Chapter 2 —— 计算机网络体系结构

计算机网络体系结构的形成

为什么要提出体系结构？

· 计算机网络是个非常复杂的系统。

· 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作，而这是相当复杂的。

· 因此，科学家们就提出用"分层"的方法将复杂的问题转化为简单的问题。

国际标准的提出

· 一开始，科学家们提出了法律上的国际标准OSI，但是这个体系结构因为设计的时候把层次分的太细，而且没有考虑商业因素，故无法得到市场认可。

· 后来提出的事实上的国际标准TCP/IP协议，获得了最广泛的应用。

协议与层次划分

协议

· 网络协议（Network Protocol），简称协议，是计算机网络中数据交换必须遵循的事先约定好的规则。

· 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步的问题。

· 网络协议分为三个要素：

语法（怎么说？）：数据与控制信息的结构或格式。
语义（说什么？）：要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
同步（何时说？）：事件实现顺序的详细说明，包括何时发和发送速率。

分层

· 为什么要分层？因为可以把一件复杂的事情分解为一件件简单的事情。

· 比如文件传输，直接在两个主机之间传输文件并不容易，而且程序实现也非常困难，但是我们可以把它们分层。

· 每一层完成自己的任务之后，就把数据进行封装并传输到下一层去，下一层接收到数据后对其进行解封，然后完成自己的任务后，再次封装传到下一层，以此类推。

·分层的好坏：

· 每一层需要完成的任务：

复用指的是来自上层（如应用层）的多个数据流，可以通过同一个下层协议（如传输层的TCP或UDP）来共享同一网络连接。比如在传输层，不同的应用通过指定不同的端口来实现复用。

分用就是复用的逆过程，指的是在接收端网络层如何根据数据的头部信息，如端口号，来把数据正确的传递给对应的应用程序。

逻辑连接指的是通过软件实现的一种连接，如TCP通过三次握手实现的连接，他不是物理意义上的那种连接，而是一种概念上的连接。

五层协议的体系结构

· 综合OSI和TCP/IP协议的结构，提出五层协议的体系结构。

各个层的主要作用

· 应用层（Application Layer）：负责给用户（人或软件）提供服务。应用层的协议定义应用进程之间的通信和交互规则，不同应用有不同协议，如DNS协议解析域名、HTTP协议支持Web应用、SMTP协议支持电子邮件、FTP协议支持文件传输。

· 运输层（Transport Layer）：为两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务，运输层负责整个报文到达目标进程。端到端通信常使用TCP和UDP协议，TCP面向连接，传输单位是报文段，提供可靠的交付；而UDP是无连接的，只是尽最大努力交付，不保证数据传输可靠性，传输单位是用户数据报。

· 网络层（Network Layer）：负责为分组交换网上的不同主机提供通信。网络层负责单个分组到达主机，将报文段或用户数据报封装成分组或包。在传输分组的过程中，要经过很多路由节点，因此要进行逻辑寻址和路由选择。但是寻址只是给出方向，并没有给出具体节点，因此还需要数据链路层。

· 数据链路层（Data Link Layer）：在两个相邻节点间的链路上传输数据（一跳一跳地传递）。在发送数据的时候，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧（Frame）；在接收数据的时候，相邻节点在接收到一个帧后，就从其中提取数据部分上交网络层。帧包含数据和必要控制信息，如同步信息、地址信息、差错控制等。