计算机网络（三）——协议分层概述

主要内容
1、介绍协议分层，了解协议栈的概念及其功能。
2、自顶向下了解协议栈结构。为后面章节打好基础。

1. 协议层次及其服务模型

（1）基本概念
服务模型： 每层通过在该层执行某些动作或使用下层的服务来提供服务。
协议栈： 各层的所有协议。由物理层、链路层、网络层、运输层和应用层五个层次组成。
层次分层的优点：

• 协议分层有概念化和结构化的优点。
• 模块化使更新系统组件更加容易。

层次分层的缺点：

• 一层可能冗余较低层的功能
• 某层的功能可能需要其他某层出现的信息，这违反了层次分离的目标。

1.1 应用层

功能
应用层是网络应用程序及其应用层协议存留的地方。
应用层协议分布在多个端系统上。一个端系统使用应用层协议与另一个端系统中的应用程序交换报文（message）。

协议

• HTTP：提供Web文档的请求和传输
• SMTP：提供电子邮件报文的传输
• FTP：提供两个端系统间的文件传送

信息分组： 报文（message）

1.2 运输层

功能
运输层在应用程序端点之间传送应用层报文。

协议

• TCP
  ①向应用程序提供了面向连接的服务。包括了报文向目的地的“确保传输”和“流量控制”
  ②TCP将长报文划分为短报文，提供拥塞控制机制。
• UDP
  ①不提供不必要服务。没有可靠性、流量控制和拥塞控制。

信息分组： 报文段（segment）

1.3 网络层

功能
通过源和目的地之间的一系列路由器路由数据报。

协议

• 网络协议IP
  IP是将因特网连接在一起的黏合剂。
• 路由选择协议

信息分组： 数据报（datagram）

1.4 链路层

功能
将整个帧从一个网络元素移动到邻近的网络元素。

协议
一个数据报可能被沿途不同链路上的不同链路层协议处理。

• 以太网
• WiFi
• DOCSIS

信息分组： 帧（frame）

1.5 物理层

功能
将帧的一个个比特从一个节点移动到下一个节点。

协议
与链路的实际传输媒体相关。

1.6 OSI模型

OSI模型相对于5层因特网协议栈附加了两个层，即“表示层”和“会话层”。

• 表示层：使通信的应用程序能够解释交换数据的含义。
• 会话层：提供了数据交换的定界和同步功能。

2. 封装

（1）协议栈
端系统的协议栈： 5层协议栈
链路层交换机：

• 链路层
• 物理层

路由器：

• 网络层
• 链路层
• 物理层

（2）封装
在每层，一个分组具有两种类型的字段：首部字段和有效载荷字段（payload field）。有效载荷字段通常来自上一层的分组。该层的分组因此封装了上一层的分组。

①运输层：报文段 = 运输层首部字段 + 报文

• 首部字段包括：允许接收端运输层向上向适当的应用程序交付报文的信息；差错检测位。
• 运输层报文段封装了应用层报文。

②网络层：数据报 = 网络层首部字段 + 报文段

• 首部字段包括：源和目的端系统的地址。
• 网络层数据报封装了运输层报文段。

③链路层：帧 = 链路层首部字段 + 数据报

• 链路层封装了网络层的数据报。

特别的，一个大报文可能被划分为多个运输层的报文段。这些报文段可能被划分为多个网络层数据报。在接收端，必须从其连续的数据报中重构一个报文段。在从连续的报文段中重构一个报文。