计算机网络（一）网络分层及协议_网络分层与协议

一、基本概念

　　概念：协议是网络中计算机或设备之间进行通信的一系列规则的集合。

　　协议栈/族：在网络中为了完成通信而使用到的多层上的各种协议按照层次顺序的组合。

　　作用：建立对等层之间的虚拟通信、实现层次之间的无关性。

　　层次见的无关性：

• 较高层和相邻的低层通信：只利用较低层提供的接口和服务，而不需了解底层实现的算法和协议细节
• 较低层和较高层通信：也仅是使用从高层系统传送来的参数和控制信息

二、网络分层

 

三、TCP/IP四层模型分层解析

应用层

　　定义：与其它计算机进行通讯的一个应用，对应应用程序的通信服务，实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务。

　　传递数据形式：【报文】

　　常见协议：

• FTP（文件传输协议）：是网络上两台计算机传送文件的协议，运行在 TCP 之上，是通过 Internet 将文件从一台计算机传输到另一台计算机的一种途径。FTP协议使用TCP20号和21号端口，20号端口用于数据交换，21号端口用于建立连接，允许目录和文件访问，上传下载，不能远程执行文件。
• TFTP（简单文件传输协议）：是用来在客户机与服务器之间进行简单文件传输的协议，提供不复杂、开销不大的文件传输服务，使用UDP的69号端口。
• HTTP（超文本传输协议）：是用于从 WWW 服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。
• DNS（域名系统）：在 Internet 上域名与 IP 地址之间是一一对应 的，域名虽然便于人们记忆，但机器之间只能互相识别 IP 地址，它们之间的转换工作称为域名解析，使用53号端口。
• SMTP（简单邮件传输协议）：建立在 TCP 之上，是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议。SMTP 是建模在 FTP 文件传输服务上的一种邮件服务，主要用于传输系统之间的邮件信息，并提供与电子邮件有关的通知，使用 25 端口。
• SNMP（简单网络管理协议）：SNMP是指一系列网络管理规范的集合，包括协议本身、数据结构的定义和一些相关概念。目前， SNMP 已成为网络管理领域中事实上的工业标准。
• Telnet（远程登录协议）：是登录和仿真程序，建立在 TCP 之上，它的基本功能是允许用户登录并进入远程计算机系统。
• DHCP（动态主机配置协议）：建立在 UDP 之上，是基于客户机/服务器模型（B/S模型）设计的一个局域网的网络协议。

　　在4层结构中，应用层包括了应用层本身、表示层和会话层三部分，简要概括如下：

• 应用层本身 ：与其它计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。
• 表示层 ：主要功能是定义数据格式及加密。 
• 会话层 ：它定义了如何开始、控制和结束一个会话。

传输层

　　定义：一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等）

　　传递数据形式：【报文段/用户数据报】

　　常见协议：

• TCP（传输控制协议 ）：传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据）
• UDP（用户数据报协议） ：与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。

　　主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。

网络层

　　定义：在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。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，或简称为数据报。

　　传递数据形式：【数据报】

　　常见协议：

• IP（网际协议）：负责Internet上网络之间的通信，并规定了将数据从一个网络传输到另一个网络应遵循的通信规则，是TCP/IP协议的核心。
• ICMP（控制报文协议）：用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。PS：控制消息：指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。
• IGMP （互联网组协议）：用于IP主机向任一个直接相邻的路由器报告他们的组员情况。

　　作用：

(1) 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

(2) 选中合适的路由，使源主机传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。

网络接口层

　　定义：主要是定义如何让格式化数据以进行传输，以及如何控制对物理介质的访问。

　　传递数据形式：

• 数据链路层 ：【帧】
• 物理层 ：【比特流】

　　常见协议：

• ARP（地址解析协议） ：根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
• RARP（反向地址转换协议）：允许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求自己的 IP 地址。

四、OSI七层模型分层解析

物理层

　　定义：数据传输的信号和介质。

　　作用：为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。

　　传递数据形式：【比特流】

　　重要设备：

• 中继器（放大器）：用于完全相同的两个网络的互连。主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
• 集线器：集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

数据链路层

　　定义：数据传输的通路。

　　作用：将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。

　　传递数据形式：【帧】

　　主要工作：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

　　重要设备：

• 网桥（桥接器）：连接两个局域网的一种存储/转发设备。最简单的网桥有两个端口，复杂些的网桥可以有更多的端口。网桥的每个端口与一个网段相连。
• 交换机：为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。能连接多台设备到计算机网络中，通过数据包交换的方式，将数据转发到目的地。