网络体系结构与协议

1. 网络体系结构与协议

2. 网络体系结构与协议 计算机网络也是由硬件和软件组成的 硬件:传输介质、计算机或网络设备、以及介质和计算机之间相连的接口等。 软件：控制信息传送的协议以及其他相应的网络软件。

3. 什么是协议? • 网络协议: • 计算机之间 • Internet中所有的通信活动都是由协议所控制 • 人际交流的协议: introductions “I have a question” “what’s the time?” …说明发送的消息 … 说明接收到某消息后所应采取的行动 协议： 定义了网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取得行动

4. TCP connection req. Get http://www.henu.edu.cn/ndex.htm <file> time 什么是协议? 人的协议和网络协议之间的对比 hello Hello

5. 若干重要概念 1、 协议 实现计算机网络资源共享、信息交换，各实体之间经常要进行各种通信和对话。 为所欲为、各行其是，其结果肯定是乱作一团。 把国际互连网络叫做信息高速公路，要想在上面实现共享资源、交换信息，必须遵循一些事先制定好的规则标准，这就是协议。 协议就是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。 协议有三个要素，即： 语法（Syntax）： “怎么讲”；数据与控制信息的格式、 数据编码等； 语义（Semantics）：讲什么”；控制信息的内容，需要 做出的动作及响应； 时序（Timing）： “序速控”；事件先后顺序和速度 匹配。

6. 以两个人打电话为例来说明协议的概念： 甲要打电话给乙，首先甲拨通乙的电话号码，对方电话振铃，乙拿起电话，然后甲乙开始通话，通话完毕后，双方挂断电话。 在这个过程中，甲乙双方都遵守了打电话的协议。 其中，电话号码就是“语法”的一个例子，一般电话号码由五到八位阿拉伯数字组成，如果是长途要加拨区号，国际长途还有国家代码等等；两人之间的谈话选择使用什么语言也是语法 甲拨通乙的电话后，乙的电话振铃，振铃是一个信号，表示有电话打进，乙选择接电话，讲话；这一系列的动作包括了控制信号、响应动作、讲话内容等等，就是“语义”的例子； “时序”的概念更好理解，因为甲拨了电话，乙的电话才会响，乙听到铃声后才会考虑要不要接，这一系列事件的因果关系十分明确，不可能没有人拨乙的电话而乙的电话会响，也不可能在电话铃没响的情况下，乙拿起电话却从话筒里传出甲的声音。

7. 2、分层 为了降低设计复杂性、便于维护、提高运行效率，大多数网络都按“层”的方式来组织。 每一层都建立在它的下层之上。不同的网络，其层的数量、各层的名字、内容和功能都不尽相同。然而，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。 一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行对话。对话的规则就是第n层协议。协议基本上就是通信双方关于通信如何进行所达成的一致。

8. 网络体系结构的几个基本概念 • 协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、 标准或约定。(=语义+语法+规则) • 不同层具有各自不同的协议。 • 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 • 对等层：两个不同系统的同名层次。 • 对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。 •  协议作用在对等实体之间。 • 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的 操作及下层对上层的服务。 • 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供 给其相邻上层。

9. 这是一个5层的协议。不同机器里包含对应层的实体叫对等进程，正是对等进程利用协议进行通信。 但实际上，数据不是从一台机器的第n层直接传送到另一台机器的第n层，而是每一层都把数据和控制信息交给它的下一层，直到最下层。第一层下是物理介质，由它进行实际的通信。图中虚线表示虚拟通信，实线表示物理通信。

10. 每一对相邻层之间都有一个接口。接口定义下层向上层提供的服务。每一对相邻层之间都有一个接口。接口定义下层向上层提供的服务。 当网络设计者在决定一个网络应包括多少层，每一层应当做什么的时候，其中一个很重要的考虑就是要在相邻层之间定义一个清晰的接口。为了达到这些目的，又要求每一层能完成一组特定的有明确含义的功能。除了尽可能的减少必须在相邻层之间传递的信息数量外，一个清晰的接口可以使同一层能轻易的用一种实现来替换另一种完全不同的实现（譬如用卫星信道来代替所有的电话线），只要新的实现能像上一层提供旧的实现所提供的同一组服务就可以了

11. 层和协议的集合被称为网络体系结构。 某一系统所使用的协议列表，每层一个协议，被称之为协议栈。

12. 汉语 我喜欢兔子 汉语 我喜欢兔子 汉语 我喜欢兔子 汉语 我喜欢兔子 社团A 社团B 消息 哲学家 给远程翻译的信息 翻译 给远程秘书的信息 秘书 哲学家-翻译-秘书结构

13. 上图的例子来说明多层通信的实质。 • 两个社团的两位哲学家（第三层中的对等实体）希望通话。他们一个说英语，另一个说法语。由于没有共 • 同的语言，他们无法直接通信。 • 于是他们每个人都雇用了一位翻译（第二层中的对等实体）。每一个翻译又进一步和一位秘书（第一层中 • 的对等实体）联络，秘书负责打字、传真、接听电话等一般性工作。 • 这样，每个社团都形成了三个层次的机构。 • 哲学家1希望向哲学家2表达他对兔子的感情。他把这一信息用英语通过第二层与第三层之间的接口传给他 • 的翻译：“I like rabbits”,如上图所示。翻译根据协议使用汉语作为中间语言，消息被转换为“我喜欢兔子”。 • 对语言的选择是第二层协议的事儿，与他人无关。 • 接下来翻译把消息交给秘书传递，例如使用传真（第一层协议）。当消息到达时，它被翻译成法语并通过 • 第二层与第三层之间的接口到达哲学家2。 • 应当注意到每层协议与其他层协议完全无关，只要接口保持不变。只需两位翻译认可，他们可以随意将汉 • 语换成俄语而完全不必改变他们和第一层或第三层之间的接口。与之相似，秘书可以把传真换成电子邮件而不 • 会影响到其他层。某些层可能增加一些被对等实体使用的信息（如第一层的传真号）。这些信息不会被传递到 • 在他们之上的层。 • 这里，甲乙社团都可以看作是网络结点，而哲学家、翻译和秘书是一个个的通信实体。处于不同结点的相 • 同层次的实体叫做对等实体。而协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定。比如两个社团的秘书之间就 • 有收发传真和普通信函的协议，翻译之间都遵照约定语言的协议，哲学家之间当然也有协议，不过那就是他 • 们之间的事情了。 • 通信系统采用了层次化的结构，有许多优点： • 各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，可以真正做到各司其职。 • 利于实现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。 • 易于标准化。

14. 两人通讯模型的特点： • 模型具有三个层次 • 相同层次的交流都是独立进行的，不受其他层次影响 • 上下相邻两个层次之间的联系可以用“提供服务”和“使用服务”来进行说明

15. 商业协定 货物 货物 公司间发货规章 说明 货物 说明 货物 货运处规章 标签 说明 货包1 标签 货包1 标签 说明 货包1 标签 货包1 车站规章 车厢 标签 说明 货包1 车厢 标签 货包1 车厢 标签 说明 货包1 车厢 标签 货包1 公司甲 公司乙 另一个例子：

16. 公司甲有货物要发给公司乙，并按照公司间发货规章给货物加了一个说明以识别该货物。并把加了说明的货物交给了车站货运处，货运处按照他们的规章，发现货物太大，于是将货物分成了多个小包裹，并给每个包裹按照他们的规章加上了标签，决定将它们交由哪次列车运送（可能并不是一次列车）。并将其交给了车站搬运处。搬运处将每个包裹分别装进了车厢，然后通过铁路运到目的地。 到目的地后，按照上述过程的逆过程一层层去掉封装，每向上传递一层，该层的包装就被剥掉，绝不会出现把下层的包装交给上层的情况（譬如把车厢连包裹一起交给货运处）。直到公司乙拿到货物。 该例子可以类比向图1中5层网络的顶层提供通信：

17. 向图1中5层网络的顶层提供通信：

18. 第5层运行的某应用程序产生了消息M，并交给第4层进行传输。第4层在消息的前面加上了一个报头以识别该消息，并把结果传递给第3层。报头包括控制信息，例如序号，一是目标机器上的第4层能在下层未保持信息顺序时按正确的顺序提交。在某些层，报头还包括长度、时间和其他控制字段。 在许多网络中，对于第4层传输的消息长度没有限制，但在第3层却常常有限制。因此，第三层必须把上层来的消息分成较小的单元（分组），在每个分组前加上第3层报头。 第3层决定使用哪一条输出线路，并把分组传递给第2层。第2层不仅给每段消息加上报头信息，而且还加上尾部信息，然后把结果交给第1层进行传输。 在接受方，报文向上传递1层，该层的报头就被剥掉，决不会处想把带有第n层以下的报头的报文交给第n层的情况

19. 理解图1的关键是要理解虚拟通信和实际通信之间的关系，以及协议和接口之间的区别。例如，第4层中的对等进程，概念上认为他们的通信是水平方向的使用第4层协议。每一方都好像有一个“发送到另一方去”和“从另一方接收”的过程调用。但实际上这些调用是跨过第3层与第4层的接口与下层通信，而不是直接与另一方通信。 就好像公司甲写的货物说明是给公司乙看的，他认为他是在和公司乙通信，但实际上这些东西是通过货运处、车站、火车运给公司乙的。他只和货运处直接打交道。 抽象出对等进程这一概念，对网络设计是至关重要的。有了这种技术，就可以把设计完整的网络这种难以处理的事情划分为n个小的、易于处理的问题 —— 各层的设计。