理的控制資訊)：1.雙方“握手”控制資訊
2.TCP一方主動發出建立請求
3.TCP另一方表态是否同意或拒絕連接配接
* 時序(傳輸速率比對和事件先後順序)：1.雙方握手過程規定 2.先和伺服器
建立TCP連接配接3.在請求某個HTML網頁
5.層次結構的有關概念
*第n層協定：一台機器的第n層與另一台機器的的第n層進行通話采用的規則和約定。
*對等實體：不同機器中組成相同協定層的實體
*接口：位于相鄰層間，定義下層向上層提供的原語操作和服務
*協定棧：特定系統使用的一組協定
6.計算機網絡體系結構分層原則
*協定分層原則：目标機器第n層收到的對象應與源機器第n層發出的“對象”完全一緻
*協定棧 ：1.上層隐藏下層的細節 2.上層統一下層的差異 3.上層彌補下層的不足
7.層次劃分設計的問題
*辨別接收方/發送方機制：機器上的程序需要某種手段辨別它想和哪個程序通話
*資料傳輸規則：傳輸形式、資料的順序、收發雙方的同步。。。
*差錯控制：确定錯誤檢測和錯誤糾正方法
*多路複用：下層可決定為多個上層通信使用同一個連接配接
*路由選擇：在多條可能的路徑中標明一條
三、網絡協定與服務
1.服務提供者與服務使用者
* 服務提供者：使用下層服務的實體
服務使用者：為上層提供服務的實體
* 第N層實體：1.實作的功能為N+1層使用 2.利用第N-1層來實作本層的功能
3.既是第N+1層的服務提供者又是第N-1層服務使用者
2.服務分類
(1)面向連接配接
* 有連接配接服務/面向連接配接服務：1.類似于電話服務 2.本質上資料結構是一個管道
* 其發送的形式有兩種：1.封包序列：保持發送資料的邊界 2.不保次發送資料的邊界
(2)無連接配接
* 無連接配接服務：1.類似于郵政服務 2.每次發送一個封包 3.每個封包都給出詳細的目标位址資訊
* 其根據服務品質可劃分為兩種：1.無确認：不能确定接收方是否收到 2.有确認：能确認發送是否成功
3.如何使用下層服務
* 服務：形式上由一組原語(操作)來描述
* 原語：上下兩層通信形式
* 參數：用來傳遞資料和控制資訊
* 國際上定義的4個原語：
1.Request：由服務使用者發出/要求服務做某種工作
2.Indication：由服務提供者發出/通知發生了某事件
3.Respone：由服務使用者發出/表示對某個事件的響應
4.Confirm：由服務提供者發出/報告事件的響應
* 服務原語的時序性
4.服務與協定是完全分離的
* 服務(上下關系)：1.服務是各層向它的上層提供的一組原語(操作)
2.服務定義了該層能為它的使用者完成的操作
3.服務隻與兩層之間的接口有關
* 協定(水準關系)：1.協定是一組規則
2.決定同層對等實體交換幀、包和封包的格式和意義
3.實體用協定來實作他們向上層提供的服務
四、網絡标準與标準化組織
* 标準化是規模化的基礎
優點：1.能保證裝置/軟體有一個大市場
2.允許來自多個廠商産品的互通
3.使使用者在裝置選擇和使用中有更多的靈活性
* 标準及其分類
标準：标準是一組規定的規則、條件或要求
* 一些有關的标準化組織
ITU ISO ANSI IEEE(制定通信和資訊系統領域的标準)
網際網路标準：IRTF IETF RFC
五、TCP-IP模型及網際網路
* TCP是傳輸層的協定 IP是網絡層的協定
* TCP/IP設計目标：1.網際網路絡 2.保護子網硬體 3.體系結構靈活 4.網絡故障不能影響兩端之間連接配接
* 應用層
傳輸層
網絡層
主機-網絡層————>交換機、集線器、接入點
( 802.3/802.11)
* 主機-網絡層
(1)主要功能：1.端系統與其所接網絡之間的資料交換 2.特定軟體取決于所用的網絡類型
(2)設計優點：1.将網絡通路功能隔離成一個單獨層次 2.網絡通路層之上的通信軟體不必關心所用的網絡類型
(3)又分為兩層：* 實體層：1.裝置與媒體/網絡之間的實體接口
2.規範傳輸媒體特性，信号、資料率及相關方面
* 網絡通路層：1.主機與網絡之間的資料交換
2.發送主機必須向網絡提供目的主機的位址
* 網絡互聯層(互聯協定：IP、ICMP、IGMP、ARP/RAPP、BGP/OSPF)
基本任務：1.采用存儲-轉發技術
2.提供Best-effort服務
3.處理來自傳輸層的封包發送請求(主機)
4.處理入境資料包的轉發(路由器)
5.處理ICMP封包
* 傳輸層(TCP/UDP)
(1)主要功能：1.提供端-端的資料傳送服務
2.為應用層隐藏底層網絡的細節
(2)TCP/IP在無連接配接的基本傳送服務IP之上既提供了無連接配接服務，也提供了可靠的有連接配接服務
* 應用層
應用層服務：1.虛拟終端(TELNET)協定
2.檔案傳輸協定(FTP)
3.簡單郵件傳輸協定(SMTP)
4.域名服務(DNS)
5.超文本傳輸協定(HTTP)