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一、计算机网络体系结构

1 常见的计算机网络体系结构

1. OSI体系结构和TCP/IP体系结构
   

• TCP/IP体系结构的网络接口层并没有规定什么具体的内容，这样做的目的是可以互连全世界各种不同的网络接口，例如有线的以太网接口，无线的wifi接口等。

• IP协议是TCP/IP体系网际层的核心协议；

• TCP,UDP是运输层的两个重要协议；

• 应用层包含大量的应用层协议，例如HTTP, SMTP, DNS…

• IP协议可以将不同的网络接口互连，并向其上的TCP协议和UDP协议提供网络互连服务。而TCP协议在享受IP协议提供的网络互联服务的基础上，可向应用层的相应协议提供可靠的传输的服务。UDP协议在享受IP协议提供的网络互联服务的基础上，可向应用层的相应协议提供不可靠的传输的服务。

• IP协议作为TCP/IP体系结构中的核心协议， 一方面负责互连不同的网络接口；另一方面给不同的网络应用提供服务。

TCP/IP体系结构中包含大量协议，TCP和IP协议是其中非常重要的两个协议，因此用TCP和IP这两个协议来表示整个协议大家族，TCP/IP族，TCP/IP协议栈。

OSI标准失败的原因可归纳为：

1. OSI专家们缺乏实际经验
2. OSI协议实现过于复杂且效率低
3. OSI标准的制定周琪太长，按OSI生成设计的设备无法及时进入市场。
4. OSI的层次划分也不太合理，有些功能在多个层次重复出现。

五层原理体系结构：由于TCP/IP体系结构为了将不同的网络接口进行互连，因此它的网络接口层并没有规定什么具体的内容，这就对学习计算机网络完整体系就会缺少一部分内容，于是学习时采用中和的办法，结合OSI和TCP/IP体系结构的优点，采用五层原理体系结构。

2 计算机网络体系结构分层的必要性

计算机网络是个非常复杂的系统。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
IP地址：前三位数用来标识网络，最后一位数标识主机，192.168.1.2。

3 计算机网络体系结构分层思想举例

N1 为主机，N2为web服务器。使用主机中的浏览器来访问web服务器，当输入网址后，主机会向web服务器发送请求，web服务器收到请求后，会发回相应的响应。主机浏览器收到响应后，将其解析为具体的网页内容显示出来。

1. 浏览器封装数据过程：
   1). 应用层按HTTP协议的规定，构建一个HTTP请求报文。应用层将HTTP请求报文交付给运输层处理。
   2). 运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部使之成为TCP报文段。运输层将TCP报文段交付给网络层处理。
   3). 网络层给TCP报文段添加一个IP首部使之成为IP数据报，该首部的作用主要是使IP数据报可以在互连网上传输，也就是被路由器转发。网络层将IP数据报交付给数据链路层处理。
   4). 数据链路层为IP数据报添加一个首部和一个尾部使之成为帧。该首部的作用是使一个帧能够在一个链路或一个网络上传输，能够被相应的目的主机接收。尾部是为了帮助检查所接收到的帧是否有误码。数据链路将帧交付给物理层。
   5). 物理层将帧看作是比特流。由于网络N1是以太网，因此物理层还会给该以太网前面添加前导码。其作用是为了让目的主机做好接收帧的准备。物理层将添加有前导码的比特流变换成相应的信号发送到传输媒体。
   6). 信号通过传输媒体到达路由器。

2. 路由器的处理过程：
   1). 物理层将信号变换为比特流。然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层，这实际上交付的是帧。
   2).数据链路层将帧的首部和尾部去掉后将其交付给网络层，这实际上交付的是IP数据报。
   3).网络层解析IP数据报的首部，从中提取出目的网络地址，然后查找自身的路由表，确定转发端口，以便进行转发。网络层将IP数据报交付给数据链路层。
   4). 数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧。数据链路层将帧交付给物理层。
   5). 物理层将帧看成是比特流。由于网络N2是以太网，因此物理层还会给该比特流前面添加前导码。物理层将添加有前导码的比特流变换成相应的信号发送到传输媒体。
   7). 信号通过传输媒体到达web服务器。

3. web服务器的处理过程：
   1). 物理层将信号变换为比特流。然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层，这实际上交付的是帧。
   2). 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后将其交付给网络层，这实际上交付的是IP数据报。
   3). 网络层将IP数据报的首部去掉后，将其交付给运输层，这实际上交付的是TCP报文段。
   4). 运输层将TCP报文段首部去掉后将其交付给应用层，这实际上交付的是HTTP请求报文。
   5). 应用层对HTTP请求报文进行解析，然后给主机发回HTTP响应报文。

4. 返回web服务器响应：
   1). 与之前类似，HTTP响应报文需要在web服务器层层封装，
   2). 然后通过物理层变换成相应的信号，再通过传输媒体传输到路由器。
   3). 路由器转发响应报文给主机。
   4). 主机通过物理层将收到的信号转换为比特流。
   5). 之后通过逐层解封，最终取出HTTP响应报文。

4 计算机网络体系结构中的专用术语

1. 实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
   对等实体：收发双方相同层次中的实体。
   
2. 协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。
   协议的三要素：语法、语义、同步
   1. 语法：定义所交换信息的格式
   2. 语义：定义收发双方所要完成的操作
   3. 同步：定义收发双方的时序关系
      
3. 服务：

• 在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。
• 要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
• 协议是“水平的”，服务是“垂直的”
• 实体看得见相邻下层所提供的服务，但不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是“透明”的。

服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。

• 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段。
• 网络层的服务访问点为IP数据报首部的“协议字段”。
• 运输层的服务访问点为“端口号”。

服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。

协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。（比特流、帧、IP数据报或分组…）

服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。

多个SDU可以合成为一个PDU；一个SDU也可划分为几个PDU。