计算机网络与因特网014

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1、下载第14章协议与分层14.1概述前几章讨论了网络的基本硬件并说明构成局域网或广域网系统的组件，本章则叙述用于网络系统的软件的结构。这一章将解释硬件何以不能单独解决所有的通讯问题，并说明协议软件的必要性。它讨论网络协议软件必须处理的问题，以及解决问题的技术。更重要的是，本章描述了分层概念，为理解一套完整的协议怎样与硬件协同工作而构成一个强大的通信系统提供了概念基础。后面各章都建立在本章所提出的理论思想上。下一章将说明这些基本思想怎样扩展成一个互联网（internet）环境。后继章节则讲述一套完整的协议，并将说明这套

2、协议中各个协议怎样处理每个提及到的问题。再后的章节将展示应用程序是怎样利用协议软件在网络中进行通信的。14.2协议的必要性基本的通信硬件包括了点到点的位串传送机制。但是，使用裸硬件来进行通信就象用二进制位1和0来编程一样笨拙不便。为方便程序员，联网计算机使用了复杂的软件，为应用程序提供方便的高层接口。这种软件自动处理大部分低层通讯细节和问题，使应用程序间的通信变得很容易。因此，大多数应用程序依靠网络软件通信，并不直接与网络硬件打交道。通信涉及的所有部分都必须认同一套用于信息交换的规则（例如使用的语言和信息发送规则）

3、。外交官们把这种认同称为协议（protocol）。这一术语也可用于计算机通信：规定消息的格式以及每条消息所需的适当动作的一套规则称之为网络协议（networkprotocol）或计算机通信协议（computercommunicationprotocol）。实现这些规则的软件称为协议软件（protocolsoftware）。单个网络协议可以是简单的（例如传送文本文件时使用ASCII码的协定），也可以是复杂的（例如用复杂数学函数加密数据的协定）。概述如下：规定计算机信息交换中消息的格式和含义的协定称为通信协议。使用网络

4、的应用程序并不直接同网络硬件打交道，而是与按给定规则进行通信的协议软件打交道。14.3协议系列设计者不是设计一个单一、巨大的协议来为所有可能形式的通信规定完整的细节，而是采取了把通信问题划分成多个子问题，然后为每个子问题设计一个单独的协议的方法。这样做使得每个协议的设计、分析、实现和测试比较容易。正如我们将要看到的那样，将通信软件划分为多个协议增加了灵活性，因为它允许在需要时使用协议的子集。必须仔细地划分各个协议，以确保生成的通信系统有效和高效。为了避免重复劳动，每个协议应该处理其他协议所未处理的那部分通信问题。为

5、了让协议有效实现，协议之间应能共享数据结构和信息。最后，这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误或其他的异常情况。怎样保证这些协议很好地协同工作呢？答案在于一个完整的设计方案：不是孤立地开发每第14章协议与分层计计113下载个协议，而是将协议设计、开发成完整、协作的集合，称为协议系列（protocolsuite）或协议族（family）。协议系列中的每个协议解决部分通信问题，这些协议合起来就解决了整个通信问题。而且，整个系列被设计成能在协议之间高效交互。14.4协议设计规划应用层第七层表示层第六层已有几个工具可用

6、来帮助协议设计人员理解各个会话层第五层通信子问题，并规划一个完整的协议系列。分层模型传输层第四层（layeringmodel）是其中最重要的工具之一。本质上网络层第三层说，分层模型描述了把通信问题分为几个子问题（称数据链路层第二层为层，layer）的方法，一个协议系列可通过对应每一物理层第一层层规定一个协议来设计。例如，在早期网络历史中，国际标准化组织（InternationalOrganizationfor图14-1历史上的ISO七层参考模型。分层Standardization，ISO）定义了一个七层参考模型（7

7、-layer模型是一个工具，帮助协议设计人员ReferenceModel）。图14-1表示了ISO分层模型并给构造一套解决所有通信问题的协议出了每一层的号码。14.5七层模型ISO模型提出后的二十年来有关协议设计的思想已经改变，许多现代的协议也不符合旧的模型，但是许多ISO模型的术语仍然保留了下来。特别是当网络专业人员提到第几层时，通常指ISO的第几层（这一术语是非正式使用的，当用于现代网络时经常被延伸）。由于ISO模型为网络中复杂的硬件和协议组件的关系提供了一个简单的解释，它变得极为流行。在ISO模型中，最低层对

8、应于硬件，以后各层对应于使用硬件的固件或软件。本节将概述每一层的目的。第一层：物理层第一层对应于基本网络硬件。例如，在第4章中讲到的RS-232规范属于第一层，给出了局域网硬件的详细规范。第二层：数据链路层第二层协议规定怎样把数据组织成帧及怎样在网络中传输帧。例如，在第6章讲到的帧格式、充填的位或字节以及校验和的计算都划归第二层。第三层：网络层第三层协议规定