計算機網路中間層

⑴ 網路層次結構

 網路層次結構

一、網路分層的原因 

1.網路通信面臨的一些問題：

硬體故障、網路擁塞、包延遲、包丟失、數據損壞、數據重復、數據亂序

2.假設：將所有工作分成面向應用與面向傳輸兩部分

-----------------------------------

應用程序：QQ、微信、瀏覽器、播放器

-----------------------------------

物理連接：網卡等

-----------------------------------

這種方式的特點：* 應用程序完全了解本機網路連接的內部細節

                             *應用程序直接通過網路連接與其它應用程序通信

缺點：* 會造成大量的重復勞動

           * 擴展性太差

3.現在：將面向傳輸功能進一步細分為通信軟體和物理連接

------------------------------------

應用程序：QQ、微信、瀏覽器、播放器

------------------------------------

通信軟體： 起到「承上啟下」的作用

------------------------------------

物理連接：網卡等

------------------------------------

採用包交換機制在系統中增加若干中間層（主要是網路層），使應用程序不直接處理硬體連接

這種設計的好處是：* 開發新應用只要遵守通信軟體提供的介面即可實現通信功能

*出現新網卡時只需擴展通信軟體上層應用即可使用新網卡

4.網路之所以使用層次結構的原因：

（1）出於復雜問題的解決需要

（2）系統功能的擴展性需要

二、網路的層次結構

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：上層起著隱藏下層細節和統一下層差異的作用

2.網路體系結構：網路通信功能的層次構成、各層的通信協議規范和相鄰層的介面協議規范的集合。

     層次    協議      介面

每一層的目的都是向它上一層提供一定服務而把如何實現這一服務的細節對

上層加以屏蔽。

3.協議

* 協議就是一組規則和約定。

* 計算機網路協議

系統：包括一個/多個實體、在物理上明顯區分的主體

例如：主機、路由器、交換機、AP等

 實體：系統中能夠收發信息和處理信息的任何東西

例如：Email、ftp、www 

*計算機網路協議：網路中兩個實體之間控制數據通信的規則和約定的集合。

4.計算機網路協議的要素

*語法（數據結構、編碼和信號電平等）：1.消息格式、編碼2.HTML網頁表示

3.TCP報文格式

* 語義（用於協調和差錯處理的控制信息）：1.雙方「握手」控制信息

                                                                      2.TCP一方主動發出建立請求

                                                                      3.TCP另一方表態是否同意或拒絕連接

* 時序（傳輸速率匹配和事件先後順序）：1.雙方握手過程規定 2.先和伺服器

建立TCP連接3.在請求某個HTML網頁

5.層次結構的有關概念

*第n層協議：一台機器的第n層與另一台機器的的第n層進行通話採用的規則和約定。

*對等實體：不同機器中組成相同協議層的實體

*介面：位於相鄰層間，定義下層向上層提供的原語操作和服務

*協議棧：特定系統使用的一組協議

6.計算機網路體系結構分層原則

*協議分層原則：目標機器第n層收到的對象應與源機器第n層發出的「對象」完全一致

*協議棧 ：1.上層隱藏下層的細節 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

*標識接收方/發送方機制：機器上的進程需要某種手段標識它想和哪個進程通話

*數據傳輸規則：傳輸形式、數據的順序、收發雙方的同步。。。

*差錯控制：確定錯誤檢測和錯誤糾正方法

*多路復用：下層可決定為多個上層通信使用同一個連接

*路由選擇：在多條可能的路徑中選定一條

三、網路協議與服務

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.實現的功能為N+1層使用 2.利用第N-1層來實現本層的功能

                      3.既是第N+1層的服務提供者又是第N-1層服務用戶

2.服務分類

（1）面向連接

* 有連接服務/面向連接服務：1.類似於電話服務 2.本質上數據結構是一個管道

* 其發送的形式有兩種：1.報文序列：保持發送數據的邊界 2.不保次發送數據的邊界

（2）無連接

* 無連接服務：1.類似於郵政服務 2.每次發送一個報文 3.每個報文都給出詳細的目標地址信息

* 其根據服務質量可劃分為兩種：1.無確認：不能確定接收方是否收到 2.有確認：能確認發送是否成功

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：用來傳遞數據和控制信息

* 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.服務與協議是完全分離的

* 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用戶完成的操作

                                  3.服務只與兩層之間的介面有關

* 協議（水平關系）：1.協議是一組規則

                                  2.決定同層對等實體交換幀、包和報文的格式和意義

                                  3.實體用協議來實現他們向上層提供的服務

四、網路標准與標准化組織

* 標准化是規模化的基礎

優點：1.能保證設備/軟體有一個大市場

           2.允許來自多個廠商產品的互通

           3.使用戶在設備選擇和使用中有更多的靈活性

* 標准及其分類

  標准：標準是一組規定的規則、條件或要求

* 一些有關的標准化組織

ITU ISO ANSI IEEE（制定通信和信息系統領域的標准）

網際網路標准：IRTF IETF RFC

五、TCP-IP模型及網際網路

*  TCP是傳輸層的協議 IP是網路層的協議

*  TCP/IP設計目標：1.互聯網路 2.保護子網硬體 3.體系結構靈活 4.網路故障不能影響兩端之間連接

*                              應用層

                               傳輸層

                               網路層

                          主機-網路層————>交換機、集線器、接入點

                     （ 802.3/802.11）

* 主機-網路層

（1）主要功能：1.端系統與其所接網路之間的數據交換 2.特定軟體取決於所用的網路類型

（2）設計優點：1.將網路訪問功能隔離成一個單獨層次 2.網路訪問層之上的通信軟體不必關心所用的網路類型

（3）又分為兩層：*  物理層：1.設備與介質/網路之間的物理介面

                                                 2.規范傳輸介質特性，信號、數據率及相關方面

                               *  網路訪問層：1.主機與網路之間的數據交換

                                                       2.發送主機必須向網路提供目的主機的地址

* 網路互聯層（互聯協議：IP、ICMP、IGMP、ARP/RAPP、BGP/OSPF）

基本任務：1.採用存儲-轉發技術 

                   2.提供Best-effort服務 

                   3.處理來自傳輸層的報文發送請求（主機）

                   4.處理入境數據包的轉發（路由器） 

                   5.處理ICMP報文

* 傳輸層（TCP/UDP）

（1）主要功能：1.提供端-端的數據傳送服務

                           2.為應用層隱藏底層網路的細節

（2）TCP/IP在無連接的基本傳送服務IP之上既提供了無連接服務，也提供了可靠的有連接服務

* 應用層

應用層服務：1.虛擬終端（TELNET）協議

                      2.文件傳輸協議（FTP）

                      3.簡單郵件傳輸協議（SMTP）

                      4.域名服務（DNS）

                      5.超文本傳輸協議（HTTP）

⑵ 網路體系結構為什麼要採用分層次的結構

計算機網路的體系結構就是為了不同的計算機之間互連和互操作提供相應的規范和標准。首先必須解決數據傳輸問題，包括數據傳輸方式、數據傳輸中的誤差與出錯、傳輸網路的資源管理、通訊地址以及文件格式等問題。解決這些問題需要互相通信的計算機之間以及計算機與通信網之間進行頻繁的協商與調整。這些協商與調整以及信息的發送與接收可以用不同的方法設計與實現。計算機網路體系結構中最重要的框架文件是國際標准化組織制訂的計算機網路7層開放系統互連標准。其核心內容包含高、中、低三大層，高層面向網路應用，低層面向網路通信的各種物理設備，而中間層則起信息轉換、信息交換(或轉接)和傳輸路徑選擇等作用，即路由選擇核心。
計算機網路是一個非常復雜的系統。它綜合了當代計算機技術和通信技術，又涉及其他應用領域的知識和技術。由不同廠家的軟硬體系統、不同的通信網路以及各種外部輔助設備連接構成網路系統，高速可靠地進行信息共享是計算機網路面臨的主要難題，為了解決這個問題，人們必須為網路系統定義一個使不同的計算機、不同的通信系統和不同的應用能夠互相連接(互連)和互相操作(互操作)的開放式網路體系結構。互連意味著不同的計算機能夠通過通信子網互相連接起來進行數據通信。互操作意味著不同的用戶能夠在連網的計算機上，用相同的命令或相同的操作使用其他計算機中的資源與信息，如同使用本地的計算機系統中的資源與信息一樣

⑶ TCP是什麼意思

TCP是一種傳輸控制協議，是面向連接的、可靠的、基於位元組流之間的傳輸層通信協議，由IETF的RFC 793定義。在簡化的計算機網路OSI模型中，TCP完成第四層傳輸層所指定的功能，用戶數據報協議（UDP）是同一層內另一個重要的傳輸協議。

在網際網路協議族（Internet protocol suite）裡面，TCP層是在IP層上面，應用層下面的一個中間層。不同主機的應用層之間經常會要用到可靠的、像管道一樣的連接，但是IP層不會提供這樣的流機制，而是提供不可靠的包交換。

(3)計算機網路中間層擴展閱讀：

當應用層向TCP層發送用於網間傳輸的、用8位位元組表示的數據流，TCP則把數據流分割成適當長度的報文段，最大傳輸段大小（MSS）通常受該計算機連接的網路的數據鏈路層的最大傳送單元（MTU）限制。之後TCP把數據包傳給IP層，由它來通過網路將包傳送給接收端實體的TCP層。

TCP為了保證報文傳輸的可靠，就給每個包一個序號，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然後接收端實體對已成功收到的位元組發回一個相應的確認(ACK)；如果發送端實體在合理的往返時延(RTT)內未收到確認，那麼對應的數據（假設丟失了）將會被重傳。

⑷ 網路體系結構的內容是什麼，為什麼需要網路體系結構

網路體系結構是指通信系統的整體設計，它為網路硬體、軟體、協議、存取控制和拓撲提供標准。它廣泛採用的是國際標准化組織（ISO）在1979年提出的開放系統互連（OSI-Open System Interconnection)的參考模型。

...