数据通信与网络（二）

如何构建网络协议

这些协议采用分层的结构，每层协议实现特定功能，同时也需要依靠低层协议所提供的服务。

网络协议可以理解为三部分组成：

1、语法：通信时双方交换数据和控制信息的格式，是对通信时采用的数据结构形式的一种规定。

2、语义：由通信过程的说明构成，它规定了需要发出何种控制信息完成何种动作以及做出何种应答。

3、时序（同步）：通信如何发起，再收到一个数据后，下一步要做什么。

HTTP协议是应用层协议，是浏览器和Web服务器通信时使用的协议，当浏览器访问服务器时，会向服务器发出请求报文，报文的语法格式：GET/HTTP/1.1。

“GET”的语义是要获取文件；“/”的含义是指要访问网站的主页；“HTTP1.1”表明浏览器使用的协议是HTTP1.1版本。  

当Web服务器收到请求后，如果主页存在服务器的应答语法格式：HTTP/1.1 200 OK  data data ……。200 是状态码，代表成功；OK是文字说明， data是文件数据。

如果主页不存在，服务器的应答是：HTTP/1.1 404 NOT Found ，告诉浏览器没有找到对应的文件。

不同主机上的同一层次称为对等层

每一层中实现功能的协议元素称为实体，实体既可以是软件，也可以是硬件。

对等层内的实体称为对等实体。

每一层都有特定的功能，使用下一层为它提供的服务，同时也为自己的高层提供服务。

数据传递过程

数据从发送端的最高层开始，层层向下，层层封装，直到发送方的最底层，转换为电磁信号后经过物理链路到达接收端的最底层，再层层向上，层层解封装，最后到达接收方的最高层，整个通信过程是垂直的

高层使用了低层的服务，低层向高层提供服务，高层通过低层提供的服务接口访问低层的服务。

数据的传递在概念上可以认为通信是水平的，数据高翔由对等层的一端直接到达了另一端。

通信的目的就是要实现对等层之间的水平通信，虽然事实上水平通信要依赖垂直通信来实现。

协议分层的优点：

1、每个层次都可以单独实现。

2、层次明确也更有利于标准化。

计算机网络体系结构

各个层次的所有协议也被称为协议栈

采用不同体系结构的两个网络之间很难通信

为使所有的网络都能互连互通，国际标准化组织ISO提出了开放系统互连参考模型（Open Systems Interconnection Reference Model，OSI/RM），简称OSI参考模型。

1~3层称为低层功能（LLF）：通信传送功能——网络和终端具备的功能

第4~7层称为高层功能（HLF）：通信处理功能——终端具备的功能

TCP/IP协议体系

应用层：相当于OSI参考模型的应用层，具体的协议有超文本传输协议（HTTP）、文件传输协议（FTP）等。

运输层： TCP协议：为应用程序提供面向连接的可靠的通信，具有流量控制和拥塞控制的功能。 UDP协议：提供无连接的不可靠通信，但是效率较高。

互联网层：相当于OSI参考模型的网络层，要为数据找到一条正确的路到达目的地，主要的协议是IP。

网络接口层：相当于OSI参考模型的数据链路层和物理层。

TCP/IP的应用层

应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用提供了支持。有些协议的名称与以其为基础的应用程序同名。

TCP/IP的传输层

传输层的主要功能：提供进程间可靠的传输服务。

传输层包括TCP和UDP两种传输协议：

TCP是面向连接的传输协议。 在数据传输之前建立连接； 把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段； 必要时重新传输没有收到或错误的段，因此它是“可靠”的。

UDP是无连接的传输协议。 在数据传输之前不建立连接； 对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的； 主要用于请求/应答式的应用和语音、视频应用。

TCP和UDP都用端口（port）号来设别应用层实体，以便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。

TCP/IP的网络层

主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。

- 寻址（IP地址）、路由选择、封包/拆包

网络层的核心协议 --- IP，提供了无连接的数据报传输服务（不保证送达，不保证序，不保证无错）

        -传输前不需建立连接

        -提高了传输效率

网络层是网络转发节点（如路由器）上的最高层。

        -网络节点设备不需要传输层和应用层

网际层的其他重要协议：

ICMP（Internet Control Message Protocol）

传递控制信息

        - 可达性测试

        - 传送路由状态信息

        - 超时通知

        - 不可达通知

封装在IP中进行传输

ARP（Address Resolution Protocal）

为已知的IP地址确定相应的MAC地址

RARP （Reverse Address R二solution Protocal）

为已知的MAC地址确定相应的IP地址

IGMP（Internet Group Management Protocol）

多播组管理

TCP/IP的网络接口层

没有定义任何实际协议，仅定义了网络接口

任何已有的数据链路层协议和物理层协议都可以用来支持TCP/IP

典型的例子：

- Ethernet、Token Ring、HDHL、X.25、ATM

优点：适应性强、灵活

缺点：不能利用已存在的某些有用的功能

- TCP/IP总是认为其下层是不可靠的（尽管可能已经足够可靠）

TCP/IP协议栈

主机和路由器的协议栈

对于端系统（主机和服务器）而言，因为包括具体的网络应用，所以四层协议都具备。

对于通信子网中的分组交换设备（路由器），其作用是转发分组，并不关心高层数据，所以协议栈只包括下两层协议（互联网层和网络接口层）。

OSI参考模型和TCP/IP参考模型比较

相同之处：

1、两者都采用层次型的模型。

2、都以协议栈的概念为基础，且协议栈中的协议是彼此相互独立的。

3、两个模型中各层的功能大体相似。

不同之处：

1、服务、接口和协议这三个概念，OSI非常明确，TCP/IP没有区分三者间的差异。前者的协议隐蔽性比后者好，这有利于协议的更新。

2、OSI是模型在先协议在后，这意味着该模型具有通用性，而TCP/IP模型却相反，模型只有已有协议的一个描述，但未必适合其他的协议栈。

3、两种模型层的数目不同。

4、OSI的网络层同时支持面向连接和无连接服务，但远输层只支持面向连接服务。而TCP/IP的网络层只有一种无连接服务模式，但在远输层同时支持两种服务模式

5、TCP/IP较早就有较好的网络管理。OSI后来才考虑网管问题。