計算機網路協議分層

A. 網路協議體系分層的基本思想是什麼

為了促進計算機網路的發展，國際標准化組織（ISO）在現有網路的基礎上，提出了不基於具體機型、操作系統或公司的網路體系結構，稱為開放系統互聯模型（OSI）。這個模型把網路通信的工作分為7層：物理層、數據鏈路層、網路層、轉輸層、會話層、表示層、應用層；每層完成的任務不同，物理層規定了通信設備的機械的、電氣的、功能的和規程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。鏈路層在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀在信道上無差錯的傳輸，在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸，完成物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發。網路層將數據鏈路層的幀組成數據包，包中封裝有網路層包頭，其中含有邏輯地址信息，選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。傳輸層的數據單元也稱為數據包，但TCP的數據單元稱為段，而UDP的數據單元稱為數據報，這個層負責獲取全部信息，為上層提供端到端的透明的、可靠的數據傳輸服務。會話層稱為對話層或會晤層，在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不在另外命名，統稱為報文。會話層提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。表示層解決用戶信息的語法表示問題。提供格式化的表示和轉換數據服務，數據的壓縮和解壓縮，數據的加密和解密。應用層為操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。
因此，網路協議體系分層的基本思想是：使網路協議體系有統一的規定和規則；各層分別完成不同的任務，利於網路的維護，出現錯誤時，更方便管理人員按層驗察錯誤。

B. 將計算機網路體系結構的通信協議劃分為七層，自下而上第二層是 。[[

OSI是Open System Interconnect的縮寫，意為開放式系統互聯參考模型。在OSI出現之前，計算機網路中存在眾多的體系結構，其中以IBM公司的SNA(系統網路體系結構)和DEC公司的DNA(Digital Network Architecture)數字網路體系結構最為著名。為了解決不同體系結構的網路的互聯問題，國際標准化組織ISO(注意不要與OSI搞混））於1981年制定了開放系統互連參考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）。這個模型把網路通信的工作分為7層,它們由低到高分別是物理層（Physical Layer),數據鏈路層（Data Link Layer),網路層(Network Layer),傳輸層（Transport Layer),會話層（Session Layer），表示層（Presen tation Layer)和應用層（Application Layer)。第一層到第三層屬於OSI參考模型的低三層，負責創建網路通信連接的鏈路；第四層到第七層為OSI參考模型的高四層，具體負責端到端的數據通信。每層完成一定的功能，每層都直接為其上層提供服務，並且所有層次都互相支持，而網路通信則可以自上而下（在發送端）或者自下而上（在接收端）雙向進行。當然並不是每一通信都需要經過OSI的全部七層，有的甚至只需要雙方對應的某一層即可。物理介面之間的轉接，以及中繼器與中繼器之間的連接就只需在物理層中進行即可；而路由器與路由器之間的連接則只需經過網路層以下的三層即可。總的來說，雙方的通信是在對等層次上進行的，不能在不對稱層次上進行通信。
OSI 標准制定過程中採用的方法是將整個龐大而復雜的問題劃分為若干個容易處理的小問題，這就是分層的體系結構辦法。在OSI中，採用了三級抽象，既體系結構，服務定義，協議規格說明。
ISO將整個通信功能劃分為七個層次,劃分層次的原則是:
1、網中各節點都有相同的層次。
2、不同節點的同等層次具有相同的功能。
3、同一節點能相鄰層之間通過介面通信。
4、每一層使用下層提供的服務，並向其上層提供服務。
5、不同節點的同等層按照協議實現對等層之間的通信。

第一層：物理層（PhysicalLayer)，規定通信設備的機械的、電氣的、功能的和過程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。具體地講，機械特性規定了網路連接時所需接插件的規格尺寸、引腳數量和排列情況等；電氣特性規定了在物理連接上傳輸bit流時線路上信號電平的大小、阻抗匹配、傳輸速率距離限制等；功能特性是指對各個信號先分配確切的信號含義，即定義了DTE和DCE之間各個線路的功能；規程特性定義了利用信號線進行bit流傳輸的一組操作規程，是指在物理連接的建立、維護、交換信息是，DTE和DCE雙放在各電路上的動作系列。
在這一層，數據的單位稱為比特（bit）。
屬於物理層定義的典型規范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。

第二層：數據鏈路層（DataLinkLayer):在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀（Frame）在信道上無差錯的傳輸，並進行各電路上的動作系列。
數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。
在這一層，數據的單位稱為幀（frame）。
數據鏈路層協議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。

第三層是網路層(Network layer)

在計算機網路中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路，也可能還要經過很多通信子網。網路層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點， 確保數據及時傳送。網路層將數據鏈路層提供的幀組成數據包，包中封裝有網路層包頭，其中含有邏輯地址信息- -源站點和目的站點地址的網路地址。

如果你在談論一個IP地址，那麼你是在處理第3層的問題，這是「數據包」問題，而不是第2層的「幀」。IP是第3層問題的一部分，此外還有一些路由協議和地址解析協議（ARP）。有關路由的一切事情都在第3層處理。地址解析和路由是3層的重要目的。網路層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。
在這一層，數據的單位稱為數據包（packet）。
網路層協議的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。

第四層是處理信息的傳輸層(Transport layer)。第4層的數據單元也稱作數據包（packets）。但是，當你談論TCP等具體的協議時又有特殊的叫法，TCP的數據單元稱為段（segments）而UDP協議的數據單元稱為「數據報（datagrams）」。這個層負責獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數據單元碎片、亂序到達的數據包和其它在傳輸過程中可能發生的危險。第4層為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的透明的、可靠的數據傳輸服務。所為透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節。
傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。

第五層是會話層(Session layer)

這一層也可以稱為會晤層或對話層，在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不再另外命名，統稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如伺服器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。

第六層是表示層(Presentation layer)

這一層主要解決擁護信息的語法表示問題。它將欲交換的數據從適合於某一用戶的抽象語法，轉換為適合於OSI系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮， 加密和解密等工作都由表示層負責。

第七層應用層(Application layer)，應用層為操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。
應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。

C. 計算機網路分層體系結構

意思就是用戶可以選相應的協議去實現相應的服務吧。

D. 為什麼要對計算機網路分層以及分層的一般原則。

各層之間是獨立的。某一層並不需要知道它的下一層是如何實現的，而僅僅需要知道該層通過層間的介面（即界面）所提供的服務。由於每一層只實現一種相對獨立的功能，因而可將一個難以處理的復雜問題分解為若干個較容易處理的更小一些的問題。這樣，整個問題的復雜程度就下降了。
靈活性好。當任何一層發生變化時（例如由於技術的變化），只要層間介面關系保持不變，則在這層以上或以下各層均不受影響。此外，對某一層提供的服務還可進行修改。
當某層提供的服務不再需要時，甚至可以將這層取消。
結構上可分割開。各層都可以採用最合適的技術來實現。
易於實現和維護。這種結構使得實現和調試一個龐大而又復雜的系統變得易於處理，因為整個的系統已被分解為若干個相對獨立的子系統。
能促進標准化工作。因為每一層的功能及其所提供的服務都已有了精確的說明。

E. 計算機網路的協議分層

為了減少網路設計的復雜性，絕大多數網路採用分層設計方法。所謂分層設計方法，就是按照信息的流動過程將網路的整體功能分解為一個個的功能層，不同機器上的同等功能層之間採用相同的協議，同一機器上的相鄰功能層之間通過介面進行信息傳遞。為了便於理解介面和協議的概念，我們首先以郵政通信系統為例進行說明。人們平常寫信時，都有個約定，這就是信件的格式和內容。首先，我們寫信時必須採用雙方都懂的語言文字和文體，開頭是對方稱謂，最後是落款等。這樣，對方收到信後，才可以看懂信中的內容，知道是誰寫的，什麼時候寫的等。當然還可以有其他的一些特殊約定，如書信的編號、間諜的密寫等。信寫好之後，必須將信封裝並交由郵局寄發，這樣寄信人和郵局之間也要有約定，這就是規定信封寫法並貼郵票。在中國寄信必須先寫收信人地址、姓名，然後才寫寄信人的地址和姓名。郵局收到信後，首先進行信件的分揀和分類，然後交付有關運輸部門進行運輸，如航空信交民航，平信交鐵路或公路運輸部門等。這時，郵局和運輸部門也有約定，如到站地點、時間、包裹形式等等。信件運送到目的地後進行相反的過程，最終將信件送到收信人手中，收信人依照約定的格式才能讀懂信件。如圖所示，在整個過程中，主要涉及到了三個子系統、即用戶子系統，郵政子系統和運輸子系統。各種約定都是為了達到將信件從一個源點送到某一個目的點這個目標而設計的，這就是說，它們是因信息的流動而產生的。可以將這些約定分為同等機構間的約定，如用戶之間的約定、郵政局之間的約定和運輸部門之間的約定，以及不同機構間的約定，如用戶與郵政局之間的約定、郵政局與運輸部門之間的約定。雖然兩個用戶、兩個郵政局、兩個運輸部門分處甲、乙兩地，但它們都分別對應同等機構，同屬一個子系統；而同處一地的不同機構則不在一個子系統內，而且它們之間的關系是服務與被服務的關系。很顯然，這兩種約定是不同的，前者為部門內部的約定，而後者是不同部門之間的約定。 在計算機網路環境中，兩台計算機中兩個進程之間進行通信的過程與郵政通信的過程十分相似。用戶進程對應於用戶，計算機中進行通信的進程（也可以是專門的通信處理機〕對應於郵局，通信設施對應於運輸部門。為了減少計算機網路設計的復雜性，人們往往按功能將計算機網路劃分為多個不同的功能層。網路中同等層之間的通信規則就是該層使用的協議，如有關第N層的通信規則的集合，就是第N層的協議。而同一計算機的不同功能層之間的通信規則稱為介面（ i n t e r f a c e），在第N層和第（N+ 1）層之間的介面稱為N /（N+ 1）層介面。總的來說，協議是不同機器同等層之間的通信約定，而介面是同一機器相鄰層之間的通信約定。不同的網路，分層數量、各層的名稱和功能以及協議都各不相同。然而，在所有的網路中，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務。協議層次化不同於程序設計中模塊化的概念。在程序設計中，各模塊可以相互獨立，任意拼裝或者並行，而層次則一定有上下之分，它是依數據流的流動而產生的。組成不同計算機同等層的實體稱為對等進程（ peer process）。對等進程不一定非是相同的程序，但其功能必須完全一致，且採用相同的協議。分層設計方法將整個網路通信功能劃分為垂直的層次集合後，在通信過程中下層將向上層隱蔽下層的實現細節。但層次的劃分應首先確定層次的集合及每層應完成的任務。劃分時應按邏輯組合功能，並具有足夠的層次，以使每層小到易於處理。同時層次也不能太多，以免產生難以負擔的處理開銷。計算機網路體系結構是網路中分層模型以及各層功能的精確定義。對網路體系結構的描述必須包括足夠的信息，使實現者可以為每一功能層進行硬體設計或編寫程序，並使之符合相關協議。但我們要注意的是，網路協議實現的細節不屬於網路體系結構的內容，因為它們隱含在機器內部，對外部說來是不可見的。現在我們來考查一個具體的例子：在圖1 - 11所示的5層網路中如何向其最上層提供通信。在第5層運行的某應用進程產生了消息M，並把它交給第4層進行發送。第4層在消息M前加上一個信息頭（h e a d e r），信息頭主要包括控制信息（如序號）以便目標機器上的第4層在低層不能保持消息順序時，把亂序的消息按原序裝配好。在有些層中，信息頭還包括長度、時間和其他控制欄位。在很多網路中，第4層對接收的消息長度沒有限制，但在第3層通常存在一個限度。因此，第3層必須將接收的入境消息分成較小的單元如報文分組（ p a c k e t），並在每個報文分組前加上一個報頭。在本實例中，消息M被分成兩部分：M 1和M 2。第3層確定使用哪一條輸出線路，並將報文傳給第2層。第2層不僅給每段消息加上頭部信息，而且還要加上尾部信息，構成新的數據單元，通常稱為幀（ f r a m e），然後將其傳給第1層進行物理傳輸。在接收方，報文每向上遞交一層，該層的報頭就被剝掉，決不可能出現帶有N層以下報頭的報文交給接收方第N層實體的情況。要理解圖1 - 11示意圖，關鍵要理解虛擬通信與物理通信之間的關系，以及協議與介面之間的區別。比如，第4層的對等進程，在概念上認為它們的通信是水平方向地應用第四層協議。每一方都好像有一個叫做「發送到另一方去」的過程和一個叫做「從另一方接收」的過程，盡管實際上這些過程是跨過3 / 4層介面與下層通信而不是直接同另一方通信。抽象出對等進程這一概念，對網路設計是至關重要的。有了這種抽象技術，網路設計者就可以把設計完整的網路這種難以處理的大問題，劃分成設計幾個較小的且易於處理的問題，即分別設計各層。

F. 在計算機網路協議的層次中，下層為上層提供的服務分為哪兩類

計算機網路的組成一般而論，計算機網路有三個主要組成部分：若干個主機，它們為用戶提供服務；一個通信子網，它主要由結點交換機和連接這些結點的通信鏈路所組成；一系列的協議，這些協議是為在主機和主機之間或主機和子網中各結點之間的通信而採用的，它是通信雙方事先約定好的和必須遵守的規則。為了便於分析，按照數據通信和數據處理的功能，一般從邏輯上將網路分為通信子網和資源子網兩個部分。圖1.5給出了典型的計算機網路結構。通信子網通信子網由通信控制處理機（CCP）、通信線路與其他通信設備組成，負責完成網路數據傳輸、轉發等通信處理任務。通信控制處理機在網路拓撲結構中被稱為網路結點。它一方面作為與資源子網的主機、終端連結的介面，將主機和終端連入網內；另一方面它又作為通信子網中的分組存儲轉發結點，完成分組的接收、校驗、存儲、轉發等功能，實現將源主機報文准確發送到目的主機的作用。通信線路為通信控制處理機與通信控制處理機、通信控制處理機與主機之間提供通信信道。計算機網路採用了多種通信線路，如電話線、雙絞線、同軸電纜、光纜、無線通信信道、微波與衛星通信信道等。資源子網資源子網由主機系統、終端、終端控制器、連網外設、各種軟體資源與信息資源組成。資源子網實現全網的面向應用的數據處理和網路資源共享，它由各種硬體和軟體組成。（1）主機系統（Host）。它是資源子網的主要組成單元，裝有本地操作系統、網路操作系統、資料庫、用戶應用系統等軟體。它通過高速通信線路與通信子網的通信控制處理機相連接。普通用戶終端通過主機系統連入網內。早期的主機系統主要是指大型機、中型機與小型機。（2）終端。它是用戶訪問網路的界面。終端可以是簡單的輸入、輸出終端，也可以是帶有微處理器的智能終端。智能終端除具有輸入、輸出信息的功能外，本身具有存儲與處理信息的能力。終端可以通過主機系統連入網內，也可以通過終端設備控制器、報文分組組裝與拆卸裝置或通信控制處理機連入網內。（3）網路操作系統。它是建立在各主機操作系統之上的一個操作系統，用於實現不同主機之間的用戶通信，以及全網硬體和軟體資源的共享，並向用戶提供統一的、方便的網路介面，便於用戶使用網路。（4）網路資料庫。它是建立在網路操作系統之上的一種資料庫系統，可以集中駐留在一台主機上（集中式網路資料庫系統），也可以分布在每台主機上（分布式網路資料庫系統），它向網路用戶提供存取、修改網路資料庫的服務，以實現網路資料庫的共享。（5）應用系統。它是建立在上述部件基礎的具體應用，以實現用戶的需求。如圖1.6所示，表示了主機操作系統、網路操作系統、網路資料庫系統和應用系統之間的層次關系。圖中Unix、Windows為主機操作系統，NOS為網路操作系統，NDBS為網路資料庫系統，AS為應用系統。現代網路結構的特點在現代的廣域網結構中，隨著使用主機系統的用戶的減少，資源子網的概念已經有了變化。目前，通信子網由交換設備與通信線路組成，它負責完成網路中數據傳輸與轉發任務。交換設備主要是路由器與交換機。隨著微型計算機的廣泛應用，連入區域網的微型計算機數目日益增多，它們一般是通過路由器將區域網與廣域網相連結的。圖1.3給出了目前常見的計算機網路的結構示意圖。另外，從組網的層次角度看網路的組成結構，也不一定是一種簡單的平面結構，而可能變成一種分層的立體結構。圖1.7所示的是一個典型的三層網路結構，最上層稱為核心層，中間層稱為分布層，最下層稱為訪問層，為最終用戶接入網路提供介面。

G. 網路分層協議

樓上有各個層的定義和說明，我就不拷貝了，呵呵

這里的屏蔽是一種封裝，這些都是操作系統做的事情

一般我們只能基於操作系統上進行開發，根本不需要自己去實現網路的各個分層。也就是說，除了應用層，底層的很多東西包括物理層等等都是硬體廠商和操作系統生產商進行封裝，實現細節對我們來說是看不到的，所以說是屏蔽。大體就是這意思。

操作系統只提供開發介面，供開發人員使用。你可以不知道計算機網路是怎麼實現數據傳輸的，但是你可以用操作系統提供的開發介面實現你想要的數據傳輸功能。

至於所謂的服務，其實也就是本層封裝（屏蔽）實現細節後，對高一層提供介面(服務)。

比如，數據鏈路層和網路層； 網路層所實現的功能必須要使用數據鏈路層的數據鏈路功能。 對於數據鏈路層來說是對網路層提供了數據鏈路服務。

形象點就是：

數據鏈路層告訴網路層，我給你提供數據鏈路服務，你就不用管我怎麼幫你建立數據鏈路，把數據傳到目的地。你只要將數據填入我指定的地方（緩沖區），我到時會自動幫你傳到目的地的。

H. 為什麼計算機網路協議需要分層

網路協議之所以分層描述，是由於在實際的計算機網路中，兩個實體之間的通信情況非常復為了降低通信協議實現的復雜性，而將整個網路的通信功能劃分為多個層次（分層描述），每層各自完一定的任務，而且功能相對獨立，這樣實現起來較容易。

I. 在計算機網路中，分層和協議的集合稱為計算機網路的___________

計算機網路各層次及其協議的集合,稱為網路的體系結構(Architecture)。...

J. 計算機網路的分層體系結構

第一層：物理層（PhysicalLayer)，規定通信設備的機械的、電氣的、功能的和過程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。具體地講，機械特性規定了網路連接時所需接插件的規格尺寸、引腳數量和排列情況等；電氣特性規定了在物理連接上傳輸bit流時線路上信號電平的大小、阻抗匹配、傳輸速率距離限制等；功能特性是指對各個信號先分配確切的信號含義，即定義了DTE和DCE之間各個線路的功能；規程特性定義了利用信號線進行bit流傳輸的一組操作規程，是指在物理連接的建立、維護、交換信息是，DTE和DCE雙放在各電路上的動作系列。
在這一層，數據的單位稱為比特（bit）。
屬於物理層定義的典型規范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。

第二層：數據鏈路層（DataLinkLayer):在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀（Frame）在信道上無差錯的傳輸，並進行各電路上的動作系列。
數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。
在這一層，數據的單位稱為幀（frame）。
數據鏈路層協議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。

第三層是網路層(Network layer)

在計算機網路中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路，也可能還要經過很多通信子網。網路層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點， 確保數據及時傳送。網路層將數據鏈路層提供的幀組成數據包，包中封裝有網路層包頭，其中含有邏輯地址信息- -源站點和目的站點地址的網路地址。

如果你在談論一個IP地址，那麼你是在處理第3層的問題，這是「數據包」問題，而不是第2層的「幀」。IP是第3層問題的一部分，此外還有一些路由協議和地址解析協議（ARP）。有關路由的一切事情都在第3層處理。地址解析和路由是3層的重要目的。網路層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。
在這一層，數據的單位稱為數據包（packet）。
網路層協議的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。

第四層是處理信息的傳輸層(Transport layer)。第4層的數據單元也稱作數據包（packets）。但是，當你談論TCP等具體的協議時又有特殊的叫法，TCP的數據單元稱為段（segments）而UDP協議的數據單元稱為「數據報（datagrams）」。這個層負責獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數據單元碎片、亂序到達的數據包和其它在傳輸過程中可能發生的危險。第4層為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的透明的、可靠的數據傳輸服務。所為透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節。
傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。

第五層是會話層(Session layer)

這一層也可以稱為會晤層或對話層，在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不再另外命名，統稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如伺服器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。

第六層是表示層(Presentation layer)

這一層主要解決用戶信息的語法表示問題。它將欲交換的數據從適合於某一用戶的抽象語法，轉換為適合於OSI系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮， 加密和解密等工作都由表示層負責。

第七層應用層(Application layer)，應用層為操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。
應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。