网络学习开山篇_语法语义和时序

因特网在计算机之间提供了消息通信能力，而万维网是一种使用因特网来通信的具体应用。

Internet常用协议

以太网(802.3)、Wi-Fi(802.11)、PPP、ARP、IPv4、IPv6、TCP、UDP、DHCP、DNS

概念

网络协议：为网络数据交换而制定的规则、约定与标准；(或者定义为：程序间所交换数据的格式和含义，以及信息传输的规则)
协议族：一系列相关协议的集合。
协议族的体系结构【或参考模型】：指定一个协议族中各种协议之间的相互关系并划分需要完成的任务的设计。
e.g：TCP/IP是一个实现Internet体系结构的协议族。它源自ARPANET参考模型(ARM)[RFC0871]。

网络协议三要素[语法、语义、时序]：

1、语法(格式)：语法是用户数据与控制信息的结果与格式，以及数据出现的顺序的意义；
2、语义(含义)：用于解释比特流的每一部分的意义；
3、时序(文法或信息传输的规则)：事件实现顺序的详细说明。

几种制定体系结构原则方案

1、 分组、连接和数据报

1、20世纪60年代，网络的概念主要是基于电话网络。它是针对一次通话中连接双方通话而设计的。
2、20世纪60年代出现一个重要的概念，分组交换思想。包含一定字节数的数字信息“块”(分组)独立通过网络。来自不同来源或发送方的块可以组合，而且以后可以分解，这称为"(多路)复用"。优点：网络更有弹性(设计者不用担心网络受到物理攻击)，基于统计复用可以更好利用网络链路和交换设备。这种网络是面向连接的。
当一台分组交换机接收到分组时，他们通常存储在缓存或队列中，并通过先到先服务(FCFS)的方式处理。
3、数据报它是一个特定类型的分组，有关来源和最终目的地的所有识别信息都位于分组中(而不是分组交换机中)。可以建立一个无连接的网络。

2、端到端论点和命运共享

端到端论点倾向于支持一种使用“哑”网络和连接到网络的“智能”系统的设计方案。例如：TCP/IP中很多功能(例如，保证数据不丢失、发送方控制发送速率)在端主机的应用程序中实现。
命名共享相关原则：选择哪些功能在同一个计算机、网络或软件栈中实现。命名共享建议将所有必要的状态放在通信端点，这些状态用于维护一个活动的通信关联(例如虚拟连接)。

3、差错控制和流量控制

差错控制：在网络中存在数据损坏或丢失的情况。这可能出于各种原因，例如硬件问题、数据传输中被修改、在无线网络中超出范围，以及其他因素。对这种错误的处理称为差错控制。
可以在构成网络基础设施的系统、连接到网络的系统或其他组合中实现。显然，端到端论点和命运共享建议在应用程序附件或内部实现差错控制。
针对网络中可靠、按顺序交付的实现开销，帧中继和Internet协议采用一种称为尽力而为交付的服务。在尽力而为的交付中，网络不会花费很大努力来确保数据在没有差错或缺陷的情况下交付。某些差错通常用差错检测码或校验和来检测。

通信服务类型

理解网络服务注意问题

面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性与协议复杂性有很大的影响
根据主机间数据传输的可靠性要求和效率的不同，设计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型
在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的问题
1
2
3

面向连接服务

面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程
面向连接服务的在数据传输过程中，个分组可以不携带目的结点的地址
面向连接服务的数据传输类似一个通信管道，发送者在一端放入数据，接收者从另一端取出数据
面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高
1
2
3
4

无连接服务

无连接服务的每个分组都携带完整的目的的结点地址，各分组在系统中是独立传送的
无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、维护、释放三个过程
数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象
无连接服务的可靠性不好，但是协议简单，通信效率高
1
2
3
4

确认和重传机制及其特点

网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保障
确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息
在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新发送该数据分组
确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络额外的通信负荷，占用网络带宽
1
2
3
4

通信协议四中类型

面向连接与确认服务
面向连接与不确认服务
无连接与确认服务
无连接与不确认服务
1
2
3
4

网络分层

分层体系结构的优点：
1、具有协议复用的能力，这种复用形式允许多种协议共存于同一基础设施中。它也允许相同协议对象(例如连接)的多个实例同时共存，并且不会被混淆。

OSI 7层模型

OSI参考模型各层的功能

应用层

为应用程序提供了网络服务
应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步
建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制
1
2
3

表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式
数据格式变换
数据加密与解密
数据压缩与恢复
1
2
3
4

会话层

负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断
管理数据交换
1
2

传输层

向用户提供可靠端到端(end-to-end)服务
处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题
传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层
1
2
3

网络层

通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径
为数据在节点之间传输创建逻辑链路
实现拥塞控制、网络互连等功能
1
2
3

链路层

在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路链接
传输以“帧”为单位的数据包
采用差错控制与流量控制方法，使用差错的物理线路变成无差错的数据链路。
1
2
3

OSI环境中的数据传输

TCP/IP模型与OSI模型对比

实现区别
立体图

TCP/IP与OSI模型区别

共同点

都是采用协议分层的方法，将庞大且复杂的问题划分成容易处理的小问题
各协议层次的功能基本相似，都存在网络层、传输层和应用层
网络层实现点到点通信，并完成路由选择，拥塞控制和流量控制的功能
传输层实现端到端通信，将高层的用户应用与底层的通信子网隔离开来，并保证数据传输的最终可靠性
应用层是面对面通信
OSI原则上是国际通用，TCP/IP是当前工业界使用最多的
1
2
3
4
5
6

不同点

TCP/IP一开始就考虑到多种异构网的互连问题，并将网际协议IP作为TCP/IP的重要组成部分。
ISO和CCITT最初只考虑到全世界都使用一种统一的标准公用数据网将各种不同的系统互连在一起，后来，ISO意识到网际协议IP的重要性，然而已经来不及了，只好在网络层划分一个子层来完成类似TCP/IP中的IP的作用。
TCP/IP一开始就对面对连接服务和无连接服务并重。
OSI在开始的时只强调面向连接这一种服务。一直到很晚OSI才开始制定另一种无连接服务的有关标准。
1
2
3
4