对五层网络协议体系结构的理解

简单各层作用说：

应用层解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题

运输层解决进程之间基于网络的通信问题

网络层解决分组在多个网络上传输(路由)的问题

数据链路层解决分组在一个网络(或一段链路)上传输的问题

物理层解决使用何种信号来传输比特的问题以及选择何种传输设备

各层含有设备？

物理层（比特）：中继器、集线器、USB、网线

数据链路层（帧）：网卡、网桥、交换机

网络层（数据包）：路由器、防火墙、多层交换机

物理层------设备有哪些？作用是啥？

中继器：信号在经过一段时间的传输之后，因为某些原因会造成信号的衰减和失真，中继器的主要作用就是将信号整形放大再转发出去。它的工作原理是信号再生，而不是简单的将衰减的信号放大

集线器：实质上是一种多端口的中继器，作用是对信号进行放大和转发

放大器与中继器的区别：放大器和中继器都起放大作用，只不过放大器放大的是模拟信号，原理是将衰减的信号放大；中继器放大的是数字信号，原理是信号再生。

数据链路层-------网卡、网桥、交换机

网卡（网络适配器）的功能

网卡能够对数据的串行和并行传输进行转换，并且能够对数据进行缓存，实现以太网协议，同时能够实现帧的传送和接收，对帧进行封装等。

网桥的概念

网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。

网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口

交换机SWITCH

目前以太网中使用最广泛的互连设备

工作在OSI体系结构的数据链路层（也包括物理层)

根据MAC地址对帧进行转发

使用交换机作为互连设备的以太网，称为交换式以太网。交换机可以根据MAC地址过滤帧，即隔离碰撞域。

交换机的每个接口是一个独立的碰撞域

交换机隔离碰撞域但不隔离广播域(VLAN除外)

网络层-----路由器、多层交换机、防火墙？

路由器

路由器实现局域网与局域网的互联，局域网与Internet的互联；

路由器主要完成两个功能：一是路由选择（确定哪一条路径），二是分组转发（当一个分组到达时所采取的动作）。

（1）路由选择是根据特定的路由选择协议构造路由表，同时经常或定期地和相邻路由器交换信息而不断地更新和维护路由表。

（2）分组转发是处理通过路由器的数据流，关键操作是转发表查询、转发相关的队列管理和任务调度等。

防火墙

而防火墙作为一个安全网络设备，作用于内部网络与内部网络之间，或者内部网络与Internet之间，防火墙负责网络访问限制。

总的来说，交换机负责连接设备，路由器负责连接网络，防火墙负责网络访问限制。

TCP/IP 四层模型中每一层对应的协议

（1）数据链路层：

自动重传请求协议:ARQ

停止等待协议:CSMA/CD

点对点协议:PPP

（2）网络层对应的协议有：

IP（网际互连协议）、ICMP（网络控制报文协议）、ARP（地址解析协议）、RARP（逆地址解析协议）、IGMP（网际组管理协议）

（3）传输层对应的协议有：

UDP（用户数据报协议）、TCP（传输控制协议）

（4）应用层对应的协议有：

FTP（文件传输协议）、HTTP（超文本传输协议）、DNS（域名解析协议）、Telnet（远程登录协议）、SMTP（简单邮件传输协议），SNMP（简单网络管理协议）、DHCP（动态主机分配协议）

应用层的作用

应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程(主机中正在运行的程序)间的通信和交互的规则。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。

在互联网中的应用层协议很多，如域名系统DNS，支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议等等。我们把应用层交互的数据单元称为报文。

传输层的作用

主要解决：

1、如何解决进程之间基于网络的通信问题

2、出现传输错误时，如何处理

传输层为不同主机上运行的应用进程提供逻辑通信。传输层使用两种不同的协议：即面向连接的、可靠的传输控制协议TCP，和面向非连接的、不可靠的用户数据报协议UDP。

传输层有两大重要的功能：复用和分用。

① 复用是指在发送端，多个应用进程共用一个传输层。

② 分用是指在接收端，传输层会根据端口号将数据分派给不同的应用进程。

运输层主要使用以下两种协议:

TCP(传输控制协议)——提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段。

UDP(用户数据协议)——提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性)，其数据传输的单位是用户数据报。

网络层的作用

主要解决：

1、如何标识各网络以及网络中的各主机(网络和主机共同编址的问题，例如lP地址）

2、路由器如何转发分组，如何进行路由选择

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组(也称IP数据报)或包进行传送。

互联网是由大量的异构网络通过路由器相互连接起来的。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP和许多路由选择协议，因此互联网的网络层也叫做网际层或IP层。

数据链路层解决的问题

主要解决：

1、如何标识网络中的各主机（主机编址问题，例如MAC地址)

2、如何从信号所表示的一连串比特流中区分出地址和数据

3、如何协调各主机争用总线

数据链路层的三个基本问题

（1）封装成帧：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在接收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记识别帧的开始和结束。

（2）透明传输：由于帧的开始和结束的标记使用特定的控制字符，如果数据本身就含有这些特定的字符，就会出现帧定界的错误。若传输时，帧的数据部分不会出现帧定界的控制字符，这样的传输就是透明传输。

（3）差错检测：传输过程中可能出现比特差错，比如1可能会变成0，0可能会变成1，或者出现帧丢失、帧重复、帧失序等问题。

常用的检错方法有：① 奇偶校验 ② 循环冗余校验CRC

物理层解决的作用

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒介上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒介。物理层的传输媒介，如光纤、双绞线、同轴电缆等，并不在物理层之内，而是在物理层的下面。物理层的任务是确定传输媒介的接口特性，即机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。

主要解决：

1、采用怎样的传输媒体(介质)

2、采用怎样的物理接口

3、使用怎样的信号表示比特O和1

为什么计算机网络要采用分层结构？

（1）各层之间相互独立：上层不需要知道下层的功能是如何实现的，只需要知道通过下层的接口可以获得什么服务即可。

（2）灵活性好：只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变。所以随着技术的发展，每一层都可以采用最新的技术来实现功能。

（3）易于实现和标准化：采用分层结构后，可以将计算机网络复杂的通信过程划分为有序的连续动作与有序的交互过程，有利于将网络复杂的通信工作过程化解为一系列可以控制和实现的功能模块，使得复杂的计算机网络系统变得易于设计，实现和标准化