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协议层次及服务模型

协议层次

网络是一个复杂的系统

• 网络功能复杂：数字信号的物理信号承载、点到点、路由、rdt、进程区分、应用等
• 现实来看，网络的许多构成元素和设备：
  • 主机
  • 路由器
  • 各种媒体的链路
  • 应用
  • 协议
  • 硬件，软件

问题是，如何组织和实现这个复杂的网络功能

模块化分解/分层

分解和分层是不一样的

• 分解:模块之间是可以相互调用的
• 分层：只有相邻两层客户相互调用

层次化方式实现复杂网络功能

• 将网络复杂的功能分层功能明确的层次，每一层实现了其中一个或一组功能，功能中有其上层可以使用的功能：服务
• 本层协议实体相互交互执行本层的协议动作，目的是实现本层功能，通过接口为上层提供更好的服务
• 在实现本层协议的时候，直接利用了下层所提供的服务
• 本层的服务：借助下层服务实现的本层协议实体之间交互带来的新功能（上层可以利用的）更下层所提供的服务

服务与服务访问点

• 服务：底层实体向上层实体提供他们之间通信的能力
  • 服务用户
  • 服务提供者
• 原语：上层使用下层服务的形式，高层使用低层提供的服务，以及低层向高层提供服务都是通过服务访问原语来进行交互的形式
• 服务访问点：上层使用下层提供的服务通过层间的接口——地点
  • 例子：邮箱
  • 地址：下层的一个实体支撑着上层的多个实体，SAP有标志不同上层实体的作用
  • 可以有不同的实现，队列
  • 例子：传输层的SAP：端口

服务的类型

• 面向连接的服务和无连接的服务——方式
  • 面向连接的服务
    • 连接：两个通信实体为进行通信而建立的一种结合
    • 面向连接的服务通信的过程：建立连接，通信，拆除连接
    • 面向连接的服务的例子：网络层的连接被称为虚电路
    • 适用范围：对于大的数据块要传输：不适合小的零星报文
    • 特点：保序
    • 服务类型：
      • 可靠的信息流传送页面（可靠的获得，通过接收方的确认）
      • 可靠的字节流远程登陆
      • 不可靠的连接数字化声音
  • 无连接的服务
    • 无连接服务：两个对等层实体在通信前不需要建立一个连接，不预留资源；不需要通信双方都是活跃
    • 特点：不可靠、可能重复、可能失序
    • IP分组：数据包
    • 适用范围：适合传送零星数据
    • 服务类型：
      • 不可靠的数据报：电子方式的函件
      • 有确认的数据报：挂号信
      • 请求回答：信息查询

服务和协议

• 服务和协议的区别
  • 服务：低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力，是通过原语来操作的，垂直
  • 协议：对等层实体之间在相互通信的过程中，需要遵循的规则的集合，水平
• 服务和协议的联系
  • 本层协议的实现要靠下层提供的服务来实现
  • 本层实体通过协议为上层提供更高级的服务

数据单元（DU）

分层处理和实现复杂系统的好处

对付复杂的系统

• 概念化：结构清晰，便于表示网络组件，以及描述其相互关系
  • 分层参考模型
• 结构化：模块化更易于维护和系统升级
  • 改变某一层服务的实现不影响系统中的其他层次
    • 对于其他层次而言是透明的
  • 如改变登机程序并不能影响系统的其他部分
    • 改变 2 个程序使用的通信方式并不影响 2 个翻译的工作
    • 改变 2 个翻译使用的语言不影响上下 2 个层次的工作
  • 分层思想被认为有海的地方：效率相对较低

Internet协议栈

• 应用层：网络应用
  • 为人类用户或者其他应用进程提供网络应用服务
  • FTP、SMTP、HTTP、DNS
• 传输层：主机之间的数据传输
  • 在网络层提供的端到端的通信基础上，细分为进程到进程，将不可靠的通信变成可靠的通信
• 网络层：为数据报从源到目的选择路由
  • 主机与主机之间的通信，端到端的通信，不可靠
  • IP、路由协议
• 链路层：相邻网络节点间的数据传输
  • 2 个相邻 2 点的通信，点到点通信，可靠或不可靠
  • 点对点协议PPP、802.11(wifi)、Ethernet
• 物理层：在线路上传送bit

ISO/OSI 参考模型

• 表示层：允许应用解释传输的数据
• 会话层：数据交换的同步，检查点，恢复
• 互连网协议中没有这两层
  • 这些服务如果需要的话必须被应用层实现

封装和解封装

各层次的协议数据单元

• 应用层：报文
• 传输层：报文段：TCP段、UDP数据段
• 网络层：分组pocket（如果无连接方式：数据报datagram）
• 数据链路层：帧
• 物理层：位