計(jì)算機(jī)四級(jí)《網(wǎng)絡(luò)工程師》知識(shí)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議

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第2章 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議

　　一、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議的定義

　　1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu):是計(jì)算機(jī)之間相互通信的層次，以及各層中的協(xié)議和層次之間接口的集合。

　　2、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布系統(tǒng)中互相通信的對(duì)等實(shí)體間交換信息時(shí)所必須遵守的規(guī)則的集合。

　　3、語(yǔ)法(syntax):包括數(shù)據(jù)格式、編碼及信號(hào)電平等。

　　4、語(yǔ)義(semantics):包括用于協(xié)議和差錯(cuò)處理的控制信息。

　　5、定時(shí)(timing):包括速度匹配和排序。

　　二、開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型

　　1、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO在1979年建立了一個(gè)分委員會(huì)來(lái)專(zhuān)門(mén)研究一種用于開(kāi)放系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連OSI模型，這是一個(gè)定義連接異種計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)主體結(jié)構(gòu)。

　　2、OSI簡(jiǎn)介:OSI采用了分層的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，共分七層，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。

　　3、OSI參考模型的特性:是一種異構(gòu)系統(tǒng)互連的分層結(jié)構(gòu);提供了控制互連系統(tǒng)交互規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)骨架;定義一種抽象結(jié)構(gòu)，而并非具體實(shí)現(xiàn)的描述;不同系統(tǒng)中相同層的實(shí)體為同等層實(shí)體;同等層實(shí)體之間通信由該層的協(xié)議管理;相信層間的接口定義了原語(yǔ)操作和低層向上層提供的服務(wù);所提供的公共服務(wù)是面向連接的或無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù);直接的數(shù)據(jù)傳送僅在最低層實(shí)現(xiàn);每層完成所定義的功能，修改本層的功能并不影響其他層。

　　4、物理層:提供為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需要的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性;有關(guān)的物理鏈路上傳輸非結(jié)構(gòu)的位流以及故障檢測(cè)指示。5、數(shù)據(jù)鏈路層:在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體間提供數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的功能和過(guò)程;提供數(shù)據(jù)鏈路的流控。

　　6、網(wǎng)絡(luò)層:控制分組傳送系統(tǒng)的操作、路由選擇、擁護(hù)控制、網(wǎng)絡(luò)互連等功能，它的作用是將具體的物理傳送對(duì)高層透明。

　　7、傳輸層:提供建立、維護(hù)和拆除傳送連接的功能;選擇網(wǎng)絡(luò)層提供最合適的服務(wù);在系統(tǒng)之間提供可靠的透明的數(shù)據(jù)傳送，提供端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)和流量控制。

　　8、會(huì)話層:提供兩進(jìn)程之間建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接的功能;提供交互會(huì)話的管理功能，如三種數(shù)據(jù)流方向的控制，即一路交互、兩路交替和兩路同時(shí)會(huì)話模式。

　　9、表示層:代表應(yīng)用進(jìn)程協(xié)商數(shù)據(jù)表示;完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、格式化和文本壓縮。

　　10、應(yīng)用層:提供OSI用戶服務(wù)，例如事務(wù)處理程序、文件傳送協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理等。

　　三、TCP/IP的分層

　　1、TCP/IP的分層模型

　　Internet采用了TCP/IP協(xié)議，如同OSI參考模型，TCP/IP也是一種分層模型。它是基于硬件層次上的四個(gè)概念性層次構(gòu)成，即網(wǎng)絡(luò)接口層、IP層、傳輸層、應(yīng)用層。

　　網(wǎng)絡(luò)接口層:也稱(chēng)數(shù)據(jù)鏈路層，這是TCP/IP最底層。功能:負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)報(bào)并發(fā)送至選定的網(wǎng)絡(luò)。

　　IP層:IP層處理機(jī)器之間的通信。功能:它接收來(lái)自傳輸層的請(qǐng)求，將帶有目的地址的分組發(fā)送出去。將分組封裝到數(shù)據(jù)報(bào)中，填入數(shù)據(jù)報(bào)頭，使用路由算法以決定是直接將數(shù)據(jù)報(bào)傳送至目的.主機(jī)還是傳給路由器，然后把數(shù)據(jù)報(bào)送至相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口來(lái)傳送。

　　傳輸層:是提供應(yīng)用層之間的通信，即端到端的通信。功能:管理信息流，提供可靠的傳輸服務(wù)，以確保數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)的地按序到達(dá)。

　　2、TCP/IP模型的分界線

　　協(xié)議地址分界線:以區(qū)分高層和低層的尋址，高層尋址使用IP地址，低層尋址使用物理地址。應(yīng)用程序IP層之上的協(xié)議軟件只使用IP地址，而網(wǎng)絡(luò)接口層處理物理地址。

　　操作系統(tǒng)分界線:以區(qū)分系統(tǒng)與應(yīng)用程序。在傳輸層和應(yīng)用層之間。

　　3、復(fù)用與分解

　　發(fā)送報(bào)文時(shí)，發(fā)送方在報(bào)文中加和了報(bào)文類(lèi)型、選用協(xié)議等附加信息。所有的報(bào)文以幀的形式在網(wǎng)絡(luò)中復(fù)用傳送，形成一個(gè)分組流。在接收方收到分組時(shí)，參考附加信息對(duì)接收到的分組進(jìn)行分解。

　　四、IP協(xié)議

　　1、Internet體系結(jié)構(gòu)

　　一個(gè)TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)提供了三組服務(wù)。最底層提供無(wú)連接的傳送服務(wù)為其他層的服務(wù)提供了基礎(chǔ)。第二層一個(gè)可靠的傳送服務(wù)為應(yīng)用層提供了一個(gè)高層平臺(tái)。最高層是應(yīng)用層服務(wù)。

　　2、IP協(xié)議: 這種不可靠的、無(wú)連接的傳送機(jī)制稱(chēng)為internet協(xié)議。

　　3、IP協(xié)議三個(gè)定義:

　　(1)IP定義了在TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳送的基本單元和數(shù)據(jù)格式。

　　(2)IP軟件完成路由選擇功能，選擇數(shù)據(jù)傳送的路徑。

　　(3)IP包含了一組不可靠分組傳送的規(guī)則，指明了分組處理、差錯(cuò)信息發(fā)生以及分組德育的規(guī)則。

　　4、IP數(shù)據(jù)報(bào):聯(lián)網(wǎng)的基本傳送單元是IP數(shù)據(jù)報(bào)，包括數(shù)據(jù)報(bào)頭和數(shù)據(jù)區(qū)部分。

　　5、IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝:物理網(wǎng)絡(luò)將包括數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭的整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)作為數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)幀中。

　　6、MTU網(wǎng)絡(luò)最大傳送單元:不同類(lèi)型的物理網(wǎng)對(duì)一個(gè)物理幀可傳送的數(shù)據(jù)量規(guī)定不同的上界。

　　7、IP數(shù)據(jù)報(bào)的重組:一是在通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)重組;二是到達(dá)目的主機(jī)后重組。后者較好，它允許對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)段獨(dú)立地進(jìn)行路由選擇，且不要求路由器對(duì)分段存儲(chǔ)或重組。

　　8、生存時(shí)間:IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中設(shè)有一個(gè)生存時(shí)間字段，用來(lái)設(shè)置該數(shù)據(jù)報(bào)在聯(lián)網(wǎng)中允許存在的時(shí)間，以秒為單位。如果其值為0，就把它從互聯(lián)網(wǎng)上刪除，并向源站點(diǎn)發(fā)回一個(gè)出錯(cuò)消息。

　　9、IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng):

　　IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)字段主要是用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)試或調(diào)試。包括:記錄路由選項(xiàng)、源路由選項(xiàng)、時(shí)間戳選項(xiàng)等。

　　路由和時(shí)間戳選項(xiàng)提供了一種監(jiān)視或控制互聯(lián)網(wǎng)路由器路由數(shù)據(jù)報(bào)的方法。

　　五、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP

　　1、UDP協(xié)議功能

　　為了在給定的主機(jī)上能識(shí)別多個(gè)目的地址，同時(shí)允許多個(gè)應(yīng)用程序在同一臺(tái)主機(jī)上工作并能獨(dú)立地進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送和接收，設(shè)計(jì)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP。

　　使用UDP協(xié)議包括:TFTP、SNMP、NFS、DNS

　　UDP使用底層的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議來(lái)傳送報(bào)文，同IP一樣提供不可靠的無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)傳輸服務(wù)。它不提供報(bào)文到達(dá)確認(rèn)、排序、及流量控制等功能。

　　2、UDP的報(bào)報(bào)文格式

　　每個(gè)UDP報(bào)文分UDP報(bào)頭和UDP數(shù)據(jù)區(qū)兩部分。報(bào)頭由四個(gè)16位長(zhǎng)(8字節(jié))字段組成，分別說(shuō)明該報(bào)文的源端口、目的端口、報(bào)文長(zhǎng)度以及校驗(yàn)和。

　　3、UDP協(xié)議的分層與封裝

　　在TCP/IP協(xié)議層次模型中，UDP位于IP層之上。應(yīng)用程序訪問(wèn)UDP層然后使用IP層傳送數(shù)據(jù)報(bào)。IP層的報(bào)頭指明了源主機(jī)和目的主機(jī)地址，而UDP層的報(bào)頭指明了主機(jī)上的源端口和目的端口。

　　4、UDP的復(fù)用、分解與端口

　　UDP軟件應(yīng)用程序之間的復(fù)用與分解都要通過(guò)端口機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)應(yīng)用程序在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)之前必須與操作系統(tǒng)協(xié)商以獲得協(xié)議端口和相應(yīng)的端口號(hào)。

　　UDP分解操作:從IP層接收了數(shù)據(jù)報(bào)之后，根據(jù)UDP的目的端口號(hào)進(jìn)行分解操作。

　　UDP端口號(hào)指定有兩種方式:由管理機(jī)構(gòu)指定的為著名端口和動(dòng)態(tài)綁定的方式。

　　六、可靠的數(shù)據(jù)流傳輸TCP

　　1、TCP/IP的可靠傳輸服務(wù)五個(gè)特征:面向數(shù)據(jù)流、虛電路連接、有緩沖的傳輸、無(wú)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流、全雙工的連接。

　　2、TCP采用了具有重傳功能的肯定確認(rèn)技術(shù)作為可靠數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)的基礎(chǔ)。

　　3、為了提高數(shù)據(jù)流傳輸過(guò)程的效率，在上述基礎(chǔ)上引入滑動(dòng)窗口協(xié)議，它允許發(fā)送方在等待一個(gè)確認(rèn)之前可以發(fā)送多個(gè)分組。滑動(dòng)窗口協(xié)議規(guī)定只需重傳未被確認(rèn)的分組，且未被確認(rèn)的分組數(shù)最多為窗口的大小。

　　4、TCP功能

　　TCP定義了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行可靠的傳輸而交換的數(shù)據(jù)和確認(rèn)信息的格式，以及計(jì)算機(jī)為了確保數(shù)據(jù)的正確到達(dá)而采取的措施。

　　5、TCP連接使用是一個(gè)虛電路連接，連接使用一對(duì)端點(diǎn)來(lái)標(biāo)識(shí)，端點(diǎn)定義為一對(duì)整數(shù)(host,port)其中host是主機(jī)的IP地址，port是該主機(jī)上TCP端口號(hào)。

　　6、TCP使用專(zhuān)門(mén)的滑動(dòng)窗口協(xié)議機(jī)制來(lái)解決傳輸效率和流量控制這兩個(gè)問(wèn)題，TCP采用的滑動(dòng)窗口機(jī)制解決了端到端的流量控制，但并未解決整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制。

　　7、TCP允許隨時(shí)改變窗口小，通過(guò)通告值來(lái)說(shuō)明接收方還能再接收多少數(shù)據(jù)，通告值增加，發(fā)送方擴(kuò)大發(fā)送滑動(dòng)窗口;通告值減小，發(fā)送方縮小發(fā)送窗口。

　　8、TCP的報(bào)文格式

　　報(bào)文分為兩部分:報(bào)頭和數(shù)據(jù)，報(bào)頭攜帶了所需要的標(biāo)識(shí)和控制信息。

　　確認(rèn)號(hào)字段指示本機(jī)希望接收下一個(gè)字節(jié)組的序號(hào);

　　順序號(hào)字段的值是該報(bào)文段流向上的數(shù)據(jù)流的位置，即發(fā)送序號(hào);

　　確認(rèn)號(hào)指的是與該報(bào)文段流向相反方向的數(shù)據(jù)流。

　　9、TCP使用6位長(zhǎng)的碼位來(lái)指示報(bào)文段的應(yīng)用目的和內(nèi)容

　　URG緊急指針字段可用;ACK確認(rèn)字段可用;PSH請(qǐng)求急近操作;RST連接復(fù)位;SYN同步序號(hào);FIN發(fā)送方字節(jié)流結(jié)束。

　　10、TCP的三次握手

　　為了建立一個(gè)TCP連接，兩個(gè)系統(tǒng)需要同步其初始TCP序號(hào)ISN。序號(hào)用于跟蹤通信順序并確保多個(gè)包傳輸時(shí)沒(méi)有丟失。初始序號(hào)是TCP連接建立時(shí)的起始編號(hào)。

　　同步是通過(guò)交換攜帶有ISN和1位稱(chēng)為SYN的控制位的數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　握手可由一方發(fā)起也可以雙方發(fā)起，建立就可以實(shí)現(xiàn)雙向?qū)Φ鹊財(cái)?shù)據(jù)流動(dòng)，沒(méi)有主從關(guān)系。

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