计算机网络协议简介(二)

一、网络协议的概念

　　网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。网络协议是由语法、语义、时序三个要素组成，语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。

• 语义：解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。
• 语法：用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。
• 时序：对事件发生顺序的详细说明。

　　大多数网络都采用分层的体系结构，每一层都建立在它的下层之上，向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。一台设备上的第 n层与另一台设备上的第n层进行通信的规则就是第n层协议。在网络的各层中存在着许多协议，接收方和发送方同层的协议必须一致，否则一方将无法识别另一方发出的信息。网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息。常见的协议有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。

　　计算机网络分层的体系结构在ISO标准模型下被划分为7层，由低到高依次为：

1. 物理层：由物理传输媒体，如双绞线、同轴电缆、光纤等组成，物理层的任务就是为上层提供一个物理的连接以及该物理连接表现出来的机械、电气、功能和过程特性，实现透明的比特流传输。
2. 数据链路层：把一条有可能出错的实际链路变成让网络层看起来像不会出错的数据链路。主要功能有帧的同步、差错控制、流量控制、寻址、帧内定界、透明比特组合传输等。
3. 网络层：为要传输的分组选择一条合适的路径，使发送分组能够正确无误地按照给定的目的地址找到目的主机，交付给目的主机的传输层。
4. 传输层：通过通信子网的特性，最佳地利用网络资源，并以可靠与经济的方式为2个端系统的会话层之间建立一条连接通道，以透明地传输报文。传输层向上一层提供一个可靠的端到端的服务。
5. 会话层：提供包括访问验证、会话管理在内的建立、维护应用之间的通信机制。
6. 表示层：将要交换的数据从适合某一用户的抽象语法，转换为适合OSI内部表示使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩、加密和解密等工作都由表示层负责。
7. 应用层：确定进程之间通信的性质以满足用户的需求，以及提供网络与用户软件之间的接口服务。

　　计算机网络分层的体系结构在TCP/IP参考模型下被划分为4层，由低到高依次为：

1. 网络接口层：它包括了可使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，且对应着OSI的物理层和数据链路层。
2. 网际层：主要功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据包（IP数据包），并为该数据包在不同的网络之间进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机。
3. 传输层：与OSI的传输层类似，它主要负责主机到主机之间的端对端可靠通信，该层使用了2种协议来支持2种数据的传送方法，它们是TCP协议和UDP协议。
4. 应用层：它与OSI模型中高3层的任务相同，都是用于提供网络服务，如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。

二、网络协议分类

　　7层模型是理论模型，一般用于理论研究，实际应用的是TCP/IP协议的4层模型。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的网络协议协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

　　在网络通信的过程中，将发出数据的主机称为源主机，接收数据的主机称为目的主机。当源主机发出数据时，数据在源主机中从上层向下层传送。源主机中的应用进程先将数据交给应用层，应用层加上必要的控制信息就成了报文流，向下传给传输层。传输层将收到的数据单元加上本层的控制信息，形成报文段、数据报，再交给网际层。网际层加上本层的控制信息，形成IP数据报，传给网络接口层。网络接口层将网际层交下来的IP数据报组装成帧，并以比特流的形式传给网络硬件（即物理层），数据就离开源主机。

 　　应用层协议：应用层是直接为应用进程提供服务，不同种类的应用程序会根据自己的需要来使用应用层的不同协议，这些协议定于了传输的数据格式，比如邮件应用使用SMTP协议、万维网使用HTTP协议、远程登录使用TELNET协议、文件传输使用FTP协议、网络管理使用SNMP协议、域名解析使用DNS协议、邮件读取使用POP3协议、简单文件传输使用TFTP协议。

　　传输层协议：传输层主要负责向两个主机中进程之间的通信提供服务，提供逻辑连接的建立、传输层寻址、数据传输、传输连接释放、流量控制、拥塞控制、多路复用和解复用、崩溃恢复等服务。该层协议主要为传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。UDP协议定义了端口，同一个主机上的每个应用程序都需要指定唯一的端口号，并且规定网络中传输的数据包必须加上端口信息，当数据包到达主机以后，就可以根据端口号找到对应的应用程序。TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，它是一种有确认机制的UDP协议。应用层向传输层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，传输层会把这些数据流分成适当长度的报文段，最后发送给网际层。

　　网际层协议：网际层主要进行网络连接的建立和终止以及IP寻址，处理传输层的报文段形成IP数据包。该层的协议有IP协议(网际协议)、ARP协议(地址解析协议)、RARP协议(反向地址解析协议)、ICMP协议(报文控制协议)、RIP协议(路由信息协议)。IP协议提供不可靠、无连接的传送服务，主要功能是无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制；ICMP协议用于在IP主机、路由器之间传递控制消息(网络是否畅通、主机是否可达、路由是否可用...)；RIP协议是一种基于距离矢量算法来计算到达目的主机的最佳路径的动态路由协议，目的是寻址2个端点之间的最佳网络路径；ARP协议通过解析IP地址得到MAC地址，主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址，收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源；RARP协议允许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求其 IP 地址。

　　网络接口层协议：网络接口负责物理层面上的互联的、节点间的通信传输，包括物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。该层协议有PPP协议(点对点)、Ethernet协议(以太网)、HDLC协议(数据链路控制)、FrameRelay协议(帧中继)、ATM协议(异步传输)、SLIP协议(串行线路IP)、PPoE协议(基于以太网的点到点通信)、DSL(数字订阅/用户线路)协议、FDDI(光纤分布式数据接口)协议、RS-232\RS-485(串口/串行)协议、USB协议、Bluetooth协议等等。