计算机网络 分层结构、协议、接口和服务

草莓味的棉花糖
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we为什么要分层？

发送文件的前需要完成的工作如下，因此需要将大问题进行拆分成小问题

  • 发起通信的计算机必须将数据通信的链路进行激活
  • 要告诉网络如何识别目的主机
  • 发起通信的计算机需要查明目的主机是否开机，并且接入了网络
  • 接收文件的主机的管理程序是否已经做好准备工作，是否有存储的空间                
  • 确保差错和意外的解决措施

怎么分层？

  • 实体：每一层的活动的元素，同一层的实体叫做对等实体

  • 协议：一些列的规则和约定；对等的实体之间才有协议，不对等实体无协议；为了进行网络中对等实体数据交换而建立的规则、标准或者约定称之为网络协议(水平，对等实体)

  • 语法：规定传输数据的格式

  • 语义：规定所要完成的功能

  • 同步：规定各种操作的顺序

  • 接口：上层使用下层服务的入口

  • 服务：下级为上级提供功能调用(垂直)

注意事项：

  • 各层之间相互独立，每层之间实现一种相对独立的功能
  • 每层之间 界限自然清晰，易于理解，相互之间交流尽可能的少
  • 结构上尽可能分隔开；每层都采用最合适的技术来实现
  • 下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务      
  • 整个分层结构应该能促进标准化工作
  • SDU服务数据单元：为完成用户所要求的的功能而应传达的数据
  • PCI协议控制信息：控制协议操作的信息
  • PDU协议数据单元：对等层之间传输的数据单位
  • PDU = SDU + PCI；每一层的PDU作为下层的SDU，组合下一层的PCI，形成此层的PDU协议数据单元

概念总结

  • 网络体系机构是从功能上描述计算机网络结构，不是现实生活中的具体的物理设备
  • 计算机网络体系结构简称网络体系结构是一种分层的结构
  • 每层遵循的某个/某些网络协议从而完成本层的功能
  • 计算机网络体系机构 是计算机网络的各层及其协议的集合
  • 第n层在向n+1层提供服务的时候，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能
  • 仅仅在相邻层之间有接口，且所提供的服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽
  • 体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些硬件和软件

计算机网络分层结构

  • 7层OSI参考模型 法定标准
  • 4层TCP/IP参考模型 事实标准
  • 参考二者形成 5层的体系结构

ISO/OSI参考模型的由来

  • IBM公司 -> SNA；DEC -> DNA ; 美国国防部 -> TCP/IP
  • 目的：支持异构网络系统的互联互通
  • 国际标准化组织(ISO) 1984年提出系统互联(OSI)参考模型，失败的原因：1，缺乏实际经验；2，难度大；3，诞生时间晚；4系统划分不够合理，被TCP/IP替代

OSI七层

  • 应用层：
  • 表示层：
  • 会话层：
  • 传输层：
  • 网络层：
  • 数据链路层：
  • 物理层：
  • 后三个 （物理层、数据链路层、网络层）通信子网(数据通信)  点对点
  • 前三个（应用层、表示层、会话层）资源子网(数据处理)  端到端

应用层

  • 所有和用户交互产生网络流量的数据
  • 典型的应用层服务：文件传输 FTP；电子邮件 SMTP；外围网 HTTP

表示层

  • 处理两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）
  • 1，数据格式的变换 （翻译官的角色）
  • 2，数据的加密和解密
  • 3，数据的压缩和恢复

会话层

  • 向表示的实体和用户的进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据；这就叫做会话，也是建立同步；
  • 比如不同的浏览器访问不同的服务，比如音乐、电影，对单独应用的操作不会影响其余进程，因为不同应用服务器和浏览器之间构建的是不同的会话
  • 主要的协议：ADSP 和 ASP
  • 功能
  1. 建立、管理、终止会话
  2. 使用校验点可以使会话在通信失效时候从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据的同步，此功能适用于传输大文件

传输层

  • 负责主机中两个进程之间的通信，即端到端的通信，传输的单位是报文段或者用户数据包
  • 主要协议：TCP / UDP
  • 功能
  1. 可靠传输（大的文件，将文件进行切分，需要建立连接使用确认机制）、不可靠传输
  2. 差错传输 对于错误的数据进行修正
  3. 流量控制  控制文件发送方的文件的发送速度
  4. 复用分用  
  • 复用：多个应用进程可以同时使用下层数传层的服务
  • 分用：运输层把接收到的信息分别发送给上面的应用层中对应的进程   

网络层

  • 主要任务是把分组从源端传输到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务
  • 网络层传输的单位是数据包
  • 主要协议：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RAPP、OSPF
  • 功能
  1. 路由选择：选择合适的路由
  2. 流量控制：协调发送端和接收端之间的数据传输速率
  3. 差错控制：能纠错就纠错，不能就删除数据包
  4. 拥塞控制：如果所有结点都来不及接受分组，而是要丢弃大量分组的话，网络就会处于拥塞状态，因此需要使用一定的举措避免拥塞

数据链路层

  • 主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧
  • 数据传输的单位是帧
  • 主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP
  • 功能
  1. 成帧 （定义帧的开始和结束）
  2. 差错控制
  3. 流量控制
  4. 访问 （接入）控制 控制对信道的访问，因为广播的时候，只能一个设备进行广播

物理层

  • 在物理媒介上实现比特流的透明传输
  • 物理层的单位是比特
  • 透明删除：无论所传数据是什么样的比特组合，都应当在链路上传送
  • 功能
  1. 定义接口特性：比如双方网线的引脚个数
  2. 定义传输模式：单工、半双工、双工
  3. 定义传输速率：
  4. 比特同步
  5. 比特编码
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