計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信

連接在網(wǎng)絡(luò)上的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要互相傳送文件绵疲，在這兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間必須有一條傳送數(shù)據(jù)的通路勤婚。但這往往不夠摹量，至少還有還需要以下幾件工作需要去完成：
（1）發(fā)出通信的計(jì)算機(jī)必須將數(shù)據(jù)通信的通路進(jìn)行激活。所謂“激活”就是要發(fā)出一些信令馒胆，保證要傳送的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)能在這條通路上正確發(fā)送和接收缨称。
（2）要告訴網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
（3）發(fā)起通信的計(jì)算機(jī)必須查明對(duì)方計(jì)算機(jī)是否已開機(jī)祝迂，并且與網(wǎng)絡(luò)連接正常睦尽。
（4）發(fā)起通信的計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用程序必須弄情況，在對(duì)方計(jì)算機(jī)中的文件管理程序是否已做好文件接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備工作型雳。
（5）若計(jì)算機(jī)的文件格式不兼容当凡，至少其中的一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)完成格式轉(zhuǎn)換功能山害。
（6）對(duì)出現(xiàn)的各種差錯(cuò)和外事故，如數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤沿量、重復(fù)或丟失浪慌、網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)出故障等，應(yīng)當(dāng)有可靠的措施保證對(duì)方計(jì)算機(jī)最終收到正確的文件朴则。

五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

OSI的七層協(xié)議體系（圖a）,理論完整权纤，復(fù)雜不實(shí)用。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)則不同佛掖，廣泛應(yīng)用妖碉，是一個(gè)四層體系結(jié)構(gòu)（圖b），包含應(yīng)用層芥被、運(yùn)輸層欧宜、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層（網(wǎng)際層是強(qiáng)調(diào)為了解決不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題），從實(shí)質(zhì)上講拴魄，TCP/IP只有最上面的三層冗茸，網(wǎng)路接口層沒有具體內(nèi)容。折中學(xué)習(xí)OSI和TCP/IP有點(diǎn)匹中，采用只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（圖c）

體系結(jié)構(gòu)

注：五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)知識(shí)為介紹網(wǎng)絡(luò)原理而設(shè)計(jì)的夏漱，實(shí)際應(yīng)用還是TCP/IP四層體系結(jié)構(gòu)

各層作用

• <b>（1）應(yīng)用層</b>是體系結(jié)構(gòu)中最高層，直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)顶捷。這里的進(jìn)程指的是正在運(yùn)行的程序挂绰。在因特網(wǎng)中的應(yīng)用層協(xié)議很多，如支持萬(wàn)維網(wǎng)應(yīng)用的HTTP協(xié)議服赎，支持電子郵件的SMTP協(xié)議葵蒂，支持文件傳送的FTP協(xié)議等等

• <b>（2）運(yùn)輸層</b> 是負(fù)責(zé)向兩個(gè)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供服務(wù)。由于一個(gè)主機(jī)上可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程重虑，因此運(yùn)輸層有復(fù)用和分用的功能践付。復(fù)用就是多個(gè)應(yīng)用層進(jìn)程可同時(shí)使用下面運(yùn)輸層服務(wù)，分用則是運(yùn)輸層把收到的消息分別交付給上面應(yīng)用層中的相應(yīng)的進(jìn)程缺厉。
  運(yùn)輸層主要使用以下兩種協(xié)議：
  <1>傳送控制協(xié)議TCP---面向攔截的永高，提供可靠的交付數(shù)據(jù)傳送的報(bào)文段服務(wù)
  <2>用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP---無(wú)連接的，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報(bào)提针，不保證提供可靠的交付命爬，只能提供”盡最大努力的交付“

• <b>（3）網(wǎng)絡(luò)層</b>（網(wǎng)際層或IP層）<1>負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)<2>選擇合適的路由，使源主機(jī)運(yùn)輸層所傳下來(lái)的分組能夠通過網(wǎng)絡(luò)中的路由器找到目的主機(jī)辐脖。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)遇骑，網(wǎng)絡(luò)層把運(yùn)輸層產(chǎn)生的報(bào)文段或用戶數(shù)據(jù)報(bào)封裝成分組或包進(jìn)行傳送。在TCP/IP體系中揖曾，由于網(wǎng)絡(luò)層使用的是IP協(xié)議落萎，因此分組也叫做IP數(shù)據(jù)報(bào)（分組 == 數(shù)據(jù)報(bào)）

• <b>（4）數(shù)據(jù)鏈路層</b> 數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的IP數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀，在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的連上“透明”地傳送幀中的數(shù)據(jù)炭剪。類型的幀長(zhǎng)為幾百字節(jié)到一千多字節(jié)

• <b>（5）物理層</b>傳輸數(shù)據(jù)單位是比特练链。透明地傳送比特流。
  圖1-17說明的是應(yīng)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程中所經(jīng)歷的變化奴拦，假定兩個(gè)主機(jī)是直接相連的

  
  
  數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程

假定主機(jī)1的應(yīng)用進(jìn)程AP₁向主機(jī)２的應(yīng)用進(jìn)程AP_２傳送數(shù)據(jù)媒鼓。AP₁先將其數(shù)據(jù)交給本主機(jī)的第５層（應(yīng)用層）。第５層加上必要的控制信息Ｈ_５就變成了下一層的數(shù)據(jù)單元错妖。第４層（運(yùn)輸層）收到這個(gè)數(shù)據(jù)單元后绿鸣，加上本層的控制信息Ｈ_４，再交給第３層（網(wǎng)絡(luò)層）暂氯，成為第３層的數(shù)據(jù)單元潮模，不過到了第２層（數(shù)據(jù)鏈路層）后，控制信息分成兩部分痴施，分別加到本層數(shù)據(jù)單元的首部（Ｈ_２和尾部Ｔ_２）擎厢，而第１層（物理層）由于是比特流的傳送，所以不再加上控制信息辣吃。傳送比特流時(shí)應(yīng)從首部開始傳送动遭。
當(dāng)這一串比特流離開主機(jī)１經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物理媒體傳送到目的站主機(jī)２時(shí)，就從主機(jī)２的第１層一次上升到第５層神得。每一層根據(jù)控制信息進(jìn)行必要的操作厘惦，然后將控制信息剝?nèi)ィ瑢⒃搶邮Ｏ碌臄?shù)據(jù)單元上交給更高的一層哩簿。最后宵蕉，把應(yīng)用進(jìn)程ＡＰ_１發(fā)送的數(shù)據(jù)交給目的站的應(yīng)用進(jìn)程ＡＰ_２
例子：有一封信從最高層向下傳。每經(jīng)過一層就包上一個(gè)新的信封卡骂，寫上必要的地址信息国裳。包郵多個(gè)信封的信件傳送到目的站后，從第１層其全跨，每層拆開一個(gè)信封后就把信封中的信交給它的上一層缝左。傳到最高層后，取出發(fā)信人所發(fā)的信交給收信人

實(shí)體浓若、協(xié)議渺杉、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)

第n層的兩個(gè)"實(shí)體（ｎ）"之間通過“協(xié)議（ｎ）”進(jìn)行通信，而第n+1層的兩個(gè)"實(shí)體（ｎ+1）"之間通過“協(xié)議（ｎ+1）”進(jìn)行通信挪钓，第n層向上面的第ｎ＋１層所提供的服務(wù)實(shí)際上已包括了在它以下各層所提供的服務(wù)是越。第ｎ層的實(shí)體對(duì)第ｎ＋１層的實(shí)體就相當(dāng)于一個(gè)服務(wù)提供者。在服務(wù)提供者的上一層實(shí)體又稱為“服務(wù)用戶”碌上，因?yàn)樗褂孟聦臃?wù)提供者所提供的服務(wù)

相鄰兩層之間的關(guān)系

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議例子：

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議例子

無(wú)線循環(huán)的協(xié)議

四層協(xié)議例子(TCP/IP)

路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)最高只用到了網(wǎng)際層而沒有用到運(yùn)輸層和應(yīng)用層

TCP/IP四層協(xié)議的表示方法

四層協(xié)議(TCP/IP)倚评，分層次表示ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議族

ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議族

網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層提供兩種服務(wù)分別是虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)如下圖

網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)

表4-1歸納了虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的主要區(qū)別浦徊。
可以看出數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)是不需要連接的建立，udp使用是不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議天梧，不需要連接的建立和分組的順序（到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不一定按發(fā)送順序）盔性，udp傳輸速度較快；當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí)呢岗，出故障的結(jié)點(diǎn)可能會(huì)丟失分組冕香，一些路由可能會(huì)發(fā)生變化，造成了udp不安全傳輸后豫。

續(xù)表

網(wǎng)際協(xié)議IP

網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP體系中兩個(gè)最主要的協(xié)議之一悉尾，IP協(xié)議配套使用的還有四個(gè)協(xié)議：

• 地址解析協(xié)議ARP
• 逆地址解析協(xié)議RARP
• 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP
• 網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP

ARP和RAR畫在最下面，因?yàn)镮P經(jīng)常要使用這兩個(gè)挫酿，IP經(jīng)常使用這兩個(gè)協(xié)議构眯。ICMP、IGMP畫上這一層上部饭豹，因?yàn)樗鼈兪褂肐P協(xié)議

根據(jù)中間設(shè)備層次鸵赖，可以有四種不同的中間設(shè)備
（1）物理層使用的中間設(shè)備叫做轉(zhuǎn)發(fā)器
（2）數(shù)據(jù)鏈路層使用的中間設(shè)備叫做網(wǎng)橋或橋接器
（3）網(wǎng)絡(luò)層使用的中間設(shè)備叫做路由器
（4）在網(wǎng)絡(luò)層以上使用的中間設(shè)備叫做網(wǎng)關(guān)。用網(wǎng)關(guān)連接兩個(gè)不兼容 的系統(tǒng)需要在高層進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換

Ａ拄衰、B它褪、C類地址的主機(jī)號(hào)字段分別為3個(gè)、2個(gè)和1個(gè)字節(jié)長(zhǎng)用于單播地址（一對(duì)一通信）（8位1字節(jié)）翘悉。
Ｄ類地址（前４位是1110）用于多播（一對(duì)多通信）.Ｅ類（前４位1111）保留為以后用

表４-2所示ＩＰ地址的指派范圍（冪∶４颉＝　網(wǎng)絡(luò)號(hào)位數(shù)　－類別地址占用 的字節(jié)）

ＩＰ數(shù)據(jù)報(bào)格式
IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式能夠說明ＩＰ協(xié)議都具有什么功能妖混，格式單位通常以３２位（４個(gè)字節(jié)）為單位來(lái)表示老赤，圖4-13是ＩＰ數(shù)據(jù)報(bào)的完整格式

未完待續(xù)

運(yùn)輸層

從通信和信息處理的角度看，運(yùn)輸層向它上面的應(yīng)用層

小結(jié)