常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議介紹及層次關(guān)系

一、OSI模型

名稱 層次 功能

物理層 1 實現(xiàn)計算機系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)間的物理連接

數(shù)據(jù)鏈路層 2 進行數(shù)據(jù)打包與解包，形成信息幀

網(wǎng)絡(luò)層 3 提供數(shù)據(jù)通過的路由

傳輸層 4 提供傳輸順序信息與響應(yīng)

會話層 5 建立和中止連接

表示層 6 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、確認(rèn)數(shù)據(jù)格式

應(yīng)用層 7 提供用戶程序接口

二、協(xié)議層次

網(wǎng)絡(luò)中常用協(xié)議以及層次關(guān)系

1、 進程/應(yīng)用程的協(xié)議

平時最廣泛的協(xié)議，這一層的每個協(xié)議都由客程序和服務(wù)程序兩部分組成。程序通過服務(wù)器與客戶機交互來工作。常見協(xié)議有：Telnet、FTP、SMTP、HTTP、DNS等。

2、 主機—主機層協(xié)議

建立并且維護連接，用于保證主機間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴＿@一層主要有兩個協(xié)議：

TCP（Transmission Control Protocol：傳輸控制協(xié)議；面向連接，可靠傳輸

UDP（User Datagram Protocol）：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議；面向無連接，不可靠傳輸

3、 Internet層協(xié)議

負責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，在不同網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)間尋找路由，分段和重組數(shù)據(jù)報文，另外還有設(shè)備尋址。些層包括如下協(xié)議：

IP（Internet Protocol）：Internet協(xié)議，負責(zé)TCP/IP主機間提供數(shù)據(jù)報服務(wù)，進行數(shù)據(jù)封裝并產(chǎn)生協(xié)議頭，TCP與UDP協(xié)議的基礎(chǔ)。

ICMP（Internet Control Message Protocol）：Internet控制報文協(xié)議。ICMP協(xié)議其實是IP協(xié)議的的附屬協(xié)議，IP協(xié)議用它來與其它主機或路由器交換錯誤報文和其它的一些網(wǎng)絡(luò)情況，在ICMP包中攜帶了控制信息和故障恢復(fù)信息。

ARP（Address Resolution Protocol）協(xié)議：地址解析協(xié)議。

RARP（Reverse Address Resolution Protocol）：逆向地址解析協(xié)議。

OSI 全稱（Open System Interconnection）網(wǎng)絡(luò)的OSI七層結(jié)構(gòu)2008年03月28日 星期五 14:18（1）物理層——Physical

這是整個OSI參考模型的最低層，它的任務(wù)就是提供網(wǎng)絡(luò)的物理連接。所以，物理層是建立在物理介質(zhì)上（而不是邏輯上的協(xié)議和會話），它提供的是機械和電氣接口。主要包括電纜、物理端口和附屬設(shè)備，如雙絞線、同軸電纜、接線設(shè)備（如網(wǎng)卡等）、RJ－45接口、串口和并口等在網(wǎng)絡(luò)中都是工作在這個層次的。

物理層提供的服務(wù)包括：物理連接、物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元順序化（接收物理實體收到的比特順序，與發(fā)送物理實體所發(fā)送的比特順序相同）和數(shù)據(jù)電路標(biāo)識。

（2）數(shù)據(jù)鏈路層——DataLink

數(shù)據(jù)鏈路層是建立在物理傳輸能力的基礎(chǔ)上，以幀為單位傳輸數(shù)據(jù)，它的主要任務(wù)就是進行數(shù)據(jù)封裝和數(shù)據(jù)鏈接的建立。封裝的數(shù)據(jù)信息中，地址段含有發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點的地址，控制段用來表示數(shù)據(jù)連接幀的類型，數(shù)據(jù)段包含實際要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，差錯控制段用來檢測傳輸中幀出現(xiàn)的錯誤。

數(shù)據(jù)鏈路層可使用的協(xié)議有SLIP、PPP、X.25和幀中繼等。常見的集線器和低檔的交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是工作在這個層次上，Modem之類的撥號設(shè)備也是。工作在這個層次上的交換機俗稱“第二層交換機”。

具體講，數(shù)據(jù)鏈路層的功能包括：數(shù)據(jù)鏈路連接的建立與釋放、構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)單元、數(shù)據(jù)鏈路連接的分裂、定界與同步、順序和流量控制和差錯的檢測和恢復(fù)等方面。

（3）網(wǎng)絡(luò)層——Network

網(wǎng)絡(luò)層屬于OSI中的較高層次了，從它的名字可以看出，它解決的是網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間，即網(wǎng)際的通信問題，而不是同一網(wǎng)段內(nèi)部的事。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能即是提供路由，即選擇到達目標(biāo)主機的最佳路徑，并沿該路徑傳送數(shù)據(jù)包。除此之外，網(wǎng)絡(luò)層還要能夠消除網(wǎng)絡(luò)擁擠，具有流量控制和擁擠控制的能力。網(wǎng)絡(luò)邊界中的路由器就工作在這個層次上，現(xiàn)在較高檔的交換機也可直接工作在這個層次上，因此它們也提供了路由功能，俗稱“第三層交換機”。

網(wǎng)絡(luò)層的功能包括：建立和拆除網(wǎng)絡(luò)連接、路徑選擇和中繼、網(wǎng)絡(luò)連接多路復(fù)用、分段和組塊、服務(wù)選擇和流量控制。

（4）傳輸層——Transport

傳輸層解決的是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸質(zhì)量問題，它屬于較高層次。傳輸層用于提高網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量，提供可靠的端到端的數(shù)據(jù)傳輸，如常說的QoS就是這一層的主要服務(wù)。這一層主要涉及的是網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，它提供的是一套網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，如TCP協(xié)議。

傳輸層的功能包括：映像傳輸?shù)刂返骄W(wǎng)絡(luò)地址、多路復(fù)用與分割、傳輸連接的建立與釋放、分段與重新組裝、組塊與分塊。

根據(jù)傳輸層所提供服務(wù)的主要性質(zhì)，傳輸層服務(wù)可分為以下三大類：

A類：網(wǎng)絡(luò)連接具有可接受的差錯率和可接受的故障通知率（網(wǎng)絡(luò)連接斷開和復(fù)位發(fā)生的比率），A類服務(wù)是可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一般指虛電路服務(wù)。

C類：網(wǎng)絡(luò)連接具有不可接受的差錯率，C類的服務(wù)質(zhì)量最差，提供數(shù)據(jù)報服務(wù)或無線電分組交換網(wǎng)均屬此類。

B類：網(wǎng)絡(luò)連接具有可接受的差錯率和不可接受的故障通知率，B類服務(wù)介于A類與C類之間，在廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)多是提供B類服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的劃分是以用戶要求為依據(jù)的。若用戶要求比較高，則一個網(wǎng)絡(luò)可能歸于C型，反之，則一個網(wǎng)絡(luò)可能歸于B型甚至A型。例如，對于某個電子郵件系統(tǒng)來說，每周丟失一個分組的網(wǎng)絡(luò)也許可算作A型；而同一個網(wǎng)絡(luò)對銀行系統(tǒng)來說則只能算作C型了。

（5）會話層——Senssion

會話層利用傳輸層來提供會話服務(wù)，會話可能是一個用戶通過網(wǎng)絡(luò)登錄到一個主機，或一個正在建立的用于傳輸文件的會話。

會話層的功能主要有：會話連接到傳輸連接的映射、數(shù)據(jù)傳送、會話連接的恢復(fù)和釋放、會話管理、令牌管理和活動管理。

（6）表示層——Presentation

表示層用于數(shù)據(jù)管理的表示方式，如用于文本文件的ASCII和EBCDIC，用于表示數(shù)字的1S或2S補碼表示形式。如果通信雙方用不同的數(shù)據(jù)表示方法，他們就不能互相理解。表示層就是用于屏蔽這種不同之處。

表示層的功能主要有：數(shù)據(jù)語法轉(zhuǎn)換、語法表示、表示連接管理、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)壓縮。

（7）應(yīng)用層——Application

這是OSI參考模型的最高層，它解決的也是最高層次，即程序應(yīng)用過程中的問題，它直接面對用戶的具體應(yīng)用。應(yīng)用層包含用戶應(yīng)用程序執(zhí)行通信任務(wù)所需要的協(xié)議和功能，如電子郵件和文件傳輸?shù)?，在這一層中TCP/IP協(xié)議中的FTP、SMTP、POP等協(xié)議得到了充分應(yīng)用。

SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）的前身是簡單網(wǎng)關(guān)監(jiān)控協(xié)議（SGMP），用來對通信線路進行管理。隨后，人們對SGMP進行了很大的修改，特別是加入了符合Internet定義的SMI和MIB：體系結(jié)構(gòu)，改進后的協(xié)議就是著名的SNMP。SNMP的目標(biāo)是管理互聯(lián)網(wǎng)Internet上眾多廠家生產(chǎn)的軟硬件平臺，因此SNMP受Internet標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)管理框架的影響也很大?，F(xiàn)在SNMP已經(jīng)出到第三個版本的協(xié)議，其功能較以前已經(jīng)大大地加強和改進了。

SNMP的體系結(jié)構(gòu)是圍繞著以下四個概念和目標(biāo)進行設(shè)計的：保持管理代理（agent）的軟件成本盡可能低；最大限度地保持遠程管理的功能，以便充分利用Internet的網(wǎng)絡(luò)資源；體系結(jié)構(gòu)必須有擴充的余地；保持SNMP的獨立性，不依賴于具體的計算機、網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。在最近的改進中，又加入了保證SNMP體系本身安全性的目標(biāo)。

OSPF（Open Shortest Path First開放式最短路徑優(yōu)先）是一個內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，簡稱IGP），用于在單一自治系統(tǒng)（autonomous system，AS）內(nèi)決策路由。與RIP相對，OSPF是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，而RIP是距離向量路由協(xié)議。

RIP（Routing information Protocol）是應(yīng)用較早、使用較普遍的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，簡稱IGP），適用于小型同類網(wǎng)絡(luò)，是典型的距離向量（distance-vector）協(xié)議。文檔見RFC1058、RFC1723。

RIP通過廣播UDP報文來交換路由信息，每30秒發(fā)送一次路由信息更新。RIP提供跳躍計數(shù)（hop count）作為尺度來衡量路由距離，跳躍計數(shù)是一個包到達目標(biāo)所必須經(jīng)過的路由器的數(shù)目。如果到相同目標(biāo)有二個不等速或不同帶寬的路由器，但跳躍計數(shù)相同，則RIP認(rèn)為兩個路由是等距離的。RIP最多支持的跳數(shù)為15，即在源和目的網(wǎng)間所要經(jīng)過的最多路由器的數(shù)目為15，跳數(shù)16表示不可達

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）

即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測方法

一、基礎(chǔ)篇：

是一種爭用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。它起源于美國夏威夷大學(xué)開發(fā)的ALOHA網(wǎng)所采用的爭用型協(xié)議，并進行了改進，使之具有比ALOHA協(xié)議更高的介質(zhì)利用率。

CSMA/CD控制方式的優(yōu)點是：

原理比較簡單，技術(shù)上易實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位 ，不需集中控制，不提供優(yōu)先級控制。但在網(wǎng)絡(luò)負載增大時，發(fā)送時間增長，發(fā)送效率急劇下降。

CSMA/CD應(yīng)用在 ISO7層里的數(shù)據(jù)鏈路層

它的工作原理是： 發(fā)送數(shù)據(jù)前 先監(jiān)聽信道是否空閑 ，若空閑 則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，邊發(fā)送邊繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)。等待一段隨即時間，再重新嘗試。

二、進階篇：

CSMA/CD控制規(guī)程：

控制規(guī)程的核心問題：解決在公共通道上以廣播方式傳送數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的問題（主要是數(shù)據(jù)碰撞問題）

控制過程包含四個處理內(nèi)容：偵聽、發(fā)送、檢測、沖突處理

（1） 偵聽：

通過專門的檢測機構(gòu)，在站點準(zhǔn)備發(fā)送前先偵聽一下總線上是否有數(shù)據(jù)正在傳送（線路是否忙）？

若“忙”則進入后述的“退避”處理程序，進而進一步反復(fù)進行偵聽工作。

若“閑”，則一定算法原則（“X堅持”算法）決定如何發(fā)送。

（2） 發(fā)送：

當(dāng)確定要發(fā)送后，通過發(fā)送機構(gòu)，向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

（3） 檢測：

數(shù)據(jù)發(fā)送后，也可能發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞。因此，要對數(shù)據(jù)邊發(fā)送，邊接收，以判斷是否沖突了。（參5P127圖）

（4）沖突處理：

當(dāng)確認(rèn)發(fā)生沖突后，進入沖突處理程序。有兩種沖突情況：

① 偵聽中發(fā)現(xiàn)線路忙

② 發(fā)送過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞

① 若在偵聽中發(fā)現(xiàn)線路忙，則等待一個延時后再次偵聽，若仍然忙，則繼續(xù)延遲等待，一直到可以發(fā)送為止。每次延時的時間不一致，由退避算法確定延時值。

② 若發(fā)送過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞，先發(fā)送阻塞信息，強化沖突，再進行偵聽工作，以待下次重新發(fā)送（方法同①）

面向比特的協(xié)議中最有代表性的是IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC（Synchronous Data Link Control），國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO （International Standards Organization）的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC（High Level Data Link Control），美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（American National Standar ds Institute ）的先進數(shù)據(jù)通信規(guī)程ADCCP （ Advanced Data Communications Control Procedure）。這些協(xié)議的特點是所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)可以是任意位，而且它是靠約定的位組合模式，而不是靠特定字符來標(biāo)志幀的開始和結(jié)束，故稱“面向比特”的協(xié)議。

二．幀信息的分段

SDLC／HDLC的一幀信息包括以下幾個場（Field），所有場都是從最低有效位開始傳送。

1． SDLC／HDLC標(biāo)志字符

SDLC／HDLC協(xié)議規(guī)定，所有信息傳輸必須以一個標(biāo)志字符開始，且以同一個字符結(jié)束。這個標(biāo)志字符是01111110，稱標(biāo)志場（F）。從開始標(biāo)志到結(jié)束標(biāo)志之間構(gòu)成一個完整的信息單位，稱為一幀（Frame）。所有的信息是以幀的形式傳輸?shù)模鴺?biāo)志字符提供了每一幀的邊界。接收端可以通過搜索“01111110”來探知幀的開頭和結(jié)束，以此建立幀同步。

2．地址場和控制場

在標(biāo)志場之后，可以有一個地址場A（Address）和一個控制場C（Contro1）。地址場用來規(guī)定與之通信的次站的地址?？刂茍隹梢?guī)定若干個命令。SDLC規(guī)定A場和C場的寬度為8位。HDLC則允許A場可為任意長度，C場為8位或16位。接收方必須檢查每個地址字節(jié)的第一位，如果為“0”，則后邊跟著另一個地址字節(jié)；若為“1”，則該字節(jié)就是最后一個地址字節(jié)。同理，如果控制場第一個字節(jié)的第一位為“0”，則還有第二個控制場字節(jié)，否則就只有一個字節(jié)。

3．信息場

跟在控制場之后的是信息場I（Information）。I場包含有要傳送的數(shù)據(jù)，亦成為數(shù)據(jù)場。并不是每一幀都必須有信息場。即信息場可以為0，當(dāng)它為0時，則這一幀主要是控制命令。

4．幀校驗場

緊跟在信息場之后的是兩字節(jié)的幀校驗場，幀校驗場稱為FC（Frame Check）場， 校驗序列FCS（Frame check Sequence）。SDLC／HDLC均采用16位循環(huán)冗余校驗碼CRC （Cyclic Redundancy Code），其生成多項式為CCITT多項式X^16+X^12+X^5+1。除了標(biāo)志場和自動插入的“0”位外，所有的信息都參加CRC計算。 CRC的編碼器在發(fā)送碼組時為每一碼組加入冗余的監(jiān)督碼位。接收時譯碼器可對在糾錯范圍內(nèi)的錯碼進行糾正，對在校錯范 圍內(nèi)的錯碼進行校驗，但不能糾正。超出校、糾錯范圍之外的多位錯誤將不可能被校驗發(fā)現(xiàn) 。

三．實際應(yīng)用時的兩個技術(shù)問題

1．“0”位插入／刪除技術(shù)

如上所述，SDLC／HDLC協(xié)議規(guī)定以01111110為標(biāo)志字節(jié)，但在信息場中也完全有可能有同一種模式的字符，為了把它與標(biāo)志區(qū)分開來，所以采取了“0”位插入和刪除技術(shù)。具體作法是發(fā)送端在發(fā)送所有信息（除標(biāo)志字節(jié)外）時，只要遇到連續(xù)5個“1”，就自動插入一個“0”當(dāng)接收端在接收數(shù)據(jù)時（除標(biāo)志字節(jié)）如果連續(xù)接收到5個“1”，就自動將其后的一個“0”刪除，以恢復(fù)信息的原有形式。這種“0”位的插入和刪除過程是由硬件自動完成的，比上述面向字符的“數(shù)據(jù)透明”容易實現(xiàn)。

2． SDLC／HDLC異常結(jié)束

若在發(fā)送過程中出現(xiàn)錯誤，則SDLC／HDLC協(xié)議用異常結(jié)束（Abort）字符，或稱失效序列使本幀作廢。在HDLC規(guī)程中7個連續(xù)的“1”被作為失效字符，而在SDLC中失效字符是8個連續(xù)的“1”。當(dāng)然在失效序列中不使用“0”位插入／刪除技術(shù)。

SDLC／HDLC協(xié)議規(guī)定，在一幀之內(nèi)不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)間隔。在兩幀信息之間，發(fā)送器可以連續(xù)輸出標(biāo)志字符序列，也可以輸出連續(xù)的高電平，它被稱為空閑（Idle）信號。

編輯：hfy