计算机网络协议下层服务

① TCP/IP有哪几层，各层的功能是什么

TCP/IP是有共网络接口层，网络层，运输层和应用层共四层协议系统。

第一层是应用层，功能是服务于应用进程的，就是向用户提供数据加上编码和对话对的控制。

第二层是运输层，功能是能够解决诸如端到端可靠性和保证数据按照正确的顺序到达。包括所给数据应该送给哪个应用程序。

第三层是网络层，功能是进行网络连接的建立，和终止及IP地址的寻找最佳途径等功能。

第四层是网络接口层，功能是传输数据的物理媒介，是数据包从一个设备的网络层传输到另外一个设备的网络层的方法。还有控制组成网络的硬件设备。

(1)计算机网络协议下层服务扩展阅读：

TCP/IP协议不仅仅指的是TCP和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

TCP/IP协议产生过程为：

（1）1973年，卡恩与瑟夫开发出了TCP/IP协议中最核心的两个协议：TCP协议和IP协议。

（2）1974年12月，卡恩与瑟夫正式发表了TCP/IP协议并对其进行了详细的说明。同时，为了验证TCP/IP协议的可用性，使一个数据包由一端发出，在经过近10万km的旅程后到达服务端。

在这次传输中，数据包没有丢失一个字节，这成分说明了TCP/IP协议的成功。

（3）1983年元旦，TCP/IP协议正式替代NCP，从此以后TCP/IP成为大部分因特网共同遵守的一种网络规则。

（4）1984年，TCP/IP协议得到美国国防部的肯定，成为多数计算机共同遵守的一个标准。

（5）2005年9月9日卡恩和瑟夫由于他们对于美国文化做出的卓越贡献被授予总统自由勋章。

TCP/IP协议能够迅速发展起来并成为事实上的标准，是它恰好适应了世界范围内数据通信的需要。它有以下特点：

（1）协议标准是完全开放的，可以供用户免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

（2）独立于网络硬件系统，可以运行在广域网，更适合于互联网。

（3）网络地址统一分配，网络中每一设备和终端都具有一个唯一地址。

（4）高层协议标准化，可以提供多种多样可靠网络服务。

参考资料：网络——TCP/IP协议

② 计算机网络体系分为哪四层

1.、应用层

应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等.

2.、传输层

传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP).

TCP协议提供的是一种可靠的、通过“三次握手”来连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不保证可靠的（并不是不可靠）、无连接的数据传输服务.

3.、网际互联层

网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。

该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。

IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。

4.、网络接入层（即主机-网络层）

网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。地址解析协议（ARP）工作在此层，即OSI参考模型的数据链路层。

(2)计算机网络协议下层服务扩展阅读：

OSI将计算机网络体系结构(architecture）划分为以下七层：

物理层: 将数据转换为可通过物理介质传送的电子信号相当于邮局中的搬运工人。

数据链路层: 决定访问网络介质的方式。

在此层将数据分帧，并处理流控制。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址，相当于邮局中的装拆箱工人。

网络层: 使用权数据路由经过大型网络 相当于邮局中的排序工人。

传输层: 提供终端到终端的可靠连接 相当于公司中跑邮局的送信职员。

会话层: 允许用户使用简单易记的名称建立连接 相当于公司中收寄信、写信封与拆信封的秘书。

表示层: 协商数据交换格式 相当公司中简报老板、替老板写信的助理。

应用层: 用户的应用程序和网络之间的接口老板。

③ 网络层次结构

 网络层次结构

一、网络分层的原因 

1.网络通信面临的一些问题：

硬件故障、网络拥塞、包延迟、包丢失、数据损坏、数据重复、数据乱序

2.假设：将所有工作分成面向应用与面向传输两部分

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应用程序：QQ、微信、浏览器、播放器

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物理连接：网卡等

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这种方式的特点：* 应用程序完全了解本机网络连接的内部细节

                             *应用程序直接通过网络连接与其它应用程序通信

缺点：* 会造成大量的重复劳动

           * 扩展性太差

3.现在：将面向传输功能进一步细分为通信软件和物理连接

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应用程序：QQ、微信、浏览器、播放器

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通信软件： 起到“承上启下”的作用

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物理连接：网卡等

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采用包交换机制在系统中增加若干中间层（主要是网络层），使应用程序不直接处理硬件连接

这种设计的好处是：* 开发新应用只要遵守通信软件提供的接口即可实现通信功能

*出现新网卡时只需扩展通信软件上层应用即可使用新网卡

4.网络之所以使用层次结构的原因：

（1）出于复杂问题的解决需要

（2）系统功能的扩展性需要

二、网络的层次结构

1.层次结构的两大特点：

*层次性：发送方—（由高到低）单向依赖

                接收方—（由低到高）单向依赖

*结构性：上层起着隐藏下层细节和统一下层差异的作用

2.网络体系结构：网络通信功能的层次构成、各层的通信协议规范和相邻层的接口协议规范的集合。

     层次    协议      接口

每一层的目的都是向它上一层提供一定服务而把如何实现这一服务的细节对

上层加以屏蔽。

3.协议

* 协议就是一组规则和约定。

* 计算机网络协议

系统：包括一个/多个实体、在物理上明显区分的主体

例如：主机、路由器、交换机、AP等

 实体：系统中能够收发信息和处理信息的任何东西

例如：Email、ftp、www 

*计算机网络协议：网络中两个实体之间控制数据通信的规则和约定的集合。

4.计算机网络协议的要素

*语法（数据结构、编码和信号电平等）：1.消息格式、编码2.HTML网页表示

3.TCP报文格式

* 语义（用于协调和差错处理的控制信息）：1.双方“握手”控制信息

                                                                      2.TCP一方主动发出建立请求

                                                                      3.TCP另一方表态是否同意或拒绝连接

* 时序（传输速率匹配和事件先后顺序）：1.双方握手过程规定 2.先和服务器

建立TCP连接3.在请求某个HTML网页

5.层次结构的有关概念

*第n层协议：一台机器的第n层与另一台机器的的第n层进行通话采用的规则和约定。

*对等实体：不同机器中组成相同协议层的实体

*接口：位于相邻层间，定义下层向上层提供的原语操作和服务

*协议栈：特定系统使用的一组协议

6.计算机网络体系结构分层原则

*协议分层原则：目标机器第n层收到的对象应与源机器第n层发出的“对象”完全一致

*协议栈 ：1.上层隐藏下层的细节 2.上层统一下层的差异 3.上层弥补下层的不足

7.层次划分设计的问题

*标识接收方/发送方机制：机器上的进程需要某种手段标识它想和哪个进程通话

*数据传输规则：传输形式、数据的顺序、收发双方的同步。。。

*差错控制：确定错误检测和错误纠正方法

*多路复用：下层可决定为多个上层通信使用同一个连接

*路由选择：在多条可能的路径中选定一条

三、网络协议与服务

1.服务提供者与服务使用者

* 服务提供者：使用下层服务的实体

  服务使用者：为上层提供服务的实体

* 第N层实体：1.实现的功能为N+1层使用 2.利用第N-1层来实现本层的功能

                      3.既是第N+1层的服务提供者又是第N-1层服务用户

2.服务分类

（1）面向连接

* 有连接服务/面向连接服务：1.类似于电话服务 2.本质上数据结构是一个管道

* 其发送的形式有两种：1.报文序列：保持发送数据的边界 2.不保次发送数据的边界

（2）无连接

* 无连接服务：1.类似于邮政服务 2.每次发送一个报文 3.每个报文都给出详细的目标地址信息

* 其根据服务质量可划分为两种：1.无确认：不能确定接收方是否收到 2.有确认：能确认发送是否成功

3.如何使用下层服务

* 服务：形式上由一组原语（操作）来描述

* 原语：上下两层通信形式

* 参数：用来传递数据和控制信息

* 国际上定义的4个原语：

1.Request：由服务使用者发出/要求服务做某种工作

2.Indication：由服务提供者发出/通知发生了某事件

3.Respone：由服务使用者发出/表示对某个事件的响应

4.Confirm：由服务提供者发出/报告事件的响应

* 服务原语的时序性

4.服务与协议是完全分离的

* 服务（上下关系）：1.服务是各层向它的上层提供的一组原语（操作）

                                  2.服务定义了该层能为它的用户完成的操作

                                  3.服务只与两层之间的接口有关

* 协议（水平关系）：1.协议是一组规则

                                  2.决定同层对等实体交换帧、包和报文的格式和意义

                                  3.实体用协议来实现他们向上层提供的服务

四、网络标准与标准化组织

* 标准化是规模化的基础

优点：1.能保证设备/软件有一个大市场

           2.允许来自多个厂商产品的互通

           3.使用户在设备选择和使用中有更多的灵活性

* 标准及其分类

  标准：标准是一组规定的规则、条件或要求

* 一些有关的标准化组织

ITU ISO ANSI IEEE（制定通信和信息系统领域的标准）

因特网标准：IRTF IETF RFC

五、TCP-IP模型及因特网

*  TCP是传输层的协议 IP是网络层的协议

*  TCP/IP设计目标：1.互联网络 2.保护子网硬件 3.体系结构灵活 4.网络故障不能影响两端之间连接

*                              应用层

                               传输层

                               网络层

                          主机-网络层————>交换机、集线器、接入点

                     （ 802.3/802.11）

* 主机-网络层

（1）主要功能：1.端系统与其所接网络之间的数据交换 2.特定软件取决于所用的网络类型

（2）设计优点：1.将网络访问功能隔离成一个单独层次 2.网络访问层之上的通信软件不必关心所用的网络类型

（3）又分为两层：*  物理层：1.设备与介质/网络之间的物理接口

                                                 2.规范传输介质特性，信号、数据率及相关方面

                               *  网络访问层：1.主机与网络之间的数据交换

                                                       2.发送主机必须向网络提供目的主机的地址

* 网络互联层（互联协议：IP、ICMP、IGMP、ARP/RAPP、BGP/OSPF）

基本任务：1.采用存储-转发技术 

                   2.提供Best-effort服务 

                   3.处理来自传输层的报文发送请求（主机）

                   4.处理入境数据包的转发（路由器） 

                   5.处理ICMP报文

* 传输层（TCP/UDP）

（1）主要功能：1.提供端-端的数据传送服务

                           2.为应用层隐藏底层网络的细节

（2）TCP/IP在无连接的基本传送服务IP之上既提供了无连接服务，也提供了可靠的有连接服务

* 应用层

应用层服务：1.虚拟终端（TELNET）协议

                      2.文件传输协议（FTP）

                      3.简单邮件传输协议（SMTP）

                      4.域名服务（DNS）

                      5.超文本传输协议（HTTP）

④ TCP/IP网络模型从上至下哪四层组成各层主要功能是什么

1、组成：应用层、传输层、网络层、链路层

2、各层主要功能：

应用层：负责向用户提供应用程序，比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

传输层：负责对报文进行分组和重组，并以TCP或UDP协议格式封装报文。

网络层：负责路由以及把分组报文发送给目标网络或主机。

链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP/RARP报文等。

(4)计算机网络协议下层服务扩展阅读

OSI是开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect 简称OSI），是国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参考模型，为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。

它从低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

而TCP/IP简单来说就是OSI的简化版，把OSI的七层简化为了四层。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。

协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。

⑤ 计网5：分层结构、协议、接口、服务

发送文件前要完成的工作：
1.发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
2.要告诉网络如何识别目的主机。
3.发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
4.发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。（如是否有足够的空间存储）
5.确保差错和意外可以解决。
6.其他。。

因为问题非常多，因此考虑将大问题分解成小问题，所以分层。

1.各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2.每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
3.结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
4.保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5.整个分层结构应该能促进标准化工作。

1.实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
2.协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。（协议是水平的，因为是对等层次之间使用的）
协议三大要素：
语法：规定传输数据的格式（例如数据如何分割）
语义：规定所要完成的功能
同步：规定各种操作的顺序（例如数据报发送顺序）
3.接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口。
4.服务：下层为相邻上层提供的功能调用。（垂直）

SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。
PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

PCI+SDU=PDU
图示（上层的PDU作为下层的SDU）：

1.网络体系结构是从功能上描述计算机结构。
2.计算机网络体系结构简称网络体系结构，是分层结构。
3.每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。
4.计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
5.第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。
6.仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
7.体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。