⼏种常⽤的⽹络协议
⼀、OSI模型
名称层次功能
物理层 1 实现计算机系统与⽹络间的物理连接
数据链路层 2 进⾏数据打包与解包，形成信息帧
⽹络层 3 提供数据通过的路由
传输层 4 提供传输顺序信息与响应
会话层 5 建⽴和中⽌连接
表⽰层 6 数据转换、确认数据格式
应⽤层 7 提供⽤户程序接⼝
⼆、协议层次
⽹络中常⽤协议以及层次关系
1、进程/应⽤程的协议
平时最⼴泛的协议，这⼀层的每个协议都由客程序和服务程序两部分组成。程序通过服务器与客户机交互来⼯作。常见协议有：Telnet、FTP、SMTP、HTTP、DNS等。
2、主机—主机层协议
建⽴并且维护连接，⽤于保证主机间数据传输的安全性。这⼀层主要有两个协议：
TCP（Transmission Control Protocol：传输控制协议；⾯向连接，可靠传输
UDP（User Datagram Protocol）：⽤户数据报协议；⾯向⽆连接，不可靠传输
3、 Internet层协议
负责数据的传输，在不同⽹络和系统间寻路由，分段和重组数据报⽂，另外还有设备寻址。些层包括如下协议：
IP（Internet Protocol）:Internet协议，负责TCP/IP主机间提供数据报服务，进⾏数据封装并产⽣协议头，TCP与UDP协议的基础。
ICMP（Internet Control Message Protocol）：Internet控制报⽂协议。ICMP协议其实是IP协议的的附属协议，IP协议⽤它来与其它主机或路由器交换错误报⽂和其它的⼀些⽹络情况，在ICMP包中携带了控制信息和故障恢复信息。
ARP（Address Resolution Protocol）协议：地址解析协议。
RARP（Reverse Address Resolution Protocol）：逆向地址解析协议。
OSI 全称（Open System Interconnection）⽹络的OSI七层结构2008年03⽉28⽇星期五 14:18（1）物理层——Physical
这是整个OSI参考模型的最低层，它的任务就是提供⽹络的物理连接。所以，物理层是建⽴在物理介质
上（⽽不是逻辑上的协议和会话），它提供的是机械和电⽓接⼝。主要包括电缆、物理端⼝和附属设备，如双绞线、同轴电缆、接线设备（如⽹卡等）、RJ－45接⼝、串⼝和并⼝等在⽹络中都是⼯作在这个层次的。
物理层提供的服务包括：物理连接、物理服务数据单元顺序化（接收物理实体收到的⽐特顺序，与发送物理实体所发送的⽐特顺序相同）和数据电路标识。
（2）数据链路层——DataLink
数据链路层是建⽴在物理传输能⼒的基础上，以帧为单位传输数据，它的主要任务就是进⾏数据封装和数据链接的建⽴。封装的数据信息
中，地址段含有发送节点和接收节点的地址，控制段⽤来表⽰数据连接帧的类型，数据段包含实际要传输的数据，差错控制段⽤来检测传输中帧出现的错误。
数据链路层可使⽤的协议有SLIP、PPP、X.25和帧中继等。常见的集线器和低档的交换机⽹络设备都是⼯作在这个层次上，Modem之类的拨号设备也是。⼯作在这个层次上的交换机俗称“第⼆层交换机”。
具体讲，数据链路层的功能包括：数据链路连接的建⽴与释放、构成数据链路数据单元、数据链路连接的分裂、定界与同步、顺序和流量控制和差错的检测和恢复等⽅⾯。
（3）⽹络层——Network
⽹络层属于OSI中的较⾼层次了，从它的名字可以看出，它解决的是⽹络与⽹络之间，即⽹际的通信问题，⽽不是同⼀⽹段内部的事。⽹络层的主要功能即是提供路由，即选择到达⽬标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。除此之外，⽹络层还要能够消除⽹络拥挤，具有流量控制和拥挤控制的能⼒。⽹络边界中的路由器就⼯作在这个层次上，现在较⾼档的交换机也可直接⼯作在这个层次上，因此它们也提供了路由功能，俗称“第三层交换机”。
⽹络层的功能包括：建⽴和拆除⽹络连接、路径选择和中继、⽹络连接多路复⽤、分段和组块、服务选择和流量控制。
（4）传输层——Transport
传输层解决的是数据在⽹络之间的传输质量问题，它属于较⾼层次。传输层⽤于提⾼⽹络层服务质量，提供可靠的端到端的数据传输，如常说的QoS就是这⼀层的主要服务。这⼀层主要涉及的是⽹络传输协议，它提供的是⼀套⽹络数据传输标准，如TCP协议。
传输层的功能包括：映像传输地址到⽹络地址、多路复⽤与分割、传输连接的建⽴与释放、分段与重新组装、组块与分块。
根据传输层所提供服务的主要性质，传输层服务可分为以下三⼤类：
A类：⽹络连接具有可接受的差错率和可接受的故障通知率（⽹络连接断开和复位发⽣的⽐率），A类服务是可靠的⽹络服务，⼀般指虚电路服务。
C类：⽹络连接具有不可接受的差错率，C类的服务质量最差，提供数据报服务或⽆线电分组交换⽹均属此类。
B类：⽹络连接具有可接受的差错率和不可接受的故障通知率，B类服务介于A类与C类之间，在⼴域⽹和互联⽹多是提供B类服务。
⽹络服务质量的划分是以⽤户要求为依据的。若⽤户要求⽐较⾼，则⼀个⽹络可能归于C型，反之，则⼀个⽹络可能归于B型甚⾄A型。例如，对于某个电⼦邮件系统来说，每周丢失⼀个分组的⽹络也许可算作A型；⽽同⼀个⽹络对银⾏系统来说则只能算作C型了。
（5）会话层——Senssion
会话层利⽤传输层来提供会话服务，会话可能是⼀个⽤户通过⽹络登录到⼀个主机，或⼀个正在建⽴的⽤于传输⽂件的会话。
会话层的功能主要有：会话连接到传输连接的映射、数据传送、会话连接的恢复和释放、会话管理、令牌管理和活动管理。
telnet协议全称（6）表⽰层——Presentation
表⽰层⽤于数据管理的表⽰⽅式，如⽤于⽂本⽂件的ASCII和EBCDIC，⽤于表⽰数字的1S或2S补码表⽰形式。如果通信双⽅⽤不同的数据表⽰⽅法，他们就不能互相理解。表⽰层就是⽤于屏蔽这种不同之处。
表⽰层的功能主要有：数据语法转换、语法表⽰、表⽰连接管理、数据加密和数据压缩。
（7）应⽤层——Application
这是OSI参考模型的最⾼层，它解决的也是最⾼层次，即程序应⽤过程中的问题，它直接⾯对⽤户的具体应⽤。应⽤层包含⽤户应⽤程序执⾏通信任务所需要的协议和功能，如电⼦邮件和⽂件传输等，在这⼀层中TCP/IP协议中的FTP、SMTP、POP等协议得到了充分应⽤。SNMP(Simple Network Management Protocol，简单⽹络管理协议)的前⾝是简单⽹关监控协议(SGMP)，⽤来对通信线路进⾏管理。随后，⼈们对SGMP进⾏了很⼤的修改，特别是加⼊了符合Internet定义的SMI和MIB：体系结构，改进后的协议就是著名的SNMP。SNMP的⽬标是管理互联⽹Internet上众多⼚家⽣产的软硬件平台，
因此SNMP受Internet标准⽹络管理框架的影响也很⼤。现在SNMP已经出到第三个版本的协议，其功能较以前已经⼤⼤地加强和改进了。
SNMP的体系结构是围绕着以下四个概念和⽬标进⾏设计的：保持管理代理(agent)的软件成本尽可能低；最⼤限度地保持远程管理的功能，以便充分利⽤Internet的⽹络资源；体系结构必须有扩充的余地；保持SNMP的独⽴性，不依赖于具体的计算机、⽹关和⽹络传输协议。在最近的改进中，⼜加⼊了保证SNMP体系本⾝安全性的⽬标。
OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)是⼀个内部⽹关协议(Interior Gateway Protocol，简称IGP)，⽤于在单⼀⾃治系统(autonomous system,AS)内决策路由。与RIP相对，OSPF是链路状态路由协议，⽽RIP是距离向量路由协议。
RIP(Routing information Protocol)是应⽤较早、使⽤较普遍的内部⽹关协议(Interior Gateway Protocol，简称IGP)，适⽤于⼩型同类⽹络，是典型的距离向量(distance-vector)协议。⽂档见RFC1058、RFC1723。
RIP通过⼴播UDP报⽂来交换路由信息，每30秒发送⼀次路由信息更新。RIP提供跳跃计数(hop count)作为尺度来衡量路由距离，跳跃计数是⼀个包到达⽬标所必须经过的路由器的数⽬。如果到相同⽬标有⼆个不等速或不同带宽的路由器，但跳跃计数相同，则RIP认为两个路由是等距离的。RIP最多⽀持的跳
数为15，即在源和⽬的⽹间所要经过的最多路由器的数⽬为15，跳数16表⽰不可达
CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）
即载波监听多路访问/冲突检测⽅法
⼀、基础篇：
是⼀种争⽤型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷⼤学开发的ALOHA⽹所采⽤的争⽤型协议，并进⾏了改进，使之具有⽐ALOHA协议更⾼的介质利⽤率。
CSMA/CD控制⽅式的优点是：
原理⽐较简单，技术上易实现，⽹络中各⼯作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。但在⽹络负载增⼤时，发送时间增长，发送效率急剧下降。
CSMA/CD应⽤在 ISO7层⾥的数据链路层
它的⼯作原理是: 发送数据前先监听信道是否空闲 ，若空闲则⽴即发送数据.在发送数据时，边发送边继续监听.若监听到冲突，则⽴即停⽌发送数据.等待⼀段随即时间，再重新尝试.
⼆、进阶篇：
CSMA/CD控制规程：
控制规程的核⼼问题：解决在公共通道上以⼴播⽅式传送数据中可能出现的问题（主要是数据碰撞问题）
控制过程包含四个处理内容：侦听、发送、检测、冲突处理
（1）侦听：
通过专门的检测机构，在站点准备发送前先侦听⼀下总线上是否有数据正在传送（线路是否忙）？
若“忙”则进⼊后述的“退避”处理程序，进⽽进⼀步反复进⾏侦听⼯作。
若“闲”，则⼀定算法原则（“X坚持”算法）决定如何发送。
（2）发送：
当确定要发送后，通过发送机构，向总线发送数据。
（3）检测：
数据发送后，也可能发⽣数据碰撞。因此，要对数据边发送，边接收，以判断是否冲突了。（参5P127图）
（4）冲突处理：
当确认发⽣冲突后，进⼊冲突处理程序。有两种冲突情况：
①侦听中发现线路忙
②发送过程中发现数据碰撞
①若在侦听中发现线路忙，则等待⼀个延时后再次侦听，若仍然忙，则继续延迟等待，⼀直到可以发送为⽌。每次延时的时间不⼀致，由退避算法确定延时值。
②若发送过程中发现数据碰撞，先发送阻塞信息，强化冲突，再进⾏侦听⼯作，以待下次重新发送（⽅法同①）
⾯向⽐特的协议中最有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC（Synchronous Data Link Control），国际标准化组织ISO （International Standards Organization）的⾼级数据链路控制规程HDLC（High Level Data Link Control），美国国家标准协会（American National Standar ds Institute ）
的先进数据通信规程ADCCP （ Advanced Data Communications Control Procedure）。这些协议的特点是所传输的⼀帧数据可以是任意位，⽽且它是靠约定的位组合模式，⽽不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称"⾯向⽐特"的协议。
⼆．帧信息的分段
SDLC／HDLC的⼀帧信息包括以下⼏个场（Field），所有场都是从最低有效位开始传送。
1． SDLC／HDLC标志字符
SDLC／HDLC协议规定，所有信息传输必须以⼀个标志字符开始，且以同⼀个字符结束。这个标志字符是01111110，称标志场（F）。从开始标志到结束标志之间构成⼀个完整的信息单位，称为⼀帧（Frame）。所有的信息是以帧的形式传输的，⽽标志字符提供了每⼀帧的边界。接收端可以通过搜索"01111110"来探知帧的开头和结束，以此建⽴帧同步。
2．地址场和控制场
在标志场之后，可以有⼀个地址场A（Address）和⼀个控制场C（Contro1）。地址场⽤来规定与之通信的次站的地址。控制场可规定若⼲个命令。SDLC规定A场和C场的宽度为8位。HDLC则允许A场可为任意长度，C场为8位或16位。接收⽅必须检查每个地址字节的第⼀位，如果为"0"，则后边跟着另⼀个
地址字节；若为"1"，则该字节就是最后⼀个地址字节。同理，如果控制场第⼀个字节的第⼀位为"0"，则还有第⼆个控制场字节，否则就只有⼀个字节。
3．信息场
跟在控制场之后的是信息场I（Information）。I场包含有要传送的数据，亦成为数据场。并不是每⼀帧都必须有信息场。即信息场可以为0，当它为0时，则这⼀帧主要是控制命令。
4．帧校验场
紧跟在信息场之后的是两字节的帧校验场，帧校验场称为FC（Frame Check）场，校验序列FCS（Frame check Sequence）。SDLC ／HDLC均采⽤16位循环冗余校验码CRC （Cyclic Redundancy Code），其⽣成多项式为CCITT多项式X^16+X^12+X^5+1。除了标志场和⾃动插⼊的"0"位外，所有的信息都参加CRC计算。 CRC的编码器在发送码组时为每⼀码组加⼊冗余的监督码位。接收时译码器可对在纠错范围内的错码进⾏纠正，对在校错范围内的错码进⾏校验，但不能纠正。超出校、纠错范围之外的多位错误将不可能被校验发现。
三．实际应⽤时的两个技术问题
1．"0"位插⼊／删除技术
如上所述，SDLC／HDLC协议规定以01111110为标志字节，但在信息场中也完全有可能有同⼀种模式的字符，为了把它与标志区分开来，所以采取了"0"位插⼊和删除技术。具体作法是发送端在发送所有信息（除标志字节外）时，只要遇到连续5个"1"，就⾃动插⼊⼀个"0"当接收端在接收数据时（除标志字节）如果连续接收到5个"1"，就⾃动将其后的⼀个"0"删除，以恢复信息的原有形式。这种"0"位的插⼊和删除过程是由硬件⾃动完成的，⽐上述⾯向字符的"数据透明"容易实现。
2． SDLC／HDLC异常结束
若在发送过程中出现错误，则SDLC／HDLC协议⽤异常结束（Abort）字符，或称失效序列使本帧作废。在HDLC规程中7个连续的"1"被作为失效字符，⽽在SDLC中失效字符是8个连续的"1"。当然在失效序列中不使⽤"0"位插⼊／删除技术。
SDLC／HDLC协议规定，在⼀帧之内不允许出现数据间隔。在两帧信息之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的⾼电平，它被称为空闲（Idle）信号。
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