计算机网络基本知识5

计算机网络基本知识5

1.TCP/IP各层描述

应用层

应用层的通信处于两个进程之间，进程到进程的通信就是应用层的任务。Internet的应用层包含了很多预定义的协议，包括超级文本传输协议（HTTP），该协议是访问万维网的载体。简单邮件传输协议（SMTP）是电子邮件服务的主要协议。文件传输协议（FTP）用于将文件从一台主机传输到另一台主机。远程登录（Terminal Network）和安全外壳（Secure Shell）用于访问远端的站点。域名系统（DNS）使其他的协议能够查询一台计算机的网络层地址。

传输层

传输层的逻辑连接也是端对端的，源主机的传输层从应用层得到消息，封装成传输层的分组（称为段或用户数据报），然后进行发送。Internet中有几个传输层协议，每个都是针对一些特定的任务设计的。作为主要的协议，传输控制协议（TCP）是一个面向连接的协议，它在传输数据之前，首先在两台主机的传输层间建立一条逻辑连接。TCP协议在两个TCP层之间创建一个管道，以便传输字节流。TCP协议提供功能如下：

1. 流量控制；匹配源主机的发送数据速率与目的主机的接收数据速率，以防止目的主机溢出。
2. 差错控制；保证数据段无差错到达目的地和重新发送受损的数据段。
3. 拥塞控制；减少由于网络拥塞造成的数据段丢失。

另一种常用的协议是用户数据报协议（UDP）。UDP是一种无连接协议，它传输用户数据报之前不需要创建逻辑连接。在UDP中，每个用户数据报是一个独立的实体，它和前一个或后一个用户数据报没有关系（无连接就是这个意思）。它不提供TCP的三种功能，但是由于它的简单性，对某些应用程序具有吸引力。流传输控制协议（SCTP）是一种新协议，它是为多媒体出现的应用新设计的。

网络层

网络层负责在源计算机和目的计算机之间创建一个连接，网络层的通信是主机到主机的。但是，由于从源主机到目的主机之间可能存在多个路由器，因此路径上的路由器负责为每个分组选择最好的路径。可以说，网络层负责主机到主机的通信，并且指挥分组通过合适的路径。

Internet的网络层包括其主要协议：因特网协议（Internet Protocol，IP），因特网协议定义了在网络层称为数据报的分组格式。IP同时定义了在这一层使用的地址格式和结构。IP负责从源主机把一个分组路由到目的主机。这种功能主要是通过每个路由器都将数据报转发到路径上的下一个路由器实现的。

IP是一个无连接的协议，不提供流量控制、差错控制、拥塞控制等服务。

数据链路层

一个互联网是由多个链路（LAN和WAN）通过路由器连接而构成的。从主机传输数据报到目的地可能存在多个交叠的链路集。路由器负责选择最好的链路进行传输。数据链路层能够接管数据报并携带它穿过链路的任何协议都能满足网络层的要求。数据链路层接管一个数据报并将它封装在一个名为帧（frame）的分组中。

物理层

物理层负责携带一个帧中单独的比特穿过链路，尽管物理层位于TCP/IP协议簇的最底层，但是在物理层之下还存在着一个传输介质层。两个设备之间物理层的通信仍然是逻辑通信。两个设备通过传输介质（电缆或大气）连接，传输介质不携带比特，它携带电或光信号。所以，从数据链路层接收的一个帧的比特需要被转换，然后通过传输介质传输。可以认为，两个设备物理层之间的逻辑单元是一个比特（bit）。将一个比特转换成电或者光信号存在多种协议。

封装和解封装

图中显示了源主机中的封装，目的主机的解封装以及路由的封装和解封装。

源主机的封装

在源主机端，只进行封装操作。

1.在应用层，交换的数据称为消息，消息会被传递到传输层。

2.传输层把这个消息作为有效载荷，并在此基础上增加传输层头部，包括一些标识符（）等。其结果为一个传输层分组，该分组在TCP中称为段（segment），在UDP中称为用户数据报。然后传输层传递该分组到网络层。

3.网络层把传输层分组作为数据或有效载荷，并且在该有效载荷上添加自己的头部。头部包含源和目的主机的地址，以及用于头部差错检测。其结果为一个名为数据报（datagram）的网络层分组。然后，网络层传递这个分组到数据链路层。

4.数据链路层把网络层作为数据或有效载荷，并且添加上自己的头部。该头部包含主机或下一跳步（路由器）的链路层地址，其结果为一个称为帧（frame）的链路层分组，该帧被传递到物理层进行传输。

路由器的解封装与封装

由于路由器连接两个或多个链路，因此在路由器中我们既需要进行解封装也需要进行封装。

1.在比特集被投递到数据链路层后，这一层从帧中解封装出数据报并将它投递到网络层。

2.网络层只检查数据报头部的源地址和目的地址，查阅它的转发表以寻找该数据报将被投递到的下一跳步。除非数据报太大以至于不能通过下一链路时需要对其进行分片。数据报的内容不应被网络层改变，然后，数据报被投递到下一链路层的数据链路层。

3.下一链路层的数据链路层将数据报封装成帧格式，将其传递到物理层进行传输。

目的主机的解封装

在目的主机端，每层都只解封装接收到的分组，移出有效载荷，并将有效载荷传递至较高一层，直到消息到达应用层，主机中的解封装包括差错检查。

2.地址

3.多路复用与多路分解

4.OSI七层模型

ISO是国际标准化组织，而OSI是开放系统互联模型。

ISO出来后并没能取代TCP/IP协议簇，原因有三：1.OSI在TCP/IP完全部署后才完成，改用OSI将费时费力；2.OSI表示层和会话层没有被完整定义，相应地软件也没有被开发出来；3.OSI没有表现出足够的性能，以使Internet管理机构将TCP/IP协议簇转向OSI。

路由器和交换机区别如下：