網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議.

1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 易經(jīng)說：天地萬物，陰陽五行，相生相克，周而復(fù)始，皆有規(guī)律可循”。為 了使世間各種事情有條不紊、規(guī)律的朝著人們所期待的方向行進(jìn)，我們總是喜歡 發(fā) 現(xiàn)規(guī)律、總結(jié)規(guī)律、創(chuàng)造規(guī)定、利用規(guī)律。如此一來 ，當(dāng)前人在考慮計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)的 通信與資源交互時(shí)，必然要?jiǎng)?chuàng)造出統(tǒng)一遵守的計(jì)算機(jī)通信與資源交互的規(guī)定,以方便 人們使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行有條不紊的大規(guī)模的數(shù)據(jù)、資源交換。 如此，人們就制定了大量的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)交換所 需的共同遵守的條規(guī)，這些標(biāo)準(zhǔn)就是協(xié)議。大量的各種各樣的協(xié)議共同構(gòu) 成了一套 完整的體系。由于大量的協(xié)議體系過于復(fù)雜，于是人為的將這套協(xié)議體系劃分為幾 個(gè)

2、層次,這樣一來,大量的協(xié)議就容易分門別類的化整為零，將協(xié)議一層一層的實(shí) 現(xiàn)。由計(jì)算機(jī)互聯(lián)通信所需的功能，劃分成定義明確的層次，規(guī)定了同層次進(jìn)程通信 的協(xié)議和相鄰層之間的接口服務(wù)（接口可理解為下層與上層 交互的門戶，下層通過 接口向上層提供特定的服務(wù)。這些層、同層進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層接口統(tǒng)稱為 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。 在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議時(shí)，不免要和RFC打交道。RFC是tcp/ip協(xié)議族 的標(biāo)準(zhǔn)文檔，里面寫有4000多個(gè)協(xié)議的定義。在那么多的協(xié)議中，tcp、ip協(xié)議可 以說是互聯(lián)網(wǎng)最基本的兩個(gè)通信協(xié)議，tcp/ip的五層分層原理應(yīng)用十分常見。這五 層，從上往下依次是：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)

3、鏈路層和物理層。它們之間的 通信服務(wù)類型可分為面向連接服務(wù)和無連接服務(wù) ，混合上確認(rèn)機(jī)制，共有四種服務(wù) 類型。分別是面向連接確認(rèn)服務(wù)、無連接確認(rèn)服務(wù)、面向連接不確認(rèn)服務(wù)和無連 接不確認(rèn)服務(wù)。根據(jù)通信要求，權(quán)衡效率與可靠性后，可選擇合適的通信服務(wù)類 型。 在最高層應(yīng)用層里，有FTP協(xié)議、Telnet協(xié)議、HTTP協(xié)議、DNS協(xié)議等 等。在傳輸層中，有著名的TCP和UDP協(xié)議。 在下層網(wǎng)絡(luò)層里面，有IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、IGMP協(xié)議、ARP協(xié)議、RARP 等協(xié)議。 在數(shù)據(jù)鏈路層,這個(gè)層次為待傳送的數(shù)據(jù)加入一個(gè)以太網(wǎng)協(xié)議頭 ,并進(jìn)行CRC 編碼,為最后的數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備。PPP協(xié)議、Ethernet

4、協(xié)議、HDLC （高級(jí)鏈路控 制協(xié)議等協(xié)議在這一層。 最低層物理層，屬于硬件層次。負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，這個(gè)層次的定義包括網(wǎng)線的 制式，網(wǎng)卡的定義等等。所以有些書并不把這個(gè)層次放在tcp/ip協(xié)議族里面，因?yàn)樗?幾乎和tcp/ip協(xié)議的編寫者沒有任何的關(guān)系。 發(fā)送協(xié)議的主機(jī)從上自下將數(shù)據(jù)按照協(xié)議封裝，而接收數(shù)據(jù)的主機(jī)則按照協(xié)議 從得到的數(shù)據(jù)包解開，最后拿到需要的數(shù)據(jù)。 為了便于理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次與協(xié)議，以下從最底層開始向最高層依次作出 說明。 物理層確保原始的數(shù)據(jù)可在各種物理媒體上傳輸，主要為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送 數(shù)據(jù)通路、傳輸數(shù)據(jù)。這一層的媒介有：光纖、電纜、信道、路由器、中繼器、交 換機(jī)、網(wǎng)卡（

5、也工作在數(shù)據(jù)鏈路層甚至插頭和雙絞線等，都屬于物理層的媒介。傳 輸時(shí)數(shù)據(jù)單位為比特。 物理層的設(shè)計(jì)解決了所有物理接口特性不一致的問題。 數(shù)據(jù)鏈路層有三個(gè)目的：1為IP模塊發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報(bào)；2為ARP模塊發(fā) 送 ARP請(qǐng)求和接收 ARP應(yīng)答；3為RARP發(fā)送RARP請(qǐng)求和接收 RARP應(yīng)答。 ARP叫做地址解析協(xié)議,用IP地址轉(zhuǎn)換為MAC地址的一種協(xié)議。RARP叫做 逆地址解析協(xié)議。這一層的協(xié)議主要有：以太網(wǎng)協(xié)議（網(wǎng)卡協(xié)議，ppp協(xié)議（adsl寬 帶和loopback協(xié)議等。二層交換機(jī)、網(wǎng)卡（也工作在物理層、網(wǎng)橋都工作在數(shù)據(jù)鏈 路層。數(shù)據(jù)鏈路層提供的功能主要有：差錯(cuò)控制、流量控制、透明傳 輸和

6、MAC尋 址等。此層使用的通信信道有：點(diǎn)到點(diǎn)信道（收發(fā)一對(duì)一和廣播 信道（發(fā)收一對(duì)多。 傳輸時(shí)數(shù)據(jù)單位為幀。此層提供無連接不確認(rèn)服務(wù)、無連接確認(rèn)服務(wù)和面向連接 確認(rèn)服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層提供了并行數(shù)據(jù)向串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程，即使得計(jì)算機(jī)終端 的數(shù)據(jù)可以在物理層上傳輸。 第三層網(wǎng)絡(luò)層。主要負(fù)責(zé)把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)通過路由選擇、阻塞控制和網(wǎng)際互 聯(lián)等方式選擇適當(dāng)路徑發(fā)送到目的端計(jì)算機(jī)，是實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的數(shù)據(jù)透明傳送。網(wǎng)絡(luò) 層中的IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族的最主要的協(xié)議之一。 IP協(xié)議提供的是盡力而為”的不可靠、無連接的傳輸服務(wù)；主要的功能有無連 接數(shù)據(jù)報(bào)傳送、數(shù)據(jù)報(bào)路由選擇和差錯(cuò)控制。在網(wǎng)絡(luò)層與其相關(guān)的協(xié)議有：A

7、RP協(xié) 議、RARP協(xié)議、ICMP協(xié)議和IGMP協(xié)議。ARP協(xié)議是地址解析協(xié)議,就是在 主機(jī)將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)前，將目標(biāo)IP地址轉(zhuǎn)換成目標(biāo)主機(jī)的 MAC地址的過 程。RARP協(xié)議則是通過每個(gè)計(jì)算機(jī)唯一的 MAC地址來尋找出擁有此 MAC地址 的目標(biāo)主機(jī)的IP地址。ICMP是因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議，是面向無連接 的協(xié)議。主要 是因?yàn)镮P協(xié)議是不可靠的協(xié)議，沒有差錯(cuò)控制和查詢機(jī)制，所以用ICMP來傳輸出 錯(cuò)報(bào)告控制信息，包括報(bào)告錯(cuò)誤、交換受限控制和狀態(tài)信息等。網(wǎng)絡(luò)層的傳輸數(shù)據(jù) 時(shí)數(shù)據(jù)單位是分組。 常用的Ping命令和Windows下的Tracert命令都是基于ICMP 協(xié)議的。IGMP是因特網(wǎng)組管

8、理協(xié)議，可以使計(jì)算機(jī)向鄰近 的路由器報(bào)告它的廣播 組成員。 第四層是傳輸層。它分割并重組上層提供的數(shù)據(jù)，在終端用戶之間提供透明的 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。主要功能有分組、重組數(shù)據(jù)、端口尋址、連接管理、差錯(cuò)控制、 流量控制和糾錯(cuò)。在傳輸層，有TCP和UDP兩大協(xié)議。TCP協(xié)議是一個(gè)可靠的 面 向連接的協(xié)議,UDP是不可靠的無連接的協(xié)議。 TCP協(xié)議規(guī)定在傳輸前需要進(jìn)行著名的三次握手”來建立連接；傳輸過程中, 雙方的協(xié)議模塊繼續(xù)進(jìn)行通信；通信結(jié)束后，雙方還要使用改進(jìn)的三次握手來關(guān)閉 連接。三次握手”需要進(jìn)行三次數(shù)據(jù)報(bào)的交換，系統(tǒng)開銷較大；但是,TCP在傳輸過程 中確保了傳輸?shù)目煽啃?1是在三次握手”后，序列

9、號(hào)被初始化，所以在傳輸過程中， TCP繼續(xù)用此序列號(hào)標(biāo)記發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)，接受端可以依據(jù)序 列號(hào)重裝收到的數(shù)據(jù)， 解決數(shù)據(jù)報(bào)的亂序問題；2是在傳輸過程中，接收方收到一個(gè)數(shù)據(jù)段后，會(huì)用ACK應(yīng) 答碼向發(fā)送端回復(fù)一個(gè)IP包進(jìn)行應(yīng)答,確認(rèn)號(hào)ACK （應(yīng)答號(hào)用來告訴發(fā)送端哪些 數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功接收，發(fā)送方對(duì)未被應(yīng)答的報(bào)文段提供重傳，解決數(shù)據(jù)報(bào)丟失的問題 3是接收端收到數(shù)據(jù)段后，查看序列號(hào)，如果已經(jīng)成功接收該數(shù)據(jù)包，則丟棄后面這個(gè) 數(shù)據(jù)段,解決數(shù)據(jù)報(bào)傳輸重復(fù)的問 題；4是延時(shí)造成的第一個(gè)問題，就是數(shù)據(jù)包達(dá)到 接收端時(shí)亂序。當(dāng)延時(shí)嚴(yán)重時(shí)，接收端一直未收到數(shù)據(jù)段，則不會(huì)回復(fù)ACK ,發(fā)送端 認(rèn)為丟包，重發(fā),這樣就

10、可以解決傳輸延時(shí)的問題。需要注意的是三次握手”實(shí)際上 是面向虛電路的，邏輯上的，物理上不存在的連接。傳輸層傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)據(jù)單位為 報(bào)文。 UDP協(xié)議因?yàn)槭遣豢煽康臒o連接的協(xié)議，不需要進(jìn)行 三次握手”式的保證通信 方法，所以占用系統(tǒng)的資源開銷相比 TCP協(xié)議而言較小。如此一來,UDP可以高效 率的重傳出現(xiàn)問題（如丟失的數(shù)據(jù)包。因此，UDP協(xié)議適宜用在高 效可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境、輕權(quán)通信（傳輸數(shù)據(jù)量很小、對(duì)實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)（如:視頻 通話,客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送簡(jiǎn)單請(qǐng)求等環(huán)境中。 最高層應(yīng)用層，由若干面向用戶提供服務(wù)的應(yīng)用程序和支持應(yīng)用程序的通信組 件組成，直接向用戶提供服務(wù)。應(yīng)用層的主要協(xié)議有 DNS協(xié)議、

11、SNMP協(xié)議、 HTTP協(xié)議、FTP協(xié)議Tel net協(xié)議和SMTP協(xié)議。 DNS是域名系統(tǒng)的縮寫，每一個(gè)域名都映射唯一一個(gè)IP地址，它將域名和IP地 址相互映射成一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫，可以直接輸入更容易記憶的域名來訪問對(duì)應(yīng) 的IP 地址。DNS域名空間設(shè)計(jì)成樹型結(jié)構(gòu)，查詢時(shí)采用遞歸方式、交互方式。SNMP協(xié) 議是簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，它在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間實(shí)施管理信息的交換，可以監(jiān)測(cè)連接到 網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備是否有任何引起管理上關(guān)注的情況，能夠提高網(wǎng)絡(luò)管理員的網(wǎng)絡(luò)管理 效能。 HTTP協(xié)議是超文本傳輸協(xié)議的英文縮寫,由請(qǐng)求和響應(yīng)構(gòu)成，是標(biāo)準(zhǔn)的C/S結(jié) 構(gòu)模型,是用于從web服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協(xié)議

12、。HTTP的一次 完整的操作有四步，分別是:1.客戶機(jī)與web服務(wù)器建立連接；2.客戶機(jī)向web服務(wù) 器發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)格式的連接請(qǐng)求；3.web服務(wù)器收到請(qǐng)求,給客戶機(jī)發(fā)送標(biāo) 準(zhǔn)格式的響應(yīng) 信息;4.客戶端接受web服務(wù)器返回的信息，并通過瀏覽器或其他 方式解析后輸出 在客戶端的屏幕上。 FTP協(xié)議是文件傳輸協(xié)議,用戶可以通過FTP連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器上，進(jìn)行文 件的 移動(dòng)、復(fù)制、改名等操作，也可以上傳或下載文件。FTP工作時(shí)一個(gè)TCP連接用來 交換命令和應(yīng)答，另一個(gè)用來對(duì)文件操作。 Telnet協(xié)議是因特網(wǎng)遠(yuǎn)程登陸服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式,Telnet協(xié)議提供一 個(gè)相對(duì)通用的，雙向的,面向八位字節(jié)的通信方法，允許界面終端設(shè)備和面向終 端的 過程能通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過程進(jìn)行交互，但是其效率不高。Telnet協(xié)議由網(wǎng)絡(luò)虛 擬終 端、操作協(xié)商定義和協(xié)商有限自動(dòng)機(jī)構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)時(shí),整個(gè)協(xié)議軟件分三個(gè)模 塊：1. 本地用戶輸入/輸出；2.遠(yuǎn)程系統(tǒng)輸入/輸出;3.實(shí)現(xiàn)Telnet協(xié)議，維護(hù)協(xié)議 狀態(tài)機(jī)。 Telnet客戶機(jī)要做兩件事：讀取用戶在鍵盤上鍵入的字符，并通過TCP連接把他們發(fā) 送到遠(yuǎn)程服務(wù)器上；讀取從TCP連接上收到的字符，并顯示在用戶的終端上。 SMTP協(xié)議即簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議，是