第二章 网络体系结构和协议
1.网络体系结构是层次和协议的集合。
2.网络协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。用来描述进程之间信息交换过程的一组术语。
3.协议三要素：语法、语义和交换规则（时序、定时）。
a)语法：规定数据与控制信息的结构和格式。
b)语义：规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。
c)交换规则：规定事件实现顺序的详细说明。
4.分层设计
a)为了降低协议设计的复杂性，采用层次化结构。
b)每一层向其上层提供服务。
c)N层是N-1层的用户，是N+1层服务的提供者。
d)第N层和第N层通信，使用第N层协议。
e)实际传输数据的层次是物理层。
f)分层的优点：
i.各层之间相互独立，高层不必关心底层的实现细节。
ii.有利于实现和维护，每个层次实现细节的变化不会对其它层次产生影响。
iii.易于实现标准化。
g)分层原则：每层功能明确，层数不宜太多也不能太少。
h)协议是水平的（对等层通信时遵守的规则）
i)对等层：通信的不同计算机的相同层次。
进程间通信效率最高的方式是j)接口：层与层之间通过接口提供服务。
k)服务：下层为上层提供服务
5.网络中进行通信的每一个节点都具有相同的分层结构，不同节点的相同层次具有相同的功能，不同节点的相同层次通信使用相同的协议。
6.数据传输的过程
a)数据从发送端的最高层开始，自上而下逐层封装。
b)到达发送端的最底层，经过物理介质到达目的端。
c)目的端将接收到的数据自下而上逐层拆封。
d)由最高层将数据交给目标进程。
7.封装：在数据前面加上特定的协议头部。
8.层次和协议的关系：每层可能有若干个协议，一个协议主要只属于一个层次。
9.协议数据单元（PDU）：对等层之间交换的信息报文。
10.网络服务：计算机网络提供的服务可以分为两种：面向连接服务和无连接服务。
11.OSI/RM（开放系统互联参考模型）
a)应用层面向用户提供服务，最底层物理层，连接通信媒体实现数据传输。
b)上层通过接口向下层提出服务请求，下层通过接口向上层提供服务。
c)除物理层以外，其他层不直接通信。
d)只有物理层之间才通过传输介质进行真正的数据通信。
12.OSI的特点：
a)每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信。
b)各计算机系统都有相同的层次结构。
c)不同系统的相应层次有相同的功能。
d)同一系统的各层之间通过接口联系。
e)相邻两层之间，下层为上层提供服务，上层使用下层提供的服务。
13.物理层
a)描述：
i.是网络的最底层
ii.向下是物理设备之间的接口
iii.向上为链路层提供数据流传输服务
iv.是纯硬件实现其功能
v.任务：实现物理上的信息传输
vi.物理层协议是各种网络设备进行互联时必须遵守的底层协议。
b)功能：
i.为数据端设备提供数据传送数据的通路
ii.数据传输
iii.定义通信结构的物理特性。
1.机械特性：接口的形状和尺寸，针脚的个数
2.电气特性：物理信道上传输比特流时信号电平的大小、数据编码方式
3.功能特性：每个针脚的功能（接口的信号线：数据线、控制线、定时线、地线）
4.规程特性：工作规则和时间顺序
c)接口标准：RS-232D （25针）、 X.21、RS-232C、RS449、V.24
d)物理层的网络设备：中继器、集线器、传输介质
14.数据链路层
a)位置：介于物理层于网络层之间
b)描述：把物理层的袁术数据打包成帧，并负责帧在计算机之间无差错进行传递。
c)传输数据单元：帧。最小的语义单位。
d)主要目的：将一条原始的、有差错的物理线路变成对网络层逻辑上的、无差错的数据链路。
e)主要功能：
i.链路管理
ii.帧同步
iii.流量控制
iv.差错控制
v.透明传输
vi.寻址
f)协议
i.面向字符型的同步协议：BSC（二进制同步通信规程）、半双工协议
ii.面相比特型的同步协议：HDLC 高级数据链路控制规程，定义了三种帧类型
1.信息帧：用于数据传输，简称I帧
2.监视帧：用于差错控制和流量控制，简称S帧
3.无编号帧：用于提供链路的建立、拆除及其他多种控制功能，简称U帧
g)层次划分：MAC层：（介质访问控制子层）负责物理寻址和对网络介质的访问管理。
                  LLC子层：（逻辑链路控制子层）建立和维护网络设备间的数据链路连接。
h)设备：网卡、网桥、交换机
i)同步技术
i.位同步（同步技术）
1.传输单位：数据块（帧）
2.特点：要求复杂的同步技术、代价高、效率高、便于差错控制和流量控制
3.描述：在发送数据之前发送一个同步字符SYN，然后发送数据，结束时发送同样的同步字符SYN。
ii.字符同步（异步同步技术）
1.传输单位：字符
2.特点：要求收发时钟近似相同，设备简单，效率低、适用于低俗场合、费用较低
3.描述：将每一个字符前面加一个起始位，字符结尾后添加一个终止位然后传输。
15.网络层  又称为IP层
a)也称为通信子网层
b)负责控制通信子网的操作、实现数据从网络上的任意节点准确无误地传输到目的节点。
c)主要目的：为分组选择最近路径，通过通信子网到达通信子网到达目的主机。
d)传输单位：分组
e)功能
i.路径选择：向传输层提供两种接口：数据报、虚电路
ii.流量控制：功能：防止因过载而引起吞吐量下降、时延增加、避免死锁。
iii.数据的传输与中继
iv.清除子网的质量差异
f)网络服务：可分为面向连接服务和无连接服务
i.虚电路服务（X.25）
描述：所有分组按顺序到达
过程：建立连接、传输数据、拆除链接
适合传输大批量的数据
特点：当报文较长时，差错控制由通信子网完成、分组按顺序到达，不重复、不丢失，接收端无需排序。
ii.数据报服务
描述：每个分组单独选路，每个分组中都含有目的地地址。
适合传输小批量的、突发性的数据
特点：报文比较短，随机到达目的节点，不能按序到达，接收端需要排序
g)设备：路由器、桥由器、三层交换机
16.传输层
a)位置：通信子网和资源子网之间
b)作用：在两端计算机内的进程间、实现高质量、高效率的传输
c)向高层用户屏蔽了底层通信子网的细节，传输层不对数据加工处理。
d)服务：
i.寻址：在用户进程间提供可靠和有效的端到端服务，传输地址，主机分配的端口号
ii.建立连接
iii.流量控制
iv.崩溃恢复
e)多路复用技术：把多个低速信道组合成一个高速信道的技术，可以有效的提高数据利用率。
i.频分多路复用（FDM）：根据频率不同将信道分割成多个信道，实现在一个信道上同时传送多路信号，可能会出现失真的情况
ii.时分多路复用（TDM）：把时间分割成长短相等的时间片均匀轮流分配给所有用户（无论用户是否有数据要发送），不会出现失真现象，但会有轮空现象。
iii.统计时分多路复用（STDM）：动态分配时间片，不会失真，不会轮空
iv.波分多路复用（WDM）
v.码分多路复用（CDM）
17.其他各层简介
a)会话层：建立、维护、结束会话连接、会话管理、组织和同步。
b)表示层：数据的格式和表达，信息的内容和表示形式，数据的加密解密、加压解压，数据编码。被称为网络的翻译者。
c)应用层：OSI/RM的最高层，是网络与用户的接口。
i.功能：为网络用户或应用程序提供完成特定网络服务功能所需的各种协议。
18.OSI规定了网络的层次划分，以及每一层上所实现的功能。
TCP/IP
1.起源：20世纪70年代的ARPANET
2.作用：实现异种机异种网之间的互联
3.核心思想：隐藏具体物理网络的差异、提供透明的一致的、标准的逻辑网络
4.特点：开放性、统一性、标准性、独立性
5.是Internet采用的协议标准，被公认为当前的工业标准。
6.ARPA实现了异种网之间的互联
7.TCP/IP是一组协议簇，其中TCP和IP是两个重要的协议。于1973年提出。
8.TCP传输控制协议，提供面向连接的服务。
9.IP网络互联协议，提供无连接的不可靠的数据报服务和网际路由服务。
10.四个层次：网络接口层、网际层、传输层、应用层
11.网络接口层
a)位置：TCP/Ip的最底层，也称为网络访问层。
b)与OSI的物理层和数据链路层对应
c)局域网采用IEEE802系列协议
d)IEEE 802.3 以太网协议
e)IEEE 802.4 令牌总线
f)IEEE 802.5 令牌环协议
g)广域网协议：PPP、FR、X.25
12.网络互联层
a)功能：主要是负责在互联网上传输数据分组
b)与网络层对应
c)主要协议
IP 网际互连协议
ARP 地址解析协议
RARP 反向地址解析协议
ICMP 网际控制报文协议
IGMP 网际组管理协议
13.传输层
a)又称主机至主机层
b)功能：负责端到端的对等实体之间进行通信
c)两个协议：TCP、UDP
TCP：可靠的面向连接的协议
UDP：不可靠的无连接的协议
14.应用层
a)TCP/IP的最高层，对应OSI的上三层，用于提供网络服务。如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理。
b)协议
SMTP：简单邮件传输协议，用于传递
HTTP：超文本传输协议，提供Web服务
Telnet：远程登陆协议
FTP：文件传输协议
DNS：域名解析协议，负责IP地址和域名的转换
DHCP：动态主机配置协议
POP3：邮局协议
SNMP：简单网络管理协议
NFS：网络文件系统协议
RIP：路由信息协议
协议详解
15.IP协议
a)工作层次：网际层
b)基本任务：通过互联网传输数据报
c)特点：不可靠的无连接的数据报协议。提供尽力而为的传输服务。
d)数据报的分段和重组，重组是分段的反过程，其中数据报重组发生在目的主机上。
e)路由选择依据，目的主机的IP地址。
f)分组中包含的信息：发送端IP地址、目的IP地址。
g)因为无连接不可靠，所以会出现出错、重复、丢失的分组现象。
h)网络层的协议中，ICMP和IGMP协议会封装在IP分组中传输，而ARP和RARP协议不会封装到IP分组中传输。
i)主要功能：存储-寻址-转发，不关心上层的功能，上层信息封装在IP数据包的数据部分。
16.TCP 传输控制协议
a)工作层次：传输层
b)特点：可靠的、面向连接的协议
c)传输单元：TCP报文
d)使用端口号区分不同协议，两个字节
e)通过“三次握手“建立连接
f)过程：建立连接、传输数据、释放连接
17.TCP/IP的工作工程
a)是一个“自上而下、自下而上“的过程
b)传输层将数据分解成长短相等的TCP段
c)IP层给TCP段加上源、目的地IP
d)从上到下最先对数据进行分段的是传输层。
18.UDP协议 用户数据报协议
a)无连接的、不可靠的
b)适合传输要求迅速发送数据时
19.ICMP 网际控制报文协议：提供差错控制服务，常用于诊断实用程序中。
20.ARP 地址解析协议：IP地址到MAC地址的转换
21.RARP  反向地址解析协议： MAC地址到IP地址的转换
22.网络接口层其他的协议
a)广域网：HDLC、SLIP、PPP、FR、X.25
b)局域网协议：IEEE 802系列
23.SLIP 串行线路网际协议
a)现今用于连接某些ISP，串行线路IP是一种在串行线路上对IP数据报进行封装的简单形式。

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