【笔记】谢希仁—计网五版:chapter one 概述

一、计算机网络在信息时代中的作用

网络分为:电信网络、有线电视网络、计算机网络

网络向用户提供的功能:①连通性(用户之间可交换信息)②共享(资源共享,如信息、软件、硬件共享)

二、因特网概述

1、网络的网络

网络概念:由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。结点可以是计算机、集线器、交换机、路由器等。

互联网概念:网络和网络用路由器互连起来,形成“网络的网络”。

因特网概念:世界上最大的互连网络。把连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。

网络把计算机连接在一起,而因特网则把许多网络连接在一起。

2.因特网发展的三阶段

第一阶段:从单个网络ARPANET向互联网发展的过程

1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议,使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信。因而1983年是因特网的诞生时间。1990年ARPANET正式宣布关闭,因为它的实验任务已经完成。

注意:internet和Internet。internet是通用名词,泛指由多个计算机网络互连而成的网络,通信协议可以任意。Internet是专用名词,指全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的特定计算机网络,采用TCP/IP协议族。

第二阶段:建成了三级结构的因特网

1985年起,美国国家科学基金会NSP(national science foundation)围绕六个大型计算机中心建设计算机网络。它是三级计算机网络,分为主干网、地区网、校园网(或企业网),覆盖了全美国主要的大学和研究所。1991年意识到局限性,满足不了需要。于是美国政府决定将因特网的主干网交给私人公司经营,并开始对接入因特网的单位收费。1992年因特网的主机超过100万台。1993年因特网主干网的速率达到45Mb/s。

第三阶段:逐渐形成了多层次ISP结构的因特网

1993年,由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网替代,而政府机构不再负责因特网的运营。于是有了因特网服务提供者ISP(internet service provider)。

根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同,ISP也分为不同的层次。为使不同层次ISP经营的网络都能够互通,1994年开始创建了四个网络接入点NAP(network access point),分别由四个电信公司经营。它是最高等级的接入点,主要是向各ISP提供交换设施,使它们能够互相通信。

NAP又称对等点(peering point),指接入到NAP的设备不存在从属关系而都是平等的。

1996年美国的一些研究机构和34所大学提出“下一代因特网计划”(NGI计划(next generation internet initiative))。主要目标是:速度快、网络服务技术更先进、实现快速的交换和路由选择、具有为实时(real time)应用保留带宽的能力、更可靠更安全。

3、因特网的标准化工作

标准制定得早,由于技术还没发展到成熟水平,会使得技术比较陈旧的标准限制了产品的技术水平,其结果是以后不得不再次修订标准,造成浪费。反之,制定迟了,会使技术的发展无章可循,造成产品的不兼容,因而影响技术的发展。

因特网在制定标准上是面向公众的。

1992年因特网不归美国政府管辖,因此成立了一个国际性组织叫做因特网协会(Internet society,简称ISOC),以便对因特网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。ISOC下面有一个技术组织叫做因特网体系结构委员会IAB(internet architecture board),负责管理因特网协议开发。

IAB设有两个工程部:①因特网工程部IETF(internet engineering task force):是由工作组WG(working group)组成的论坛(forum),具体工作由因特网工程指导小组IESG(internet engineering steering group)管理。工作组划分为若干个区域,每个区域集中研究某一特定的短期和中期的工程问题,主要针对协议的开发和标准化。

②因特网研究部IRTF(internet research task force):由研究组RG(research group)组成的论坛,具体工作由因特网研究指导小组IRSG(internet research steering group)管理。任务是进行理论方面研究和开发一些需要长期考虑的问题。

所有因特网标准都是以RFC(request for comments,请求评论)的形式在因特网上发表。只有一小部分RFC文档最后才能变成因特网标准。

制定因特网的正式标准需经过以下四个阶段:①因特网草案(internet draft):还不是RFC文档。②建议标准(proposed standard):开始成为RFC文档。③草案标准(draft standard)④因特网标准(internet standard)

除了以上三种RFC,还有三种:历史的、实验的、提供信息的。

三、因特网的组成

因特网拓扑结构分为:①边缘部分:由所有连接在因特网上的主机组成,用户直接使用,用来通信和资源共享。②核心部分:由网络和连接这些网络的路由器组成,是为边缘部分提供服务的。

1.因特网的边缘部分

即主机,又称端系统(end system)。端系统的拥有者可以是个人、单位、某个ISP。

计算机之间通信,是指主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。进程是运行着的程序。

网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式可分为:

⑴客户服务器方式(C/S)

客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程,是服务和被服务的关系。

客户程序:ⅰ.被用户调用后运行,在通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此,客户程序必须知道服务器程序的地址。ⅱ.不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器程序:ⅰ.专提供服务,可同时处理多个远地或本地客户的请求。ⅱ.系统启动后即自动调用并一直不断地运行,被动等待并接受来自各地客户的通信请求。因此,服务器程序不需要知道客户程序的地址。ⅲ.一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

客户和服务器的通信关系建立后,它们都可以发送和接收数据,通信双向。

⑵对等连接方式(P2P)

指两个主机在通信时不区分哪一个是服务请求方或提供方,只要两个主机都运行了对等连接软件(P2P软件),它们就可以进行平等、对等连接通信。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档(P2P文件共享)。

对等连接方式本质上是客户服务器方式,只是每一个主机既是客户又是服务器。

2.因特网的核心部分

起特殊作用的是路由器(router),它是实现分组交换(packet switching)的关键构件,任务是转发收到的分组(最重要的功能)。为清楚分组交换,需要先了解电路交换。

①电路交换(circuit switching)

交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。例如:一个交换机可连接多个电话,电话先有拨号建立连接,通过交换机到达被叫用户所连接的交换机后,呼叫完成,这样从主叫端到被叫端建立了一条连接(物理通路),这条连接占用了双方通话所需的通信资源,这些资源在双方通信时不会被其他用户占用,这样双方才能互相通电话,才使电路交换对端到端的通信质量有了可靠的保证。通话完毕挂机后,挂机信令告诉交换机,使交换机释放物理通路(归还占用的通信资源)。这种必须经过“建立连接(占用通信资源)→通话(一直占用通信资源)→释放连接(归还通信资源)”三个步骤的交换方式称为电路交换。

特点:通话时间内,两用户一直占用端到端的通信资源。

用户始终占用通信资源

缺点:线路传输效率很低。因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上,因此线路上真正用来传送数据的时间往往不到10%甚至低于1%。实际上,已被占用的通信线路绝大部分是空闲的,这样浪费了资源。

②分组交换(packet switching)

采用存储转发技术。把要发送的整块数据称为一个报文(message)。发送之前,把较长报文划分为一个个更小的等长数据段,在每一个数据段前,加上一些必要的控制信息组成的首部(header,也称包头)后,就构成了一个分组(packet,也称包)。分组是在因特网中传送的数据单元。“首部”包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息,所以每一个分组能在因特网中独立地选择传输路径。


分组交换示意图

解释图a:因特网核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成(高速链路相连接),主机在边缘部分(低速链路相连接)。

主机和路由器都是计算机,但作用不同。主机是为用户进行信息处理的,并和其他主机通过网络交换信息。路由器是转发分组的,收到一个分组就存储起来,检查首部,查找转发表,按照首部中的目的地址,找到合适接口转发出去,把分组交给下一个路由器。这样最终把分组交到目的主机。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息,以便创建和维持在路由器中的转发表,使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

解释图b:

路由器暂时存储的是一个个短分组,而不是整个长报文。短分组是暂时存在路由器的存储器中而不是存储在磁盘中,这就保证了较高的交换速率。

优点:①高效。在分组传输的过程中动态分配传输带宽,对通信线路是逐段占用。②灵活。为每一个分组独立地选择转发路由。③迅速。以分组作为传送单位,可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。④可靠。保证可靠性的网络协议;分布式多路由的分组交换网,使网络有很好的生存性。

缺点:①分组在各路由器存储转发时需要排队,这就会造成一定的时延。②分组交换不能像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源,因而无法确保通信时端到端所需的带宽。③各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销(overhead)。整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。

③电路交换、报文交换、分组交换比较

电路交换:整个报文的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传送。

报文交换:整个报文先传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转发到下一个结点。

分组交换:单个分组(这只是整个报文的一部分)传送到相邻结点,存储下来后查找转发表,转发到下一个结点。


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若要连续传送大量的数据,且其传送时间远大于连接建立时间,则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽,在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度远小于整个报文的长度,因此分组交换比报文交换的时延小,同时也具有更好的灵活性。

四、计算机网络在我国的发展

广域网:铁道部在1980年即开始进行计算机联网实验,1989年11月我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。20世纪80年3代后期,公安、银行、军队相继有了各自的专用计算机广域网。

局域网:20世纪80年代起,安了局域网。价格便宜,其所有权和使用权都属于本单位,因此便于开发、管理、维护。

1994年4月20日,我国用64kb/s专线正式进入因特网。从此,我国被国际上正式承认为接入因特网的国家。同年5月中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。同年9月中国公用计算机互联网CHINANET正式启动。

五、计算机网络的类别

1.计算机网络的定义

未统一,简单定义是:一些互相连接的、自治的计算机的集合。

“计算机通信”和“数据通信”常混用。前者强调通信的主体是计算机中运行的程序(在传统的电话通信中通信的主体是人),后者强调通信的内容是数据。

2.几种不同类别的网络

⑴不同作用范围的网络

ⅰ.广域网WAN(wide area network)

也称远程网,作用范围几十到几千公里,能跨越国家,是因特网的核心部分。任务是通过长距离运送主机发送的数据。连接广域网各结点交换机的链路一般是高速链路,具有较大的通信容量。

ⅱ.域域网MAN(metropolitan area network)

作用范围一个城市,5~50km。用来将多个局域网互连,目前很多域域网采用的是以太网技术,因此有时也常并入局域网的范围进行讨论。

ⅲ.局域网LAN(local area network)

一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连。一个学校或企业大都拥有许多个互连的局域网(称为校园网或企业网)。

ⅳ.个人区域网PAN(personal area network)

是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备(如便携式电脑等)用无线技术连接起来的网络,因此也常称为无线个人区域网WPAN(wireless PAN),范围10米左右。

若中央处理器之间的距离非常近(1m之内),则一般就称之为多处理机系统而不称它为计算机网络。

⑵不同使用者的网络

ⅰ.公用网(public network)

也称公众网,是指电信公司(国有或私有)出资建造的网络。所有愿意按电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络。

ⅱ.专用网(private network)

是指某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络,不向本单位以外的人提供服务,如军队、铁路、电力等系统均有本系统的专用网。

⑶用来把用户接入到因特网的网络

这种网络就是接入网AN(access network),又称为本地接入网或居民接入网。其本身既不属于因特网的核心部分,也不属于因特网的边缘部分。实际上,由ISP(1.2.2节有说到)提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。最近,有多种带宽接入技术(2.6节讨论)。

六、计算机网络的性能

1.计算机网络的性能指标

⑴速率

我们知道,计算机发送出的信号都是数字形式的。比特(bit,binary digit,一个比特就是二进制数字中的1或0)是计算机中数据量的单位,也是信息论中使用的信息量的单位。

网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率,也称为数据率(data rate)或比特率(bit rate)。单位:b/s、bps(bit per second)、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s。

单位记法不严格,如100M以太网,意思是速率为100Mb/s的以太网。

上述速率指额定速率或标称速率

⑵带宽(bandwidth)

有两种含义:

ⅰ.某个信号具有的频带宽度。信号的带宽指该信号所包含的各种不同频率成份所占据的频率范围。例如,传统通信线路上传送的电话信号的标准带宽是3.1kHz,单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。在过去很长一段时间内,通信的主干线路传送的是模拟信号(即连续变化的信号)。因此,表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路的带宽(或通频带)。

ⅱ.在计算机网络中,带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力,因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”、b/s、kb/s等。

⑶吞吐量(throughput)

表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量

更经常用于对现实世界中的网络的一种测量,以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。显然,吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。例如,100Mb/s的以太网,其额定速率是100Mb/s,那么这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。有时,吞吐量还可以用每秒传送的字节数或帧数来表示。

⑷时延(delay,latency)

指数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。有时也称延迟或迟延。

ⅰ.发送时延(transmission delay)

主机或路由器发送数据帧所需要的时间,也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。也称传输时延。

发送时延=数据帧长度(b)/信道带宽(b/s)

ⅱ.传播时延(propagation delay)

是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间

传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)

电磁波在自由空间的传播速率是光速3.0*10^5,在网络传输媒体中的传播速率略低一些。

注意:发送时延发生在机器的内部的发送器中(一般是网络适配器中,见3.3.1节),而传播时延发生在机器外部的传输信道媒体上。

ⅲ.处理时延

主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理,例如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或者找适当的路由器等等。

ⅳ.排队时延

分组在经过网络传输时,要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后,还要在输出队列中排队等待转发。这就产生了排队时延。排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量。当网络的通信量很大时,会发生队列溢出,使分组丢失,这相当于排队时延为无穷大。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

一般,小时延网络要优于大时延网络。有时,一个低速率、小时延的网络很可能要优于一个高速率但大时延的网络。

必须指出,在总时延中,那种时延占主导地位,必须具体分析。

当计算机网络中的通信量很大时,网络中的许多路由器的处理时延和排队时延将会大大增加,因而这两种时延占主要成分,这时整个网络的性能就变坏了。

强调:1.对于高速网络链路,我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率(这是光速的数量级)与数据的发送速率并无关系。提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延

2.数据的发送速率单位是每秒发送多少个比特,是指某个点或某个接口上的发送速率。而传播速率的单位是每秒传播多少公里,是指传输线路上比特的传播速率。

ⅴ.时延带宽积

=传播时延*带宽


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例如,某段链路的传播时延为20ms,带宽为10Mb/s。算出时延宽带积=20*10^—3*10*10^6=2*10^5bit,这就表示,若发送端连续发送数据,则在发送的第一个比特即将到达终点时,发送端就已经发送了20万个比特,而这20万个比特都正在链路上向前移动。因此,链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

管道中的比特数表示从发送端发出的但尚未达到接收端的比特。对于一条正在传送数据的链路,只有在代表链路的管道都充满比特时,链路才得到充分的利用。

ⅵ.往返时间RTT(round—trip time)

表示从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认(接收方收到数据后便立即发送确认),总共经历的时间

上述例子中,往返时间RTT是40ms。在互联网中,往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。

显然,往返时延与所发送的分组长度有关。发送很长的数据块的往返时间,应当比发送很短的数据块的往返时间要多一些。

往返时间带宽积的意义是:当发送方连续发送数据时,即使能够及时收到对方的确认,但已经将许多比特发送到链路上了。

ⅶ.利用率

信道利用率网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

信道利用率并非越高越好。类似于高速公路,车多时有时延。网络通信量少时,网络产生的时延不大;多时,由于分组在网络结点(路由器或结点交换机)进行处理时需要排队等候,因此网络引起的时延就会增大。

D0—网络空闲时的时延

D—网络当前的时延

U—网络的利用率

D=D0/(1—U)


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当网络利用率打到其容量的1/2时,时延加倍。利用率接近1时,网络时延无穷大。即:信道或网络利用率过高会产生非常大的时延

因此,一些拥有较大主干网的ISP通常控制他们的信道利用率不超过50%,如果超过了就要准备扩容,增大线路的带宽。

2.计算机网络的非性能特征

⑴费用

网络速率越高,价格越高。

⑵质量

网络的质量取决于网络中所有构件的质量,以及这些构件是怎样组成网络的。网络的质量影响到网络的可靠性、网络管理的简易性、网络性能。但网络性能与质量不是一回事,有些性能好点的网络,质量不行,用不了多久就出现故障。

⑶标准化

硬件和软件的设计可按国际标准,也可按特定的专用网络标准。最好用国际标准,这样更容易升级换代和维修,技术上也能得到支持。

⑷可靠性

与质量和性能有关系。速率更高的网络的可靠性不一定会更差。但速率更高的网络要可靠地运行,则往往更加困难,同时所需的费用也会较高。

⑸可扩展性和可升级性

扩展—规模扩大。升级—性能和版本的提高。性能越高,扩展费用也越高,难度大。

⑹易于管理和维护

没有很好管理和维护,很难达到和保持所设计的性能。

七、计算机网络体系结构

1.计算机网络体系结构的形成

相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行。

早在最初的ARPANET设计时,提出了分层,可将大问题转化为若干个小问题,这样容易研究和处理。

1974年,美国的IBM宣布了系统网络体系结构SNA(system network architecture)。

不同网络体系结构出现后,使用同一个公司生产的各种设备能够很容易地相互连成网。这样,有利于造成垄断。

然而,全球经济的发展需要交换信息。为使不同体系结构的计算机网络都能互连,国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题,提出了开放系统互连基本参考模型OSI/RM(open system interconnection reference model),简称OSI。只要遵循OSI标准,一个系统可以和位于世界上任何地方的也遵循这个标准的系统通信。它把与互连无关的部分除外,只考虑与互连有关的那些部分。所以OSI/RM是抽象的概念。1983年有了ISO 7498国际标准,也就是所谓的七层协议的体系结构。

OSI想全世界的计算机网络都遵循这个统一的规律。20世纪80年代,大家纷纷表示支持OSI。然而到了20世纪90年代初期,因特网已抢先在全世界覆盖了相当大的范围,而与此同时却几乎找不到有什么厂家生产出符合OSI标准的商用产品。结论:OSI只获得了一些理论的研究成果,但在市场化方面OSI则事与愿违地失败了。因特网并未用OSI标准。

OSI失败原因:专家缺乏经验无商业驱动力,协议实现复杂且运行效率低,标准制定周期长使得OSI标准生产的设备无法及时进入市场,层次划分不合理(有些功能在多个层次中重复出现)。

TCP/IP称为是事实上的国际标准。

2.协议与划分层次

规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。这里的同步是广义的,即在一定条件下应当发生什么事件。因而同步含有时序的意思。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议(network protocol)。

网络协议三要素①语法(数据与控制信息的结构或格式)②语义(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(事件实现顺序的详细说明)

协议两种不同形式:一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述,另一种是使用让计算机能够理解的程序代码。都必须能够对网络上信息交换过程做出精确的解释。

分层好处:①各层独立,复杂下降。②灵活性好。任何一层发生变化,只要层间接口关系保持不变,则在这层以上或以下各层均不受影响。③结构上可分割开。④易于实现和维护。⑤能促进标准化工作,因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。

各层功能(包含一种或多种):①差错控制,使得和网络对等端的相应层次的通信更加可靠。②流量控制,使得发送端的发送速率不要太快,要使接收端来得及接收。③分段和重装,发送端将要发送的数据块划分为更小的单位,在接收端将其还原。④复用和分用,发送端几个高层会话复用一条低层的连接,在接收端再进行分明。⑤连接建立和释放,交换数据前先建立一条逻辑连接,数据传送结束后释放连接。

分层缺点:有些功能在不同层次中重复出现,因而有了额外开销。

网络的体系结构(architecture):是这个计算机网络及其构件所完成的功能的精确定义。功能如何完成,是一个遵循这种体系结构的实现(implementation)的问题。

体系结构是抽象的,而实现是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。

3.具有五层协议的体系结构


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⑴应用层(application layer)

最高层,直接为用户的应用进程提供服务。这里进程指正在运行着的程序。应用层协议很多,如支持万维网应用的http协议,支持电子邮件的smtp协议,支持文件传输的ftp协议等等。

⑵运输层(transport layer)

负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机可同时运行多个进程,因此运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务,分用则是运输层把收到的信息的分别交付给上面应用层的相应的进程。

运输层主要使用两种协议:

ⅰ.传输控制协议TCP(transport control protocol)

面向连接的,数据传输的单位是报文段(message),能够提供可靠的支付。

ⅱ.用户数据报协议UDP(user datagram protocol)

无连续的,数据传输的单位是用户数据报,不保证提供可靠的交付,只能提供“尽最大努力交付(best—effort delivery)”。

⑶网络层(network layer)

负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时。网络层把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,由于网络层使用IP协议,因此分组也叫做IP数据报,简称数据报。

还负责选择合适的路由,使源主机运输层所传下来的分组,能够通过网络中的路由器找到目的主机。

因特网由大量的异构(heterogeneous)网络通过路由器(rounter)相互连接起来。因特网主要网络层协议是无连接的网际协议IP(internet protocol)和许多种路由选择协议。因此因特网的网络层也叫做网际层IP层

⑷数据链路层(data link layer)

两个主机之间的数据传输,是一段一段的链路上传送,也就是说,相邻结点之间(主机和路由器之间或者两个路由器之间)传送数据是直接传送的(点对点)。这时需要链路层的协议。

传送数据时,链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing),在两个相邻结点间的链路上“透明”地传送帧(frame)中的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。典型的帧长是几百字节到一千多字节。

“透明”是指:某一个实际存在的事物看起来好像不存在一样,表示无论什么样的比特组合的数据都能通过这个数据链路层。因此,对所传送的数据来说,看不见链路层。

接收数据时,控制信息使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错,如果有,链路层就丢弃这个出了差错的帧,以免继续传送下去白白浪费网络资源,如果需要改正错误,则由运输层的TCP协议来完成。

⑸物理层(physical layer)

任务是透明地传送比特流。也就是说发送1接收1而不是0。哪几个比特代表什么意思就不管了。传递信息用的物理媒体,在物理层协议的下面而不是协议之内,因此有人称物理媒体为第0层。


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图解释:物理层由于是比特流的传送,所以不再加上控制信息。请注意,传送比特流时应从首部开始传送。

对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU(protocol data unit)。

4.实体、协议、服务和服务访问点

实体(entity):任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议:控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合。

在协议控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要使用本层协议,还需要使用下面一层所提供的服务。

协议和服务区别:①协议的实现保证了能够向上一层提供服务,使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的。协议是“水平”的,即协议是控制对等实体之间通信的规则,但服务是“垂直”的,是由下层向上层通过层间接口提供的。另外,并非在一个层内完成的全部功能都叫服务,只有那些被高层实体“看得见”的功能才能称为服务。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令,这些命令在OSI中称为服务原语

在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方,通常称为服务访问点SAP(service access point,抽象概念,类似于邮政信箱)。OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(service data unit),它可以和PDU不一样。例如,多个SDU可合成一个PDU,也可以是一个SDU划分为几个PDU。

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注意:协议必须把不利条件估计到,而不能假定一切都是非常理想的。看协议是否正确,得非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况

5.TCP/IP的体系结构

解释图:路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。

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解释图:特点两头大中间小。表明TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务(everything over IP),也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行(IP over everything)。

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