電腦網路層的任務

① 計算機網路之五層協議

一：概述

計算機網路 （網路）把許多 計算機 連接在一起，而 互聯網 則把許多網路連接在一起，是 網路的網路 。網際網路是世界上最大的互聯網。

以小寫字母i開始的internet( 互聯網或互連網 )是 通用 名詞，它泛指由多個計算機網路互連而成的網路。在這些網路之間的通信協議（通信規則）可以是 任意 的。

以大寫字母I開始的Interent（ 網際網路 ）是 專有 名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網路相互連接而成的特定計算機網路，它採用的是 TCP/IP 協議族 作為通信規則，且其前身是美國的 ARPANET 。

網際網路現在採用 存儲轉發 的 分組交換 技術，以及三層網際網路服務提供者（ISP）結構。

網際網路按 工作方式 可以劃分為 邊緣 部分和 核心 部分，主機在網路的邊緣部分，作用是進行信息處理。 路由器 是在網路的核心部分，作用是：按存儲轉發方式進行 分組交換 。

計算機通信是計算機的 進程 （運行著的程序）之間的通信，計算機網路採用 通信方式 ：客戶–伺服器方式和對等連接方式（P2P方式）

按作用 范圍 不同，計算機網路分為：廣域網WAN,城域網MAN，區域網LAN和個人區域網PAN。

五層協議 的體系結構由：應用層，運輸層，網路層，數據鏈路層和物理層。

<1>:應用層 ： 是體系結構中的最高層，應用層的任務是 通過應用進程間的交互來完成特定網路應用 。應用層協議定義的是 應用進程間通信和交互的規則 。

<2>:運輸層 ：任務是負責向 兩個主機中的進程之間的通信提供可靠的端到端服務 ，應用層利用該服務傳送應用層報文。

TCP ：提供面向連接的，可靠的數據傳輸服務，其數據傳輸的單位是報文段。

UDP ：提供無連接的，盡最大努力的數據傳輸服務，不保證數據傳輸的可靠性。

<3>網路層： 網路層的任務就是要選擇合適的路由，在發送數據時， 網路層把運輸層產生的報文段或者用戶數據報 封裝 成分組或包進行交付給目的站的運輸層。

<4>數據鏈路層： 數據鏈路層的任務是在兩個相鄰結點間的線路上無差錯地傳送以幀（frame）為單位的數據。每一幀包括數據和必要的控制信息。

<5>:物理層： 物理層的任務就是 透明 地傳送比特流，物理層還要確定連接電纜插頭的 定義 及 連接法 。

運輸層最重要的協議是：傳輸控制協議 TCP 和用戶數據報協議 UDP ，而網路層最重要的協議是網路協議 IP 。

分組交換的優點：高效、靈活、迅速、可靠。

網路協議主要由三個要素組成：   （1）語法：即數據和控制信息的結構或者格式； （2）語義：即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。 （3）同步：即事件實現順序的詳細說明。

二：物理層

物理層的主要任務：描述為確定與 傳輸媒體 的 介面 有關的一些特性。

機械特性 ：介面所用接線器的形狀和尺寸，引腳數目和排列，固定和鎖定裝置等，平時常見的各種規格的插件都有嚴格的 標准化的規定 。

電氣特性 ：介面電纜上的各條線上出現的電壓 范圍 。

功能特性 ：某條線上出現的某一電平的點電壓表示何種 意義 ；

過程特性 ：指明對不同功能的各種可能事件的出現 順序 。

通信的目的 是： 傳送消息 ， 數據 是運送消息的 實體 。 信號 是數據的電氣或電磁的表現。

根據信號中代表 參數 的取值方式不同。 信號分為 ： 模擬信號 （連續無限）+ 數字信號 （離散有限）。代表數字信號不同的離散數值的基本波形稱為 碼元 。

通信 的雙方信息交互的方式來看，有三中 基本方式 ：

單向 通信（廣播）

雙向交替 通信（**半雙工**_對講機）

雙向同時 通信（ 全雙工 _電話）

調制 ：來自信源的信號常稱為基帶信號。其包含較多低頻成分，較多信道不能傳輸低頻分量或直流分量，需要對其進行調制。

調制分為 兩大類 ： 基帶調制 （僅對波形轉換，又稱 編碼 ，D2D）+ 帶通調制 (基帶信號頻率范圍搬移到較高頻段， 載波 調制，D2M)。

編碼方式 ：

不歸零制 （正電平1/負0）

歸零制度 （正脈沖1/負0）

曼徹斯特編碼 （位周期中心的向上跳變為0/下1）

差分曼徹斯特編碼 （每一位中心處有跳變，開始辯解有跳變為0，無跳變1）

帶通調制方法 ： 調 幅 （ AM ）：(0, f1) 。調 頻 （ FM ）：(f1, f2) 。調 相 （ PM ）：（0 ， 180度） 。

正交振幅調制（QAM）物理層 下面 的 傳輸媒體 （介質）： 不屬於任何一層 。包括有： 引導性傳輸媒體 ：雙絞、同軸電纜、光纜 、 非引導性傳輸媒體 ：短波、微波、紅外線。

信道復用技術 ： 頻分復用 ：（一樣的時間佔有不不同資源） ； 時分復用 ：（不同時間使用同樣資源） ；統計時分復用、波分復用（WDM）、碼分復用（CDM）。

寬頻接入技術 ： 非對稱數字用戶線 ADSL (Asymmetric Digital Subcriber Line)（用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造）

三：數據鏈路層

數據鏈路層使用的 信道 有 兩種類型： * 點對點(PPP) 信道+ 廣播*信道

點對點信道的數據鏈路層的協議數據單元- -幀

數據鏈路層協議有許多， 三個基本問題 是共同的

封裝成楨

透明傳輸

差錯檢測

區域網的數據鏈路層拆成兩個子層，即 邏輯鏈路層（LLC） 子層+ 媒體接入控制（MAC） 子層；

適配器的作用：

計算機與外界區域網的連接是通過通信適配器，適配器本來是主機箱內插入的一塊網路介面板，又稱網路介面卡，簡稱（ 網卡 ）。

乙太網採用 無連接 的工作方式，對發送的數據幀 不進行編號 ，也不要求對方發回確認，目的站收到差錯幀就丟掉。

乙太網採用的協議是：具有 沖突檢測 的 載波監聽多點接入 ( CSMA/CD )。協議的要點是： 發送前先監聽，邊發送邊監聽，一旦發現匯流排出現了碰撞，就立即停止發送。

乙太網的硬體地址 ， MAC 地址實際上就是適配器地址或者適配器標識符。 48位長 ， 乙太網最短幀長：64位元組。爭用期51.2微秒。

乙太網適配器有 過濾 功能：只接收 單播幀，廣播幀，多播幀 。

使用 集線器 可以在 物理層 擴展乙太網（半雙工），使用 網橋 可以在 數據鏈路層 擴展乙太網（半雙工），網橋轉發幀時， 不改變幀 的源地址。網橋 優點 ：對幀進行轉發過濾，增大 吞吐量 。擴大網路物理范圍，提高 可靠 性，可 互連 不同物理層，不同MAC子層和不同速率的乙太網。 網橋 缺點 ：增加時延，可能產生廣播風暴。

透明網橋 ： 自學習 辦法處理接收到的幀。

四：網路層

TCP/IP 體系中的網路層向上只提供簡單靈活的、無連接，盡最大努力交付的數據報服務。網路層不提供服務質量的承諾，不保證分組交付的時限， 進程 之間的通信的 可靠性 由 運輸層 負責。

一個IP地址在整個網際網路范圍內是唯一的，分類的 IP地址 包括A類（ 1~126 ）、B類（ 128~191 ）、C類（ 192~223 單播地址）、D類（ 多播 地址）。

分類的IP地址由 網路號欄位 和 主機號欄位 組成。

物理地址（硬體地址）是數據鏈路層和物理層使用的地址，而 IP 地址是網路層和以上各層使用的地址，是一種 邏輯地址 ，數據鏈路層看不見數據報的IP地址。

IP首部中的 生存時間 段給出了IP數據報在網際網路中經過的 最大路由器數 ，可防止IP數據報在互聯網中無限制的 兜圈 子。

地址解析協議 ARP（Address Resolution Protocol） 把IP地址解析為 硬體地址 ，它解決 同一個區域網的主機或路由器的IP地址和硬體地址的映射問題 ，是一種解決地址問題的協議。以目標IP地址為線索，用來定位一個下一個應該接收數據分包的網路設備對應的MAC地址。如果目標主機不再同一鏈路上時，可以通過ARP查找下一跳路由器的MAC地址，不過ARP只適用於IPV4，不能用於IPV6，IPV6中可以用ICMPV6替代ARP發送鄰居搜索消息。

路由選擇協議有兩大類： 內部網關 協議（RIP和OSPE）和 外部網關 協議（BGP-4）。

網際控制報文協議 ICMP （Internet Control Message Protocol ）控制報文協議。是IP層協議，ICMP報文作為IP數據報的數據，加上首部後組成IP數據報發送出去，使用ICMP並不是實現了可靠傳輸。ICMP允許主機或者路由器 報告差錯 情況和 提供有關異常 的情況報告。

ICMP是一個重要應用是分組網間探測 PING

與單播相比，在一對多的通信中，IP多播可大大節約網路資源， IP多播使用D類地址，IP多播需要使用 網際組管理協議IGMP 和多播路由選擇協議。

五: 運輸層

網路層為主機之間提供邏輯通信,運輸層為應用進程之間提供端到端的邏輯通信。

運輸層有兩個協議 TCP和UDP

運輸層用一個 16位 埠號來標志一個埠。

UDP特點 ：無連接、盡最大努力交付、面向報文、無擁塞控制、支持一對一，多對一，一對多，多對多的交互通信。首部開銷小。

TCP特點： 面向連接，每一條TCP連接只能是點對點、提供可靠的交付服務，提供全雙工通信、面向位元組流。

TCP用主機的IP地址加上主機上的埠號作為TCP連接的端點，這樣的端點就叫 套接字 。

流量控制 是一個 端到端 的問題，是接收端抑制發送端發送數據的速率，以方便接收端來得及接收。 擁塞控制 是一個全局性過程，涉及到所有的主機，所有的路由器，以及與降低網路傳輸性能有關的所有因素。

TCP擁塞控制採用四種演算法： 慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復 。

傳輸有 三個連接 ：連接建立、數據傳送、連接釋放。

TCP連接建立採用三次握手機制，連接釋放採用四次握手機制。

六:應用層

文件傳送協議FTP 使用 TCP 可靠傳輸服務。FTP使用客戶伺服器方式，一個FTP伺服器進程可同時為多個客戶進程提供服務。在進行文件傳輸時，FTP的客戶和伺服器之間要建立兩個並行的TCP連接，控制連接和數據連接，實際用於傳輸文件的是 數據連接 。

萬維網 WWW 是一個大規模，聯機式的信息儲藏所，可以方便從網際網路上一個站點鏈接到另一個站點。

萬維網使用 統一資源定位符URL 來標志萬維網上的各種文檔，並使每一個文檔在整個網際網路的范圍內具有唯一的標識符 URL 。

② 簡答題：計算機網路中物理層的主要任務是什麼

• 物理層的主要任務就是實現在計算機網路中的各種硬體設備和傳輸介質上傳輸數據比特流，將一個個的比特從一個結點，而不是指具體的網路設備和傳輸介質。

• 眾所周知，計算機網路中的硬體設備和傳輸介質的種類非常繁多，而通信守短也是不同的方式。物理層的作用是盡可能地屏蔽掉扯些差異，使上層的數據鏈路層感覺不到這些差異。

• 這樣使得數據鏈路層只需考慮本曾的協議和服務如何完成，而不必考慮網路的硬體設備和傳輸介質是什麼。

③ 數據鏈路層的主要任務是什麼網路層的主要功能有哪些

1、數據鏈路層功能

在兩個網路實體之間提供數據鏈路連接的創建、維持和釋放管理。構成數據鏈路數據單元（frame：數據幀或訊框），並對幀定界、同步、收發順序的控制。傳輸過程中的網路流量控制、差錯檢測和差錯控制等方面。

只提供導線的一端到另一端的數據傳輸。數據鏈路層會在 frame 尾端置放檢查碼（parity，sum，CRC）以檢查實質內容，將物理層提供的可能出錯的物理連接改造成邏輯上無差錯的數據鏈路，並對物理層的原始數據進行數據封裝。

2、網路層的主要功能

對網路層而言使用IP地址來唯一標識互聯網上的設備，網路層依靠IP地址進行相互通信（類似於數據鏈路層的MAC地址），詳細的編址方案參見IPv4和IPv6。

(3)電腦網路層的任務擴展閱讀

設計數據鏈路層的原因

1、在原始的物理線路上傳輸數據信號是有差錯的。

2、設計數據鏈路層的主要目的就是在原始的、有差錯的物理傳輸線路的基礎上，採取差錯檢測、差錯控制與流量控制等方法，將有差錯的物理線路改進成邏輯上無差錯的數據鏈路，向網路層提供高質量的服務。

3、從網路參考模型的角度看，物理層之上的各層都有改善數據傳輸質量的責任，數據鏈路層是最重要的一層。

④ 計算機網路中五層協議它們分別的主要功能是什麼它們具體分別是在哪裡（從硬體層面上談）實現的

1，物理層；其主要功能是：主要負責在物理線路上傳輸原始的二進制數據。

2、數據鏈路層；其主要功能是：主要負責在通信的實體間建立數據鏈路連接。

3、網路層；其主要功能是：要負責創建邏輯鏈路，以及實現數據包的分片和重組，實現擁塞控制、網路互連等功能。

4、傳輸層；其主要功能是：負責向用戶提供端到端的通信服務，實現流量控制以及差錯控制。

5、應用層；其主要功能是：為應用程序提供了網路服務。

物理層和數據鏈路層是由計算機硬體（如網卡）實現的，網路層和傳輸層由操作系統軟體實現，而應用層由應用程序或用戶創建實現。

(4)電腦網路層的任務擴展閱讀：

應用層是體系結構中的最高層。應用層確定進程之間通信的性質以滿足用戶的需要。這里的進程就是指正在運行的程序。

應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換
和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理，來完成一些為進行語義上有意義的信息交換所必須的功能。應用層直接為用戶的應用進程提供服務。

傳輸層的任務就是負責主機中兩個進程之間的通信。網際網路的傳輸層可使用兩種不同協議：即面向連接的傳輸控制協議TCP，和無連接的用戶數據報協議UDP。

面向連接的服務能夠提供可靠的交付，但無連接服務則不保證提供可靠的交付，它只是「盡最大努力交付」。這兩種服務方式都很有用，備有其優缺點。在分組交換網內的各個交換結點機都沒有傳輸層。

網路層負責為分組交換網上的不同主機提供通信。在發送數據時，網路層將運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包進行傳送。

在TCP/IP體系中，分組也叫作IP數據報，或簡稱為數據報。網路層的另一個任務就是要選擇合適的路由，使源主
機運輸層所傳下來的分組能夠交付到目的主機。

⑤ 計算機網路由哪幾部分組成

計算機網路就是由多台計算機（或其它計算機網路設備）通過傳輸介質和軟體物理（或邏輯）連接在一起組成的。總的來說計算機網路的組成基本上包括：計算機、網路操作系統、傳輸介質（可以是有形的，也可以是無形的，如無線網路的傳輸介質就是空間）以及相應的應用軟體四部分。

從整體上來說計算機網路就是把分布在不同地理區域的計算機與專門的外部設備用通信線路互聯成一個規模大、功能強的系統，從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息，共享硬體、軟體、數據信息等資源。簡單來說，計算機網路就是由通信線路互相連接的許多自主工作的計算機構成的集合體。

最簡單的計算機網路就只有兩台計算機和連接它們的一條鏈路，即兩個節點和一條鏈路。

(5)電腦網路層的任務擴展閱讀

20世紀60年代中期之前的第一代計算機網路是以單個計算機為中心的遠程聯機系統，典型應用是由一台計算機和全美范圍內2000多個終端組成的飛機訂票系統，終端是一台計算機的外圍設備，包括顯示器和鍵盤，無CPU和內存。

隨著遠程終端的增多，在主機前增加了前端機(FEP)。當時，人們把計算機網路定義為「以傳輸信息為目的而連接起來，實現遠程信息處理或進一步達到資源共享的系統」，這樣的通信系統已具備網路的雛形。

20世紀60年代中期至70年代的第二代計算機網路是以多個主機通過通信線路互聯起來，為用戶提供服務，興起於60年代後期，典型代表是美國國防部高級研究計劃局協助開發的ARPANET。

主機之間不是直接用線路相連，而是由介面報文處理機(IMP)轉接後互聯的。IMP和它們之間互聯的通信線路一起負責主機間的通信任務，構成了通信子網。

通信子網互聯的主機負責運行程序，提供資源共享，組成資源子網。這個時期，網路概念為「以能夠相互共享資源為目的互聯起來的具有獨立功能的計算機之集合體」，形成了計算機網路的基本概念。