考研级《计算机网络》知识梳理——第三期
计算机网络分层结构、协议、接口、服务
一、为什么要分层
1、首先要有传输数据的链路
2、保证链路的存在后，还需要完成以下工作：
1 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活
2 要告诉网络如何识别目的主机
3 发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
4 发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作
5 确保差错和意外可以解决等
。。。
3、因此要把以上需要解决的各类问题归纳到不同种类中，分别进行解决，分层可以完成这类问题。
4、计算机网络分层关键名词及基本原则：
1 实体：每一层中的具体活动元素，在相同的层中就可以被互相称作对等实体
2 协议：在相同的层中的规则或约定，只有对等实体之间才会有协议，不对等的层之间不存在协议
3 接口：每两层间关节处的位置，一般为逻辑性质的“关节”
4 服务：每两个层次之间的服务，需要注意的是，在计算机网络中，只有下层给上层提供服务，上层使用下层的服务，反过来没有。
二、正式认识分层结构
1、实体：第n层中的活动元素被称为n层实体，同一层的实体叫做对等实体。
2、协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】
1 语法：规定传输数据的格式
2 语义：规定所要完成的功能
3 同步：规定各种操作的顺序
3、接口（访问服务点SAP service access point）：上层使用下层服务的入口。
4、服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】例如：第四层使用第三层服务，并给第五层提供服务
SDU（service data unit）服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。（可以理解为主要内容数据）
PCI（protocol control information）协议控制信息：控制协议操作的信息。（可以理解为附加的需要操作信息）
PDU（protocol data unit）协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。
SDU与PCI共同组成该层的PDU，同时该PDU也是下层的SDU，可以理解为一个层层打包的过程
三、概念总结
OSI参考模型
一、ISO/OSI参考模型的由来
为了解决计算机网络复杂的大问题——分层结构（按功能）
第一次提出：
IBM公司提出：SNA(产品受限)
DEC公司提出：DNA
美国国防部提出：TCP/IP
目的：支持异构网络系统的互联互通
国际化标准组织ISO（International Organization for Standardization）于1984年提出开放系统互联OSI（Open System Interconnect）参考模型。（理论成功，市场失败，但是理论值得借鉴）
失败原因：1、缺乏实践经验 2、机制复杂效率低 3、标准制定周期过长（被TCP/IP抢掉饭碗） 4、层次划分不够合理
二、ISO/OSI参考模型
每一层完成特定的功能
三、ISO/OSI参考模型解释通信过程
端到端：注重的是结果，不考虑中间过程
点到点：注重的是过程，不考虑目的地
需要注意的是，2-数据链路层会同时增加头部控制信息和尾部控制信息（便于记忆：该层名称为五个字，其他层都是三个），1-物理层只有傻瓜处理过程将数据转换为二进制比特流，其余层均是只增加头部控制数据；因为同级层之间有固定协议，所以“打包”数据跟“拆包”数据都可以顺利进行。
OSI参考模型各层具体功能
一、应用层
所有能和用户交互产生网络流量的程序（如QQ、E-mail）
典型的应用层服务：文件传输（FTP文件传输协议）、电子邮件（简单邮件传输协议SMTP）、万维网（超文本传输协议HTTP）
二、表示层
用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）
功能一：数据格式变换（类似于语言翻译）
功能二：数据加密解密
功能三：数据压缩和恢复
主要协议：联合图像专家组JPEG（Joint Photographic Experts Group）、美国信息标准交换码ASCII（American Standard Code for Information Interchange）
三、会话层
向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这是会话，也是建立同步SYN
功能一：建立、管理、终止会话
功能二：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。（适用于传输大文件）
主要协议：ADSP（AppleTalk data stream protocol）、ASP（AppleTalk Session Protocol）
四、传输层
负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。（进程与进程之间的通信就叫端到端的通信，标识每个进程的编号叫做端口号）
功能一：可靠传输（每发送出去的内容收到回复确认后再发送下一个内容，一个基于确认机制的过程）、不可靠传输（愣头青劳资直接发爱收不收）
功能二：差错控制（纠正错误）
功能三：流量控制（根据接收方的反馈实时调整发送速率）
功能四：复用（多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务（根据每个进程的端口号））、分用（把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程（根据每个进程端口号））
（便于记忆：“可差流用”）
主要协议：TCP（Transmission Control Protocol）、UDP（User Datagram Protocol）
五、网络层（最为重要）
主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。（数据报过长时一般会切割为分组）
功能一：路由选择（选择传播的最佳路径）
功能二：流量控制（同上传输层）
功能三：差错控制（同上传输层）
功能四：拥塞控制（与流量控制具体区别是，流量控制具体调节的是发送方，而拥塞控制调节的是整个传输网络，若所有结点都来不及接收分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。）
主要协议：网际互连协议IP（Internet Protocol）、互联网分组交换协议IPX（Internetwork Packet Exchange protocol）、互联网控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）、互联网组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）、地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)、反向地址转换协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol）、开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）
六、数据链路层
主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧。
功能一：成帧（定义帧的开始和结束）
功能二：差错控制（同上，但值得注意的是每一层虽然都具有该功能，但检错的对象不同，该层检错针对的是帧错+位错）
功能三：流量控制（同上）
功能四：访问（接入）控制（控制对信道的访问）
主要协议：同步数据链路控制SDLC、高级数据链路控制协议HDLC、点对点协议PPP（Point to Point Protocol）、生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）
七、物理层（傻瓜层）
主要任务是在物理媒体（同轴电缆、无线电波、光纤）上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。（透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送）
功能一：定义接口特性（比如确定电缆插头的引脚数量、如何连接）
功能二：定义传输模式（单工、半双工、双工）
功能三：定义传输速率
功能四：利用时钟等功能保障比特同步
功能五：比特编码（规定电平电压大小对1、0的表示）
主要协议：标准8位模块化接口Rj45（Registered Jack 45）、由IEEE802.3工作组编写的一种物理连接标准集合802.3
