第二章——网络体系架构与网络协议 总结

【本文根据《计算机网络（第二版）》进行考点总结】

第二章

**2.1

Q:网络协议的概念？【P19】

答：为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。

【相关概念】

协议的不同形式：

（1）文字描述的协议（用于人理解）；

（2）程序代码实现的协议（用于计算机工作）。

 

Q:网络协议的三要素？【P19】

答：网络协议的三要素为语法、语义与时序。

语义：用于解释控制信息的每一个部分的含义，包括需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种反应；

语法：是用户数据与控制信息的结构与格式；

时序（同步）：对事件发生顺序的详细说明，包括数据应该在何时发送出去，以及数据应该以什么速率发送。

 

**2.2

Q:计算机网络的工作原理？【P21】

答：建立在协议（protocol）、层次（layer）、接口（interface）、网络体系结构（architecture）的概念基础上。

       协议：通信双方就如何进行通信的一种约定。要保证系统的正常和有序地运行，就必须制定和执行各种通信规则。

       层次：利用分层，将一个大而复杂系统划分为若干个小的、功能相对独立的部分。

       接口：为同一结点内相邻层之间交换信息的连接点。同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务。只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作。

       网络体系结构：计算机网络的层次结构模型与各层协议的集合。

【相关概念】

    分层的特点：

u  降低了问题的复杂度：将总体要实现的很多功能分配在不同层次中；

u  对每个层次要完成的服务及服务要求都有明确规定；

u  不同的系统分成相同的层次；

u  不同系统的最低层之间存在着“物理”通信；

u  对等层功能一致，且在协议的规定内存在“虚拟”通信；

u  高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。 

层次结构模型的分层原则：

u  网中各结点都具有相同的层次；

u  不同结点的同等层具有相同的功能；

u  同一结点内相邻层之间通过接口通信；

u  每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；

u  不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。

 

*Q:什么是计算机网络体系结构？【P22】

答：计算机网络的体系结构是计算机网络的层次结构模型与各层协议的集合。体系结构是抽象的，而实现网络协议的技术是真实的，是指能够运行的一些硬件和软件。

 

*Q:按照层次结构设计计算机网络的体系结构有什么优点？【P22】

答：（1）各层之间相互独立：每层只需要知道通过与低层的接口就可以获得所需要的服务。

（2）灵活性好：各层可以采用最合适的技术来实现。

（3）易于实现和维护：复杂而庞大的系统被层次结构分解为若干个相对独立的子系统。

（4）有利于促进标准化：每一层的接口及其所提供服务有明确的说明。

 

***2.3

OSI参考模型

Q:什么是OSI参考模型？【P23】

答：试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连参考模型。

       “开放”：是指一台联网计算机系统只要遵循OSI标准，就可以与位于世界上任何地方，同样遵循同一标准的其他任何一台联网计算机系统进行通信。

       OSI参考模型本身并不是一个网络体系结构，因为它并没有定义每一层所使用的协议，而只是指明了每一层应该做些什么事。

 

*Q: OSI参考模型有哪三个主要概念？

答：OSI/RM有三个主要的概念：服务、接口和协议。

【相关概念】

       服务：在网络体系结构中，服务（service）是指某一层向其相邻上层提供的一组操作（或原语）。下层是服务提供者，上层是服务用户。

一个服务通常由一组原语来描述，用户通过这些原语可以访问该服务：

（1）告诉服务要做些什么；

（2）向用户进程报告对等实体做了些什么。

       实体(entity)：任何可发送或接收信息的软件进程或硬件。

在不同机器上同一层内的实体叫做对等实体。

N+1层实体是通过N层的服务访问点（SAP）来使用N层所提供的服务。

       协议分层：上层调用下层的服务，下层为上层提供服务。

 

*Q:OSI中服务、协议、接口的关系？

答：协议是“水平的”，控制对等实体之间通信的规则，并描述该层的功能。

服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

服务涉及层间的接口，协议涉及到对等实体间发送的分组。

实体利用协议来实现它们的服务的定义，实体可以自由的改变协议，但不能改变服务。

 

*Q:OSI参考模型的层次、各层的功能及其特点？

答：

层次	功能	特点	协议
物理层	利用传输介质为通信的主机之间建立、管理和释放物理连接，实现比特流的传输。 需要完成的工作：线路的配置、确定数据传输的模式、确定信号的形式、对信号进行编码、连接传输介质。	数据传输单元：比特 典型设备：中继器、集线器 服务对象：数据链路层	EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45
数据链路层	在物理层提供的服务基础上，通过建立数据链路连接，采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。	数据传输单位：帧 典型设备：二层交换机 特点：将真实的错误掩盖起来，使网络层看不到。	停止等待协议、SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继
网络层	1）通过路由选择算法为分组通过通信子网选择适当的传输路径，实现流量控制、拥塞控制和网络互联等功能；	数据传输单位：分组 典型设备：路由器、带有路由功能的三层交换机 特点：为数据在结点之间传输创建逻辑链路。	IP、IPX、ICMP、RIP、OSPF、ARP、RARP、AKP、UUCP
传输层	1）为分布在不同地理位置的计算机的进程提供可靠端到端的连接和数据传输服务； 2）处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。	数据传输单元：报文 特点：向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。	TCP、UDP
会话层	负责维护两个会话主机之间连接的建立、管理和终止以及数据的交换。		Socket、NFS、SQL、RPC 、X-WINDOWS、ASP、SCP
表示层	在会话层提供服务的基础上，负责通信系统之间的： 数据格式变换； 数据加密与解密； 数据压缩与恢复。	表示层以下的各层最关注的是如何传递数据位，而表示层关注的是所传递信息的语法和语义。	Telnet、Rlogin、 SNMP、Gopher
应用层	1）在表示层提供服务的基础上，实现协同工作的应用程序之间的通信过程控制，向用户提供各种网络应用服务； 2）为应用程序提供了网络服务。		HTTP、TFTP、FTP、 NFS、WAIS、SMTP

【相关概念】

       发送方：将用户数据由高层向低层逐层传递，每经过一层，加上该层的控制信息，直到最低层（物理层），然后直接通过物理媒体传输到目的方。（逐层封装）

       接收方：将收到的数据由低层向高层逐层传递，每经过一层，去掉该层的控制信息，直到最高层，恢复为用户数据。（逐层解封）

接口标准由四个特性来说明：

u  机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。

u  电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围,脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等。

u  功能特性:接口引（线）脚的功能和作用，指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

u  过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

 

TCP/IP参考模型

Q: TCP/IP参考模型的分层及协议？【P25】

答：

层次	功能	协议
网络接口层	参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP分组。	SONET、802.11、Toking Ring、Ethernet
网际层	定义了官方的数据包的格式和协议； 允许主机将数据包注入到任何网络，并且让数据包独立地到达接收方，并且数据包的到达顺序可能与它们被发送的顺序不同。	IP、ICMP、ARP、IGMP
传输层	负责在会话进程之间建立和维护端到端的连接，实现网络环境中分布式进程通信。	TCP（可靠的面向连接协议）、UDP（不可靠的无连接协议）
应用层	包括各种标准的网络应用协议，并且总是不断有新的协议加入。	TELNET、FTP、SMTP、HTTP、DNS、SNMP、DHCP

 

Q: 评价OSI参考模型？【P26】

答：优势：

（1）明确区分服务、接口和协议3个概念，具有更好的隐蔽性

（2）先模型、后协议，更具通用性

缺陷：

（1）存在缺陷：会话层很少使用，表示层几乎是空的。数据链路层与网络层有很多子层插入，每个子层都有不同的功能。

（2）OSI参考模型将“服务”和“协议”的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，实现困难。

（3）每层的功能不够独立：寻址、流量与差错控制在OSI参考模型的多个层次中重复出现，降低系统运行效率。

（4）数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了。

Q: 评价TCP/IP参考模型？【P27】

答：优势：

（1）TCP/IP协议簇是自由发展的协议，且是自由开放的，于是很快得到了广泛应用。

（2）模型的开放性和兼容性使得很多大的公司都支持它，如IBM公司、DEC以及微软等计算机公司都纷纷支持TCP/IP。

（3）很多网络OS都支持它，如NetWare，NT等，特别是早期的Unix操作系统。

  缺陷：

（1）TCP/IP模型没有明确区分服务、接口和协议的概念。

（2）TCP/IP模型一点也不通用，不适合于其它非TCP/IP协议族。

（3）TCP/IP参考模型的主机-网络层本身并不是实际的一层，仅定义了网络层与数据链路层的接口。

 

Q: 比较OSI参考模型与TCP/IP参考模型？【P26】

答：联系：

1）都以协议栈为基础，且协议彼此相互独立；

2）各层功能大致相似。

区别：

1）OSI明确区分服务、接口和协议，TCP/IP没有；

2）OSI先提出模型，后实现协议，TCP/IP相反；

3）OSI 7层， TCP/IP4层。

4）OSI网络层支持无连接和面向连接的传输服务，传输层支持面向连接；TCP/IP网络层支持无连接，传输层两种都支持。

 

小结：

u  网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念；

u  网络中计算机之间要做到有条不紊地交换数据就必须遵守一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的规则、约定与标准被称为网络协议。功能完备的网络需要制定一系列的协议；

u  网络协议就是按照层次结构模型来组织的，网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构；

u  ISO定义的开放系统互联参考模型OSI定义了开放系统的层次结构、层次之间的关系以及各层可能包括的服务，对推动网络协议标准化的研究起到了重要的作用；

u  TCP/IP参考模型与协议利用正确的策略，抓住了有利时机，伴随着Internet的广泛应用成为事实上的标准。