电脑网络层的任务

① 计算机网络之五层协议

一：概述

计算机网络 （网络）把许多 计算机 连接在一起，而 互联网 则把许多网络连接在一起，是 网络的网络 。因特网是世界上最大的互联网。

以小写字母i开始的internet( 互联网或互连网 )是 通用 名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议（通信规则）可以是 任意 的。

以大写字母I开始的Interent（ 因特网 ）是 专有 名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用的是 TCP/IP 协议族 作为通信规则，且其前身是美国的 ARPANET 。

因特网现在采用 存储转发 的 分组交换 技术，以及三层因特网服务提供者（ISP）结构。

因特网按 工作方式 可以划分为 边缘 部分和 核心 部分，主机在网络的边缘部分，作用是进行信息处理。 路由器 是在网络的核心部分，作用是：按存储转发方式进行 分组交换 。

计算机通信是计算机的 进程 （运行着的程序）之间的通信，计算机网络采用 通信方式 ：客户–服务器方式和对等连接方式（P2P方式）

按作用 范围 不同，计算机网络分为：广域网WAN,城域网MAN，局域网LAN和个人区域网PAN。

五层协议 的体系结构由：应用层，运输层，网络层，数据链路层和物理层。

<1>:应用层 ： 是体系结构中的最高层，应用层的任务是 通过应用进程间的交互来完成特定网络应用 。应用层协议定义的是 应用进程间通信和交互的规则 。

<2>:运输层 ：任务是负责向 两个主机中的进程之间的通信提供可靠的端到端服务 ，应用层利用该服务传送应用层报文。

TCP ：提供面向连接的，可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段。

UDP ：提供无连接的，尽最大努力的数据传输服务，不保证数据传输的可靠性。

<3>网络层： 网络层的任务就是要选择合适的路由，在发送数据时， 网络层把运输层产生的报文段或者用户数据报 封装 成分组或包进行交付给目的站的运输层。

<4>数据链路层： 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。

<5>:物理层： 物理层的任务就是 透明 地传送比特流，物理层还要确定连接电缆插头的 定义 及 连接法 。

运输层最重要的协议是：传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP ，而网络层最重要的协议是网络协议 IP 。

分组交换的优点：高效、灵活、迅速、可靠。

网络协议主要由三个要素组成：   （1）语法：即数据和控制信息的结构或者格式； （2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 （3）同步：即事件实现顺序的详细说明。

二：物理层

物理层的主要任务：描述为确定与 传输媒体 的 接口 有关的一些特性。

机械特性 ：接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置等，平时常见的各种规格的插件都有严格的 标准化的规定 。

电气特性 ：接口电缆上的各条线上出现的电压 范围 。

功能特性 ：某条线上出现的某一电平的点电压表示何种 意义 ；

过程特性 ：指明对不同功能的各种可能事件的出现 顺序 。

通信的目的 是： 传送消息 ， 数据 是运送消息的 实体 。 信号 是数据的电气或电磁的表现。

根据信号中代表 参数 的取值方式不同。 信号分为 ： 模拟信号 （连续无限）+ 数字信号 （离散有限）。代表数字信号不同的离散数值的基本波形称为 码元 。

通信 的双方信息交互的方式来看，有三中 基本方式 ：

单向 通信（广播）

双向交替 通信（**半双工**_对讲机）

双向同时 通信（ 全双工 _电话）

调制 ：来自信源的信号常称为基带信号。其包含较多低频成分，较多信道不能传输低频分量或直流分量，需要对其进行调制。

调制分为 两大类 ： 基带调制 （仅对波形转换，又称 编码 ，D2D）+ 带通调制 (基带信号频率范围搬移到较高频段， 载波 调制，D2M)。

编码方式 ：

不归零制 （正电平1/负0）

归零制度 （正脉冲1/负0）

曼彻斯特编码 （位周期中心的向上跳变为0/下1）

差分曼彻斯特编码 （每一位中心处有跳变，开始辩解有跳变为0，无跳变1）

带通调制方法 ： 调 幅 （ AM ）：(0, f1) 。调 频 （ FM ）：(f1, f2) 。调 相 （ PM ）：（0 ， 180度） 。

正交振幅调制（QAM）物理层 下面 的 传输媒体 （介质）： 不属于任何一层 。包括有： 引导性传输媒体 ：双绞、同轴电缆、光缆 、 非引导性传输媒体 ：短波、微波、红外线。

信道复用技术 ： 频分复用 ：（一样的时间占有不不同资源） ； 时分复用 ：（不同时间使用同样资源） ；统计时分复用、波分复用（WDM）、码分复用（CDM）。

宽带接入技术 ： 非对称数字用户线 ADSL (Asymmetric Digital Subcriber Line)（用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造）

三：数据链路层

数据链路层使用的 信道 有 两种类型： * 点对点(PPP) 信道+ 广播*信道

点对点信道的数据链路层的协议数据单元- -帧

数据链路层协议有许多， 三个基本问题 是共同的

封装成桢

透明传输

差错检测

局域网的数据链路层拆成两个子层，即 逻辑链路层（LLC） 子层+ 媒体接入控制（MAC） 子层；

适配器的作用：

计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器，适配器本来是主机箱内插入的一块网络接口板，又称网络接口卡，简称（ 网卡 ）。

以太网采用 无连接 的工作方式，对发送的数据帧 不进行编号 ，也不要求对方发回确认，目的站收到差错帧就丢掉。

以太网采用的协议是：具有 冲突检测 的 载波监听多点接入 ( CSMA/CD )。协议的要点是： 发送前先监听，边发送边监听，一旦发现总线出现了碰撞，就立即停止发送。

以太网的硬件地址 ， MAC 地址实际上就是适配器地址或者适配器标识符。 48位长 ， 以太网最短帧长：64字节。争用期51.2微秒。

以太网适配器有 过滤 功能：只接收 单播帧，广播帧，多播帧 。

使用 集线器 可以在 物理层 扩展以太网（半双工），使用 网桥 可以在 数据链路层 扩展以太网（半双工），网桥转发帧时， 不改变帧 的源地址。网桥 优点 ：对帧进行转发过滤，增大 吞吐量 。扩大网络物理范围，提高 可靠 性，可 互连 不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网。 网桥 缺点 ：增加时延，可能产生广播风暴。

透明网桥 ： 自学习 办法处理接收到的帧。

四：网络层

TCP/IP 体系中的网络层向上只提供简单灵活的、无连接，尽最大努力交付的数据报服务。网络层不提供服务质量的承诺，不保证分组交付的时限， 进程 之间的通信的 可靠性 由 运输层 负责。

一个IP地址在整个因特网范围内是唯一的，分类的 IP地址 包括A类（ 1~126 ）、B类（ 128~191 ）、C类（ 192~223 单播地址）、D类（ 多播 地址）。

分类的IP地址由 网络号字段 和 主机号字段 组成。

物理地址（硬件地址）是数据链路层和物理层使用的地址，而 IP 地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种 逻辑地址 ，数据链路层看不见数据报的IP地址。

IP首部中的 生存时间 段给出了IP数据报在因特网中经过的 最大路由器数 ，可防止IP数据报在互联网中无限制的 兜圈 子。

地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol） 把IP地址解析为 硬件地址 ，它解决 同一个局域网的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题 ，是一种解决地址问题的协议。以目标IP地址为线索，用来定位一个下一个应该接收数据分包的网络设备对应的MAC地址。如果目标主机不再同一链路上时，可以通过ARP查找下一跳路由器的MAC地址，不过ARP只适用于IPV4，不能用于IPV6，IPV6中可以用ICMPV6替代ARP发送邻居搜索消息。

路由选择协议有两大类： 内部网关 协议（RIP和OSPE）和 外部网关 协议（BGP-4）。

网际控制报文协议 ICMP （Internet Control Message Protocol ）控制报文协议。是IP层协议，ICMP报文作为IP数据报的数据，加上首部后组成IP数据报发送出去，使用ICMP并不是实现了可靠传输。ICMP允许主机或者路由器 报告差错 情况和 提供有关异常 的情况报告。

ICMP是一个重要应用是分组网间探测 PING

与单播相比，在一对多的通信中，IP多播可大大节约网络资源， IP多播使用D类地址，IP多播需要使用 网际组管理协议IGMP 和多播路由选择协议。

五: 运输层

网络层为主机之间提供逻辑通信,运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

运输层有两个协议 TCP和UDP

运输层用一个 16位 端口号来标志一个端口。

UDP特点 ：无连接、尽最大努力交付、面向报文、无拥塞控制、支持一对一，多对一，一对多，多对多的交互通信。首部开销小。

TCP特点： 面向连接，每一条TCP连接只能是点对点、提供可靠的交付服务，提供全双工通信、面向字节流。

TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点，这样的端点就叫 套接字 。

流量控制 是一个 端到端 的问题，是接收端抑制发送端发送数据的速率，以方便接收端来得及接收。 拥塞控制 是一个全局性过程，涉及到所有的主机，所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。

TCP拥塞控制采用四种算法： 慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复 。

传输有 三个连接 ：连接建立、数据传送、连接释放。

TCP连接建立采用三次握手机制，连接释放采用四次握手机制。

六:应用层

文件传送协议FTP 使用 TCP 可靠传输服务。FTP使用客户服务器方式，一个FTP服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。在进行文件传输时，FTP的客户和服务器之间要建立两个并行的TCP连接，控制连接和数据连接，实际用于传输文件的是 数据连接 。

万维网 WWW 是一个大规模，联机式的信息储藏所，可以方便从因特网上一个站点链接到另一个站点。

万维网使用 统一资源定位符URL 来标志万维网上的各种文档，并使每一个文档在整个因特网的范围内具有唯一的标识符 URL 。

② 简答题：计算机网络中物理层的主要任务是什么

• 物理层的主要任务就是实现在计算机网络中的各种硬件设备和传输介质上传输数据比特流，将一个个的比特从一个结点，而不是指具体的网络设备和传输介质。

• 众所周知，计算机网络中的硬件设备和传输介质的种类非常繁多，而通信守短也是不同的方式。物理层的作用是尽可能地屏蔽掉扯些差异，使上层的数据链路层感觉不到这些差异。

• 这样使得数据链路层只需考虑本曾的协议和服务如何完成，而不必考虑网络的硬件设备和传输介质是什么。

③ 数据链路层的主要任务是什么网络层的主要功能有哪些

1、数据链路层功能

在两个网络实体之间提供数据链路连接的创建、维持和释放管理。构成数据链路数据单元（frame：数据帧或讯框），并对帧定界、同步、收发顺序的控制。传输过程中的网络流量控制、差错检测和差错控制等方面。

只提供导线的一端到另一端的数据传输。数据链路层会在 frame 尾端置放检查码（parity，sum，CRC）以检查实质内容，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路，并对物理层的原始数据进行数据封装。

2、网络层的主要功能

对网络层而言使用IP地址来唯一标识互联网上的设备，网络层依靠IP地址进行相互通信（类似于数据链路层的MAC地址），详细的编址方案参见IPv4和IPv6。

(3)电脑网络层的任务扩展阅读

设计数据链路层的原因

1、在原始的物理线路上传输数据信号是有差错的。

2、设计数据链路层的主要目的就是在原始的、有差错的物理传输线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，向网络层提供高质量的服务。

3、从网络参考模型的角度看，物理层之上的各层都有改善数据传输质量的责任，数据链路层是最重要的一层。

④ 计算机网络中五层协议它们分别的主要功能是什么它们具体分别是在哪里（从硬件层面上谈）实现的

1，物理层；其主要功能是：主要负责在物理线路上传输原始的二进制数据。

2、数据链路层；其主要功能是：主要负责在通信的实体间建立数据链路连接。

3、网络层；其主要功能是：要负责创建逻辑链路，以及实现数据包的分片和重组，实现拥塞控制、网络互连等功能。

4、传输层；其主要功能是：负责向用户提供端到端的通信服务，实现流量控制以及差错控制。

5、应用层；其主要功能是：为应用程序提供了网络服务。

物理层和数据链路层是由计算机硬件（如网卡）实现的，网络层和传输层由操作系统软件实现，而应用层由应用程序或用户创建实现。

(4)电脑网络层的任务扩展阅读：

应用层是体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。这里的进程就是指正在运行的程序。

应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换
和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。应用层直接为用户的应用进程提供服务。

传输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信。因特网的传输层可使用两种不同协议：即面向连接的传输控制协议TCP，和无连接的用户数据报协议UDP。

面向连接的服务能够提供可靠的交付，但无连接服务则不保证提供可靠的交付，它只是“尽最大努力交付”。这两种服务方式都很有用，备有其优缺点。在分组交换网内的各个交换结点机都没有传输层。

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信。在发送数据时，网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。

在TCP/IP体系中，分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主
机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。

⑤ 计算机网络由哪几部分组成

计算机网络就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。总的来说计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空间）以及相应的应用软件四部分。

从整体上来说计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。

最简单的计算机网络就只有两台计算机和连接它们的一条链路，即两个节点和一条链路。

(5)电脑网络层的任务扩展阅读

20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统，典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机订票系统，终端是一台计算机的外围设备，包括显示器和键盘，无CPU和内存。

随着远程终端的增多，在主机前增加了前端机(FEP)。当时，人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”，这样的通信系统已具备网络的雏形。

20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务，兴起于60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET。

主机之间不是直接用线路相连，而是由接口报文处理机(IMP)转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。

通信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，组成资源子网。这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，形成了计算机网络的基本概念。