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教材：《計算機網絡·第7版》
作者：謝希仁
時間：2020.04.19
本章是全書的概要，最重要的內容是：
（1）互聯網邊緣部分和核心部分的作用，其中包含分組交換的概念。
（2）計算機網絡的性能指標。
（3）計算機網絡分層次的體系結構，包含協議和服務的概念。
一、計算機網絡在信息時代中的作用
1、21世紀的重要特征：就是數字化、網絡化和信息化，是一個以網絡為核心的信息時代。
2、三大網絡
（1）電信網絡：向用戶提供電話、電報及傳真等服務。
（2）有線電視網絡：向用戶傳送各種電視節目。
（3）計算機網絡：發展最快的並起到核心作用，使用戶能夠在計算機之間傳送數據文件。
（4）“三網融合”：電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡三大網絡融合成一種網絡。
3、Internet的中文譯名
（1）因特網，這個譯名是全國科學技術名詞審定委員會推薦的。較為准確，但卻長期未得到推廣。
（2）互聯網，目前流行最廣的、事實上的標准譯名。
4、互連網：在局部范圍互連起來的計算機網絡。
5、互聯網（Internet）：當今世界上最大的計算機網絡
（1）互聯網具有兩個重要基本特點，即連通性和共享。
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① 連通性（connectivity）就是互聯網使上網用戶之間，不管相距多遠都可以非常便捷經濟地交換各種信息，好像這些用戶終端都彼此直接連通一樣。
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② 共享是指資源共享，可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。
（2）“互聯網＋”：“互聯網＋各個傳統行業”
“互聯網＋”特點就是把互聯網的創新成果深度融合於經濟社會各領域之中，大大地提升實體經濟的創新力和生產力。
二、互聯網概述
2.1 網絡的網絡
1、計算機網絡（簡稱網絡）：由若干結點（node）和連接這些結點的鏈路（link）組成。
（1）結點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。
（2）主機（host）：與網絡相連的計算機。
2、互連網（internetwork或internet）：多個網絡通過路由器相互連接起來構成一個覆蓋范圍更大的計算機網絡。因此互連網是網絡的網絡（network of networks）。
2.2 互聯網基礎結構發展的三個階段
1、互聯網的發展階段
（1）第一階段：從單個網絡ARPANET向互連網發展。
（2）第二階段：建成三級結構的互聯網，即主干網、地區網和校園網（或企業網）。
（3）第三階段：逐漸形成多層次ISP結構的互聯網。
2、internet和Internet的區別：
（1）internet（互連網）是一個通用名詞，泛指由多個計算機網絡互連而成的計算機網絡。網絡之間的通信協議（即通信規則）可以任意選擇，不一定非要使用TCP/IP協議。
（2）Internet（互聯網，或因特網）是一個專用名詞，指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定互連網，采用TCP/IP協議族作為通信的規則，且其前身是美國的ARPANET。
3、互聯網服務提供者/商ISP
（1）互聯網服務提供者/商ISP：Internet Service Provider，負責互聯網的運營。
（2）ISP可以從互聯網管理機構申請到很多IP地址，同時擁有通信線路以及路由器等連網設備。
（3）任何機構和個人從ISP獲取所需IP地址的使用權，可通過該ISP接入到互聯網。
（4）上網就是指通過某ISP獲得的IP地址接入到互聯網。
（5）互聯網是全世界無數大大小小的ISP共同擁有的，這就是互聯網也稱為“網絡的網絡”的原因。
4、ISP的層次：根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同
（1）主干ISP：由幾個專門的公司創建和維持，服務面積最大可覆蓋國家范圍，並且還擁有高速主干網。
（2）地區ISP：是一些較小的ISP，通過一個或多個主干ISP連接起來。
（3）本地ISP：給用戶提供直接的服務，可以連接到地區ISP，也可直接連接到主干ISP。
5、互聯網交換點IXP（Internet eXchange Point）
（1）IXP的主要作用就是允許兩個網絡直接相連並交換分組，而不需要再通過第三個網絡來轉發分組。
（2）典型的IXP由一個或多個網絡交換機組成，許多ISP再連接到這些網絡交換機的相關端口上。
（3）IXP常采用工作在數據鏈路層的網絡交換機，這些網絡交換機都用局域網互連起來。
2.3 互聯網的標准化工作
1、互聯網制定標准的特點：面向公眾
（1）互聯網所有的RFC文檔都可從互聯網上免費下載。
（2）任何人都可以用電子郵件隨時發表對某個文檔的意見或建議。
2、互聯網標准化組織
（1）互聯網協會ISOC（Internet Society）：負責管理和促進互聯網的發展和使用。
（2）互聯網體系結構委員會IAB（Internet Architecture Board）：負責管理互聯網有關協議的開發。
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① 互聯網工程部IETF（Internet Engineering Task Force）
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❶ IETF是由許多工作組WG（Working Group）組成的論壇（forum）.
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❷ IETF的具體工作由互聯網工程指導小組IESG管理，主要是針對協議的開發和標准化。
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② 互聯網研究部IRTF（Internet Research Task Force）
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❶ IRTF是由一些研究組RG（Research Group）組成的論壇。
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❷ IRTF的具體工作由互聯網研究指導小組IRSG（Internet Research Steering Group）管理。
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❸ IRTF的任務是研究互聯網的一些協議、應用、體系結構等一些需要長期考慮的問題。
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3、RFC（Request For Comments）：請求評論
（1）所有的互聯網標准都是以RFC的形式在互聯網上發表的，但並非所有的RFC文檔都是互聯網標准。
（2）所有的RFC文檔都可從互聯網上免費下載。
（3）RFC文檔按發表時間的先后編上序號（即RFC xx xx，這里的xxxx是阿拉伯數字）。
（4）一個標准可以和多個RFC文檔關聯。
（5）制定互聯網標准的過程變為兩個階段，即建議標准→互聯網標准。
4、制定互聯網的正式標准要經歷階段：
（1）互聯網草案（Internet Draft）：有效期只有六個月，還不能算是RFC文檔。
（2）建議標准（Proposed Standard）：從這個階段開始就成為RFC文檔。
（3）互聯網標准（Internet Standard）：每個標准就分配到一個編號STD x x。
5、RFC文檔的種類
（1）建議標准RFC文檔
（2）互聯網標准RFC文檔
（3）歷史的RFC文檔：被后來的規約所取代或是從未到達必要的成熟等級因而未變成為互聯網標准。
（4）實驗的RFC文檔：表示其工作屬於正在實驗的情況，而不能夠在任何實用的互聯網服務中進行實現。
（5）提供信息的RFC文檔：包括與互聯網有關的一般的、歷史的或指導的信息。
三、互聯網的組成
互聯網的拓撲結構：從其工作方式上看
（1）邊緣部分：由所有連接在互聯網上的主機組成，是用戶直接使用的，用來進行通信和資源共享。
（2）核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成，是為邊緣部分提供連通性和交換服務的。
3.1 互聯網的邊緣部分
1、端系統
（1）處在互聯網邊緣的部分是連接在互聯網上的所有的主機，又稱為端系統（end system）。
（2）端系統的擁有者可以是個人、單位、某個ISP。
（3）邊緣部分利用核心部分所提供的服務，使眾多主機之間能夠互相通信並交換或共享信息。
（4）端系統之間的通信方式可分為兩類：客戶-服務器方式（C/S方式）和對等方式（P2P方式）。
2、客戶-服務器方式
（1）客戶（client）和服務器（server）都是指通信中所涉及的兩個應用進程。
（2）客戶-服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。
（3）客戶-服務器方式最主要的特征就：客戶是服務請求方，服務器是服務提供方。
（4）服務請求方和服務提供方都要使用網絡核心部分所提供的服務。
（5）客戶程序的主要特點：
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① 客戶程序被用戶調用后運行，主動向遠地服務器發起通信請求服務。
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② 客戶程序必須知道服務器程序的地址。
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③ 客戶程序不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統。
（6）服務器程序的主要特點：
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① 服務器程序是一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。
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② 系統啟動后即自動調用並一直不斷地運行着，被動地等待並接受來自各地的客戶的通信請求。
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③ 服務器程序不需要知道客戶程序的地址。
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④ 服務器程序一般需要有強大的硬件和高級的操作系統支持。
3、對等連接方式
對等連接（peer-to-peer，P2P）是指兩台主機在通信時並不區分哪一個是服務請求方哪一個是服務提供方。只要兩台主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），就可以進行平等的、對等連接通信。這種工作方式也稱為P2P方式。對等連接工作方式可支持大量對等用戶（如上百萬個）同時工作。
3.2 互聯網的核心部分
1、互聯網的核心部分
（1）網絡中的核心部分向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的主機能夠相互通信。
（2）位於網絡邊緣的主機和位於網絡核心部分的路由器都是計算機。
（3）主機是為用戶進行信息處理的，並且可以和其他主機通過網絡交換信息。
（4）路由器（router）是一種專用計算機，是實現分組交換（packet switching）的關鍵構件。
（5）路由器的任務是轉發收到的分組，是網絡核心部分最重要的功能。
（6）互聯網核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接。
（7）互聯網邊緣部分的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。
2、電路交換的主要特點
（1）電路交換（circuit switching）是必須經過“建立連接（占用通信資源）→通話（一直占用通信資源）→釋放連接（歸還通信資源）”三個步驟的交換方式。
（2）從通信資源的分配角度來看，交換（switching）就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。
（3）電路交換的過程
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① 建立連接：通信一方向另一方發出建立連接請求，另一方響應請求，建立起一條專用的物理通路。
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② 通話：在通話的全部時間內，通信雙方始終占用端到端的通信資源，不會被其他用戶占用。
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③ 釋放連接：通信結束后，交換機釋放這條專用的物理通路，把占用的所有通信資源歸還給電信網。
（4）電路交換的傳輸效率很低，被用戶占用的通信線路資源在絕大部分時間里都是空閑的。
3、分組交換的主要特點
（1）分組
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① 通常把要發送的整塊數據稱為一個報文（message）。
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② 在發送報文之前，先把較長的報文划分成為一個個更小的等長數據段。
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③ 在每一個數據段前面加上一些由必要的控制信息組成首部（header），就構成了一個分組（packet）。
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④ 分組是在互聯網中傳送的數據單元又稱為“包”，而分組的首部稱為“包頭”。
（2）路由器
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① 路由器是用來轉發分組的，即進行分組交換的。
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② 路由器的工作原理：路由器收到一個分組，先將分組暫存在存儲器（即內存）中，檢查其首部，查找轉發表，按照首部中的目的地址，找到合適的接口轉發出去，把分組交給下一個路由器。這樣一步一步地以存儲轉發的方式，把分組交付最終的目的主機。各路由器之間必須經常交換彼此掌握的路由信息，以便創建和動態維護路由器中的轉發表，使得轉發表能夠在整個網絡拓撲發生變化時及時更新。
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③ 分組交換在傳送數據時，分組在哪段鏈路上傳送才占用這段鏈路的通信資源。
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④ 分組交換采用存儲轉發技術，實質上是采用了斷續（或動態）分配傳輸帶寬的策略。
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⑤ 當網絡中的某些結點或鏈路突然出現故障時，在各路由器中運行的路由選擇協議（protocol）能夠自動找到轉發分組最合適的路徑。
（3）分組交換的優點
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① 高效：在分組傳輸的過程中動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。
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② 靈活：為每一個分組獨立地選擇最合適的轉發路由。
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③ 迅速：以分組為傳送單位，可以不先建立連接就能向主機發送分組。
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④ 可靠：保證可靠性的網絡協議，分布式多路由的分組交換網，使網絡有很好的生存性。
（4）分組交換的問題
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① 分組在各路由器存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。
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② 分組交換無法確保通信時端到端所需的各種資源。
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③ 分組交換過程中各分組必須攜帶的控制信息會造成了一定的開銷（overhead）。
（5）三種交換方式在數據傳送階段的主要特點：
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① 電路交換：整個報文的比特流連續地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。
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② 報文交換：整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉發表，轉發到下一個結點。
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③ 分組交換：單個分組傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉發表，轉發到下一個結點。
四、計算機網絡在我國的發展
五、計算機網絡的類別
5.1 計算機網絡的定義
計算機網絡主要是由一些通用的、可編程的硬件互連而成的，而這些硬件並非專門用來實現某一特定目的。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數據，並能支持廣泛的和日益增長的應用。
（1）計算機網絡所連接的硬件，並不限於一般的計算機，而是包括了智能手機。
（2）計算機網絡並非專門用來傳送數據，而是能夠支持很多種的應用。
（3）“可編程的硬件”表明這種硬件一定包含有中央處理機CPU。
5.2計算機網絡的分類
1、按照網絡的作用范圍進行分類
（1）廣域網WAN（Wide Area Network）
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① 廣域網的作用范圍通常為幾十到幾千公里，也稱為遠程網（long haul network）。
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② 廣域網是互聯網的核心部分，其任務是通過長距離運送主機所發送的數據。
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③ 連接廣域網各結點交換機的鏈路一般都是高速鏈路，具有較大的通信容量。
（2）城域網MAN（Metropolitan Area Network）
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① 城域網的作用范圍一般是一個城市，可跨越幾個街區甚至整個城市，其作用距離約為5-50km。
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② 城域網可以為一個或幾個單位所擁有，也可以是一種公用設施，用來將多個局域網進行互連。
（3）局域網LAN（Local Area Network）
局域網的作用范圍通常為1km左右，一般用微型計算機或工作站通過高速通信線路相連。
（4）個人區域網PAN（Personal Area Network）
個人區域網就是在個人工作的地方把屬於個人使用的電子設備用無線技術連接起來的網絡，因此也常稱為無線個人區域網WPAN（Wireless PAN），其范圍很小，大約在10m左右。
2、按照網絡的使用者進行分類
（1）公用網（public network）
公用網是指電信公司（國有或私有）出資建造的大型網絡，也可稱為公眾網。
（2）專用網（private network）
專用網是某個部門為滿足本單位的特殊業務工作的需要而建造的網絡，不向本單位以外的人提供服務。
3、用來把用戶接入到互聯網的網絡
（1）接入網AN（Access Network）是用來把用戶接入到互聯網的網絡，又稱為本地接入網或居民接入網。
（2）接入網本身既不屬於互聯網的核心部分，也不屬於互聯網的邊緣部分。
（3）接入網是從某個用戶端系統到互聯網中的第一個路由器（邊緣路由器）之間的一種網絡。
（4）從作用上看，接入網只是起到讓用戶能夠與互聯網連接的“橋梁”作用。
六、計算機網絡的性能
6.1 計算機網絡的性能指標
1、速率
（1）比特（bit）是一個“二進制數字”，一個比特就是二進制數字中的一個1或0。
（2）速率指的是數據的傳送速率，也稱為數據率（data rate）或比特率（bit rate）。
（3）速率的單位是bit/s（比特每秒）（或b/s，有時也寫為bps，即bit per second）。
（4）比特的換算：
| k（kilo）＝103＝千 | M（Mega）＝106＝兆 | G（Giga）＝109＝吉 |
|---|---|---|
| T（Tera）＝1012＝太 | P（Peta）＝1015＝拍 | E（Exa）＝1018＝艾 |
| Z（Zetta）＝1021＝澤 | Y（Yotta）＝1024＝堯 |
2、帶寬
“帶寬”（bandwidth）有以下兩種不同的意義：
（1）信道帶寬
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① 信道帶寬（或通頻帶）是指某個信號具有的頻帶寬度，即信道允許通過的信號頻帶范圍。
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② 信道帶寬的單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
（2）網絡帶寬
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① 網絡帶寬用來表示網絡中某通道傳送數據的能力，即單位時間內信道所能通過的“最高數據率”。
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② 網絡帶寬的單位就是數據率的單位bit/s，是“比特每秒”。
3、吞吐量
（1）吞吐量（throughput）表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的實際的數據量。
（2）吞吐量的單位是bit/s（比特每秒）或bps。
（3）吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。
（4）吞吐量也可用每秒傳送的字節數或幀數來表示。
4、時延
（1）時延（delay/latency）指數據從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間，也稱延遲或遲延。
（2）時延的組成：總時延=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延
（3）發送時延:
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① 發送時延（transmission delay）是主機或路由器發送數據幀所需要的時間，即從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發送完畢所需的時間，也叫做傳輸時延
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② 發送時延的計算公式：發送時延=數據幀長度（bit）/發送速率（bit/s）
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③ 對於一定的網絡，發送時延並非固定不變，與發送的幀長成正比，與發送速率成反比。
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④ 發送時延發生在機器內部的發送器中，與傳輸信道的長度（或信號傳送的距離）沒有任何關系。
（4）傳播時延
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① 傳播時延（propagation delay）是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。
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② 傳播時延的計算公式：傳播時延=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播速率（m/s）
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③ 電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即3.0×105km/s。
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④ 電磁波在在銅線電纜中的傳播速率約為2.3×105km/s。
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⑤ 電磁波在在光纖中的傳播速率約為2.0×105km/s。
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⑥ 信號傳送的距離越遠，傳播時延就越大。
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⑦ 傳播時延則發生在機器外部的傳輸信道媒體上，而與信號的發送速率無關。
（5）處理時延
處理時延是主機或路由器在收到分組時花費的一定數據處理時間，如分析分組的首部、從分組中提取數據部分、進行差錯檢驗或查找適當的路由等，這就產生了處理時延。
（6）排隊時延
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① 分組在經過網絡傳輸時，要經過許多路由器。分組在每進入一個路由器后，要先在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉發接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉發。這就產生了排隊時延。
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② 排隊時延的長短往往取決於網絡當時的通信量。當網絡的通信量很大時會發生隊列溢出，使分組丟失，這相當於排隊時延為無窮大。
5、時延帶寬積
（1）時延帶寬積是鏈路傳播時延和鏈路帶寬的乘積。
（2）時延帶寬積是一個代表鏈路的圓柱形管道的體積，管道長度是傳播時延，截面積是帶寬。
（3）鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度，表示鏈路可容納多少個比特。
（4）對於一條正在傳送數據的鏈路，只有在代表鏈路的管道都充滿比特時，鏈路才得到充分的利用。
6、往返時間RTT
（1）往返時間RTT（Round-Trip Time）：通信信息雙向交互一次所需的時間。
（2）發送時間=數據長度（bit）/發送速率（bit/s）
（3）有效數據率=數據長度（bit）/(發送時間+RTT)
（4）在互聯網中，往返時間還包括各中間結點的處理時延、排隊時延以及轉發數據時的發送時延。
7、利用率
利用率有信道利用率和網絡利用率兩種。
（1）信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。
（2）網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。
（3）信道利用率並非越高越好，信道或網絡的利用率過高會產生非常大的時延。
（4）時延和網絡利用率的關系：D=D0/(1-U)
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① D0表示網絡空閑時的時延；D表示網絡當前的時延； U是網絡的利用率，在0到1之間。
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② 當網絡的利用率達到其容量的1/2時，時延就要加倍。
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③ 當網絡的利用率接近最大值1時，網絡的時延就趨於無窮大。
6.2 計算機網絡的非性能特征
1、費用
網絡的價格（包括設計和實現的費用）與網絡的性能密切相關。網絡的速率越高，其價格也越高。
2、質量
網絡的質量取決於網絡中所有構件的質量，以及這些構件的組網方式。
3、標准化
網絡的硬件和軟件的設計既可以按照通用的國際標准，也可以遵循特定的專用網絡標准。最好采用國際標准的設計，這樣可以得到更好的互操作性，更易於升級換代和維修，也更容易得到技術上的支持。
4、可靠性
可靠性與網絡的質量和性能都有密切關系。高速網絡的可靠性不一定很差。但高速網絡要可靠地運行，則往往更加困難，同時所需的費用也會較高。
5、可擴展性和可升級性
在構造網絡時就應當考慮到今后可能會需要擴展（即規模擴大）和升級（即性能和版本的提高）。網絡的性能越高，其擴展費用往往也越高，難度也會相應增加。
6、易於管理和維護
網絡如果沒有良好的管理和維護，就很難達到和保持所設計的性能。
七、計算機網絡體系結構
7.1 計算機網絡體系結構的形成
1、分層思想：將龐大而復雜的問題，轉化為若干較小的、易於研究和處理的局部問題。
2、OSI參考模型
開放系統互連基本參考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），簡稱：是一個試圖使各種計算機在世界范圍內互連成網的標准框架，具有七層協議的體系結構的國際標准。
3、OSI失敗的原因：
（1）OSI的專家們缺乏實際經驗，在完成OSI標准時缺乏商業驅動力；
（2）OSI的協議實現起來過分復雜，而且運行效率很低；
（3）OSI標准的制定周期太長，使得按OSI標准生產的設備無法及時進入市場；
（4）OSI的層次划分不太合理，有些功能在多個層次中重復出現。
4、TCP/IP就常被稱為是事實上的國際標准。
7.2 協議與划分層次
1、網絡協議（network protocol）
網絡協議是為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標准或約定，也可簡稱為協議。
2、網絡協議的組成三要素：
（1）語法：數據與控制信息的結構或格式；
（2）語義：需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應；
（3）同步：事件實現順序的詳細說明。
3、協議的形式
協議有兩種形式，一種是使用便於人來閱讀和理解的文字描述。另一種是使用讓計算機能夠理解的程序代碼。這兩種不同形式的協議都必須能夠對網絡上的信息交換過程做出精確的解釋。
4、分層的好處：
（1）各層之間是獨立的。每一層只實現一種相對獨立的功能，不需要知道下一層是如何實現的。
（2）靈活性好。當任何一層發生變化時，只要層間接口關系保持不變，則以上下各層均不受影響。
（3）結構上可分割開。各層都可以采用最合適的技術來實現。
（4）易於實現和維護。整個龐大復雜的系統已被分解為若干個相對獨立的子系統。
（5）能促進標准化工作。每一層的功能及其所提供的服務都有精確的說明。
5、分層時各層的主要功能：
（1）差錯控制：使相應層次對等方的通信更加可靠。
（2）流量控制：發送端的發送速率必須使接收端來得及接收，不要太快。
（3）分段和重裝：發送端將要發送的數據塊划分為更小的單位，在接收端將其還原。
（4）復用和分用：發送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用。
（5）連接建立和釋放：交換數據前先建立一條邏輯連接，數據傳送結束后釋放連接。
6、分層的缺點：有些功能會在不同的層次中重復出現，因而產生了額外開銷。
7、網絡體系結構
（1）計算機網絡的體系結構（architecture）是計算機網絡及其構件所應完成的功能的精確定義，即計算機網絡的各層及其協議的集合。
（2）體系結構是抽象的，而實現（implementation）則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。
7.3 具有五層協議的體系結構
1、五層協議的體系結構
（1）OSI：七層協議體系結構，包含應用層、表示層、會話層、運輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層。
（2）TCP/IP：四層的體系結構，包含應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。
（3）五層協議的體系結構：綜合OSI和TCP/IP的優點，便於學習使用，現實中不存在。
2、應用層（application layer）
（1）應用層是體系結構中的最高層，任務是通過應用進程間的交互來完成特定網絡應用。
（2）應用層協議定義了應用進程間通信和交互的規則。對於不同的網絡應用需要有不同的應用層協議。
（3）應用層交互的數據單元稱為報文（message）。
3、運輸層（transport layer）
（1）運輸層的任務是負責向兩台主機中進程之間的通信提供通用的數據傳輸服務。
（2）應用進程利用運輸層的數據傳輸服務來傳送應用層報文。
（3）“通用的”，是指不針對某個特定網絡應用，而是多種應用可以使用同一個運輸層服務。
（4）運輸層有復用和分用的功能。
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① 復用就是多個應用層進程可同時使用下面運輸層的服務。
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② 分用是運輸層把收到的信息分別交付上面應用層中的相應進程。
（5）運輸層主要使用的兩種協議：
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① 傳輸控制協議TCP（ Transmission Control Protocol）：提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務，其數據傳輸的單位是報文段（segment）。
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② 用戶數據報協議UDP（ User Datagram Protocol）：提供無連接的、盡最大努力（best-effort）的數據傳輸服務，不保證數據傳輸的可靠性，其數據傳輸的單位是用戶數據報。
4、網絡層（network layer）
（1）網絡層負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務。
（2）在TCP/IP體系中，由於網絡層使用IP協議，分組也叫做IP數據報，或簡稱為數據報。
（3）網絡層的任務
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① 在發送數據時，網絡層把運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包進行傳送。
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② 在發送數據時，要選擇合適的路由，使分組能夠通過網絡中的路由器找到目的主機。
（4）互聯網是由大量的異構網絡（heterogeneous）通過路由器（router）相互連接起來的。
（5）互聯網使用的網絡層協議是無連接的網際協議IP（Internet Protocol）和許多種路由選擇協議，因此互聯網的網絡層也叫做網際層或IP層。
5、數據鏈路層（data link layer）
（1）數據鏈路層簡稱為鏈路層。鏈路上的數據傳輸總是一段一段，需要使用專門的鏈路層的協議。
（2）數據鏈路層將網絡層交下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀（frame）。
（3）每一幀包括數據和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。
（4）在接收數據時，控制信息使接收端能夠知道一個幀的開始和結束。
（5）控制信息還使接收端能夠檢測到所收到的幀中有無差錯。
（6）如果需要改正數據在數據鏈路層傳輸時出現的差錯，那么就要采用可靠傳輸協議來糾正出現的差錯。
6、物理層（physical layer）
（1）在物理層上所傳數據的單位是比特。
（2）物理層要考慮用多大的電壓代表“1”或“0”，以及接收方如何識別出發送方所發送的比特。
（3）物理層要確定連接電纜的插頭應當有多少根引腳以及各引腳應如何連接。
（4）解釋比特代表的意思，就不是物理層的任務。
（5）傳遞信息利用的如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線信道等物理媒體，並不在物理層而是在物理層下面。
7、數據在各層之間的傳遞過程
假定主機1的應用進程AP1向主機2的應用進程AP2傳送數據。
（1）AP1先將其數據交給本主機的第5層（應用層）。
（2）第5層（應用層）加上必要的控制信息H5就變成了下一層的數據單元（報文）。
（3）第4層（運輸層）將收到的數據單元加上本層的控制信息H4（報文段），再交給第3層（網絡層）。
（4）第3層（網絡層）將收到的數據單元加上本層的控制信息H3（數據包），再交給第2層（數據鏈路層）。
（5）第2層（數據鏈路層）的控制信息被分成兩部分，分別加到本層數據單元的首部H2和尾部T2（幀）。
（6）第1層（物理層）負責比特流的傳送，不再加上控制信息，傳送比特流時應從首部開始傳送。
（7）物理層傳送比特流離開主機1，經網絡的物理媒體傳送到路由器。
（8）比特流從路由器的第1層依次上升到第3層。每一層都根據控制信息進行必要的操作，然后將控制信息剝去，將該層剩下的數據單元上交給更高的一層。
（9）當分組上升到了第3層時，就根據首部中的目的地址查找路由器中的轉發表，找出轉發分組的接口，然后往下傳送到第2層，加上新的首部和尾部后，再到最下面的第1層，然后在物理媒體上把每一個比特發送出去。
（10）當這一串的比特流離開路由器到達目的站主機2時，就從主機2的第1層依次上升到第5層。最后，把應用進程AP1發送的數據交給目的站的應用進程AP2。
8、對等層
（1）對等層（peer layers）之間的通信是指任何兩個同樣的層次之間，把數據（即數據單元加上控制信息）通過水平虛線直接傳遞給對方的過程。
（2）各層協議實際上就是在各個對等層之間傳遞數據時的各項規定。
（3）OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU（Protocol Data Unit）。
（4）TCP/IP不一定是單指TCP和IP協議，而往往是表示整個TCP/IP協議族（protocol suite）。
7.4 實體、協議、服務和服務訪問點
1、實體
實體（entity）表示任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程，就是一個特定的軟件模塊。
2、協議
（1）協議是控制兩個對等實體（或多個實體）進行通信的規則的集合。
（2）協議的語法方面的規則定義了所交換的信息的格式。
（3）協議的語義方面的規則就定義了發送者或接收者所要完成的操作。
（4）在協議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。
（5）要實現本層協議的功能，還需要使用下面一層所提供的服務。
3、協議和服務的區別
（1）首先，協議對上面的實體是透明的。
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① 協議的實現保證了能夠向上一層提供服務。
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② 使用本層服務的實體只能看見服務而無法看見下面的協議。
（2）其次，協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之間通信的規則。
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① 服務是“垂直的”，即服務由下層通過層間接口向上層提供。
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② 只有能夠被高一層實體“看得見”的功能才能稱之為“服務”。
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③ 上層使用下層所提供的服務必須通過與下層交換一些命令，在OSI中稱為服務原語。
4、服務訪問點SAP（Service Access Point）
（1）服務訪問點是指在同一系統中相鄰兩層的實體進行交互（即交換信息）的地方，實際是一個邏輯接口。
（2）OSI把層與層之間交換的數據的單位稱為服務數據單元SDU（Service Data Unit）。
7.5 TCP/IP的體系結構
網絡接口層有時也稱為子網層，用於解決不同網絡的互連問題。
TCP/IP協議族的特點是上下兩頭大而中間小。應用層和網絡接口層都有多種協議，而中間的IP層很小，上層的各種協議都向下匯聚到一個IP協議中。
TCP/IP協議可以為各式各樣的應用提供服務（everything over IP）。
TCP/IP協議允許IP協議在各式各樣的網絡構成的互聯網上運行（IP over everything）。
