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计算机网络基础知识(7)中科大郑铨老师笔记

协议层次及服务模型

计算机网络的分层设计方法,将复杂的网络功能分解为多个层次,每一层实现特定的功能。

互联网中的TCP/IP协议族,包括物理层、链 路层、网络层、传输层和应用层的功能。然后,数据传输的 过程,从应用层开始,数据被封装成报文,然后通过传输层 形成段,到达网络层后形成分组,最终在物理层被转换为比 特进行传输。各个层次的协议数据单元(PDU)有着不同称呼,例如应用层的报文、传输层的段、网络层 的分组或数据报,以及链路层的帧和物理层的比特。

协议层次

网络是一个复杂的系统!
 网络功能繁杂:数字信号的物理信 号承载、点到点、路由、rdt、进程区分、应用等
 现实来看,网络的许多构成元素和 设备:
 主机
 路由器
 各种媒体的链路
 应用
 协议
 硬件, 软件
现实生活中的例子:航线系统
票务 (购买)票务 (投诉)
行李 (托运)行李 (认领)
登机口 (登机)登机口 (离机)
从跑道起飞
从跑道着陆
按航线飞行按航线飞行
                                                       按航线飞行

 

 航线的功能层次

层次化方式实现复杂网络功能:
 
  • 将网络复杂的功能分层功能明确的层次,每一层实现了其中一个或一 组功能,功能中有其上层可以使用的功能:服务
  • 本层协议实体相互交互执行本层的协议动作,目的是实现本层功能, 通过接口为上层提供更好的服务
  • 在实现本层协议的时候,直接利用了下层所提供的服务
  • 本层的服务:借助下层服务实现的本层协议实体之间交互带来的新功能(上层可以利用的)+更下层所提供的服务

服务和服务访问点

  •  服务( Service):低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力
  •  服务用户(service user)
  •  服务提供者(service provider )
  •  原语(primitive):上层使用下层服务的形式,高层使用 低层提供的服务,以及低层向         高层提供服务都是通过服务访问原语来进行交互的---形式
  •  服务访问点 SAP (Services Access Point) :上层 使用下层提供的服务通过层间的接        口—地点;
  •  例子:邮箱
  •  地址(address):下层的一个实体支撑着上层的多个实体, SAP有标志不同上层实体        的作用
  •  可以有不同的实现,队列
  •  例子:传输层的SAP: 端口(port)

服务的类型

  •  面向连接的服务和无连接的服务-方式
  •  面向连接的服务( Connection-oriented Service)
  • 连接(Connection):两个通信实体为进行通信而建立的一种结合
  •  面向连接的服务通信的过程:建立连接,通信,拆除连接
  •  面向连接的服务的例子:网络层的连接被成为虚电路
  •  适用范围:对于大的数据块要传输; 不适合小的零星报文
  •  特点:保序
  •  服务类型:
  •  可靠的信息流 传送页面(可靠的获得,通过接收方的确认)
  •  可靠的字节流 远程登录
  •  不可靠的连接 数字化声音

服务的类型

  •  面向连接的服务和无连接的服务
  •  无连接的服务(Connectionless Service)
  • 无连接服务:两个对等层实体在通信前不需要建 立一个连接,不预留资源;不需要通信双    方都是 活跃;(例:寄信)
  • 特点:不可靠、可能重复、可能失序
  • IP分组,数据包;
  • 适用范围:适合传送零星数据;
  • 服务类型:
  •  不可靠的数据报 电子方式的函件
  •  有确认的数据报 挂号信
  •  请求回答 信息查询

 

服务和协议
  •  服务与协议的区别
  •  服务(Service):低层实体向上层实体提供它们之间的 通信的能力,是通过原                     语 (primitive)来操作的,垂直
  •  协议(protocol) :对等层实体(peer entity)之间在相互 通信的过程中,需要遵循的规则      的集合,水平
  •  服务与协议的联系
  •  本层协议的实现要靠下层提供的服务来实现
  •  本层实体通过协议为上层提供更高级的服务

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分层处理和实现复杂系统的好处?

对付复杂的系统
  •  概念化:结构清晰,便于标示网络组件,以及描述其 相互关系
  •  分层参考模型
  •  结构化:模块化更易于维护和系统升级
  •  改变某一层服务的实现不影响系统中的其他层次
  •  对于其他层次而言是透明的
  •  如改变登机程序并不影响系统的其它部分
  •  改变2个秘书使用的通信方式不影响2个翻译的工作
  •  改变2个翻译使用的语言也不影响上下2个层次的工作
  •  分层思想被认为有害的地方?

Internet 协议栈

 应用层: 网络应用
为人类用户或者其他应用进程提供网络应用服务
FTP, SMTP, HTTP,DNS
 传输层: 主机之间的数据传输
在网络层提供的端到端通信基础上,细分为进程
到进程,将不可靠的通信变成可靠地通信
TCP, UDP
 网络层: 为数据报从源到目的选择路由
主机主机之间的通信,端到端通信,不可靠
IP, 路由协议
 链路层: 相邻网络节点间的数据传输
2个相邻2点的通信,点到点通信,可靠或不可靠
点对对协议PPP, 802.11(wifi), Ethernet
 物理层: 在线路上传送bit

 

 Internet 协议栈

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ISO/OSI 参考模型
表示层: 允许应用解释传输的
数据, e.g., 加密,压缩,机
器相关的表示转换
会话层: 数据交换的同步,检
查点,恢复
互联网协议栈没有这两层!
这些服务,如果需要的话,必
须被应用实现
需要吗?

 

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各层次的协议数据单元
应用层:报文(message)
传输层:报文段(segment):TCP段,UDP数据报
网络层:分组packet(如果无连接方式:数据报
datagram)
数据链路层:帧(frame)
物理层:位(bit)

 

 小课堂:

  1. 计算机网络采用分层方法解决复杂功能,分解为明确层次,提供服务。
  2. 互联网被定义为一个层次结构,包括网络边缘、核心和接入网,每个部分都有特定的标准和技术。
  3. 网络的复杂性源于其多样化的应用、终端和链路形式,以及除点对点传输外的其他功能,如端到端路由和可靠数据传输。
  4. 计算机网络是一个复杂的系统,拥有数百亿设备、数十亿用户和数千种流行应用,是人类最大的人工系统之一。
  5. 为了解决网络复杂性,工程师和科学家采用模块化和分层的方法,将复杂功能分解为模块,并通过层次间的调用实现。
  6. 计算机网络采用分层方法,将功能分解为明确的层次,每一层实现一组功能并通过接口向上层提供服务。
  7. 通过现实生活例子(如航班系统和哲学家交流),展示了分层方法如何解决复杂网络功能设计实现问题。
  8. 计算机网络通过将复杂功能分解为功能明确的层次,并通过接口向上层提供服务,实现分层设计。
  9. 网络层次通过协议交换控制信息,实现复杂功能的分解和实现。
  10. 计算机网络分层实现复杂功能,通过协议实体交换信息。
  11. 通过协议实体交换信息,实现功能,通过下层接口访问下层服务。
  12. 计算机网络功能分为明确层次,每一层通过承接接口向上层提供服务,借助下层服务与对方交换PDU。
  13. 协议实现借助下层服务,目的是向上层提供更好的服务,一层摞一层实现复杂功能。
  14. 服务提供与使用,包括服务访问点、服务用户和服务提供者,以及服务类型,包括面向连接与无连接服务。
  15. 服务是下层向上层提供的垂直关系,通过充电接口提供功能。
  16. 服务提供者(如TCP)向多个应用实体提供服务,存在服务访问点问题,用于区分不同上层用户。
  17.  服务提供者向服务用户提供服务,服务访问点在层间接口上,用于区分不同服务用户。
  18.  两个应用进程通过USB交互,无需握手,采用无连接服务。
  19.  两个应用进程通过USB进行交互,无需在通信前握手,直接发送查询。
  20. 介绍了无连接服务(如UDP),与面向连接服务相对,通常不可靠。
  21. 服务分为面向连接和无连接两种,前者在通信前建立连接,后者无需建立连接。
  22. 互联网分层结构,物理层传输比特,链路层以帧为单位传输数据。
  23. 地缘层形成PDU,考虑大小上限。
  24. 三种关系:一对一、一对多、多对一。
  25.  常见数据单元:PDU,应用层为Message,传输层为Segment,网络层为分组,链路层为帧。
  26.  网络分层与协议数据单元的封装与解封装过程。
  27.  每层主要功能体系架构指的是每一层协议的具体实现,参考模型则更抽象。
  28.  表示层负责表示转换,绘画层负责绘画管理,这两个层次在TCP/IP协议栈中没有。
  29.  在TCP/IP协议栈中,表示转换和绘画管理由应用程序自行实现。
  30.  网络分层传输,各层数据单元命名不同。
  31. 传输层(message segment)被分为段,每个段包含传输层单元(TCP段或MAC段)。
  32. 网络层对段进行分组,若为无连接网络(如IP),则称为数据报。
  33. 各层PDU(协议数据单元)名称不同,应用层为消息,传输层为段,网络层为分组(或数据报)。 文中没有错误,无需修改。

 


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