第二章——網路體系架構與網路協議 總結
【本文根據《計算機網路（第二版）》進行考點總結】
第二章
**2.1
Q:網路協議的概念？【P19】
答：為網路資料交換而制定的規則、約定與標準。
【相關概念】
協議的不同形式：
（1）文字描述的協議（用於人理解）；
（2）程式程式碼實現的協議（用於計算機工作）。
Q:網路協議的三要素？【P19】
答：網路協議的三要素為語法、語義與時序。
語義：用於解釋控制資訊的每一個部分的含義，包括需要發出何種控制資訊，完成何種動作以及做出何種反應；
語法：是使用者資料與控制資訊的結構與格式；
時序（同步）：對事件發生順序的詳細說明，包括資料應該在何時傳送出去，以及資料應該以什麼速率傳送。
**2.2
Q:計算機網路的工作原理？【P21】
答：建立在協議（protocol）、層次（layer）、介面（interface）、網路體系結構（architecture）的概念基礎上。
協議：通訊雙方就如何進行通訊的一種約定。要保證系統的正常和有序地執行，就必須制定和執行各種通訊規則。
層次：利用分層，將一個大而複雜系統劃分為若干個小的、功能相對獨立的部分。
介面：為同一結點內相鄰層之間交換資訊的連線點。同一個結點的相鄰層之間存在著明確規定的介面，低層向高層通過介面提供服務。只要介面條件不變、低層功能不變，低層功能的具體實現方法與技術的變化不會影響整個系統的工作。
網路體系結構：計算機網路的層次結構模型與各層協議的集合。
【相關概念】
分層的特點：
u 降低了問題的複雜度：將總體要實現的很多功能分配在不同層次中；
u 對每個層次要完成的服務及服務要求都有明確規定；
u 不同的系統分成相同的層次；
u 不同系統的最低層之間存在著“物理”通訊；
u 對等層功能一致，且在協議的規定記憶體在“虛擬”通訊；
u 高層使用低層提供的服務時，並不需要知道低層服務的具體實現方法。
層次結構模型的分層原則：
u 網中各結點都具有相同的層次；
u 不同結點的同等層具有相同的功能；
u 同一結點內相鄰層之間通過介面通訊；
u 每一層可以使用下層提供的服務，並向其上層提供服務；
u 不同結點的同等層通過協議來實現對等層之間的通訊。
*Q:什麼是計算機網路體系結構？【P22】
答：計算機網路的體系結構是計算機網路的層次結構模型與各層協議的集合。體系結構是抽象的，而實現網路協議的技術是真實的，是指能夠執行的一些硬體和軟體。
*Q:按照層次結構設計計算機網路的體系結構有什麼優點？【P22】
答：（1）各層之間相互獨立：每層只需要知道通過與低層的介面就可以獲得所需要的服務。
（2）靈活性好：各層可以採用最合適的技術來實現。
（3）易於實現和維護：複雜而龐大的系統被層次結構分解為若干個相對獨立的子系統。
（4）有利於促進標準化：每一層的介面及其所提供服務有明確的說明。
***2.3
OSI參考模型
Q:什麼是OSI參考模型？【P23】
答：試圖使各種計算機在世界範圍內互連成網的標準框架，即著名的開放系統互連參考模型。
“開放”：是指一臺聯網計算機系統只要遵循OSI標準，就可以與位於世界上任何地方，同樣遵循同一標準的其他任何一臺聯網計算機系統進行通訊。
OSI參考模型本身並不是一個網路體系結構，因為它並沒有定義每一層所使用的協議，而只是指明瞭每一層應該做些什麼事。
*Q: OSI參考模型有哪三個主要概念？
答：OSI/RM有三個主要的概念：服務、介面和協議。
【相關概念】
服務：在網路體系結構中，服務（service）是指某一層向其相鄰上層提供的一組操作（或原語）。下層是服務提供者，上層是服務使用者。
一個服務通常由一組原語來描述，使用者通過這些原語可以訪問該服務：
（1）告訴服務要做些什麼；
（2）向用戶程序報告對等實體做了些什麼。
實體(entity)：任何可傳送或接收資訊的軟體程序或硬體。
在不同機器上同一層內的實體叫做對等實體。
N+1層實體是通過N層的服務訪問點（SAP）來使用N層所提供的服務。
協議分層：上層呼叫下層的服務，下層為上層提供服務。
*Q:OSI中服務、協議、介面的關係？
答：協議是“水平的”，控制對等實體之間通訊的規則，並描述該層的功能。
服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間介面提供的。
服務涉及層間的介面，協議涉及到對等實體間傳送的分組。
實體利用協議來實現它們的服務的定義，實體可以自由的改變協議，但不能改變服務。
*Q:OSI參考模型的層次、各層的功能及其特點？
答：
層次 | 功能 | 特點 | 協議 |
物理層 | 利用傳輸介質為通訊的主機之間建立、管理和釋放物理連線，實現位元流的傳輸。 需要完成的工作：線路的配置、確定資料傳輸的模式、確定訊號的形式、對訊號進行編碼、連線傳輸介質。 | 資料傳輸單元：位元 典型裝置：中繼器、集線器 服務物件：資料鏈路層 | EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45 |
資料鏈路層 | 在物理層提供的服務基礎上，通過建立資料鏈路連線，採用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的資料鏈路。 | 資料傳輸單位：幀 典型裝置：二層交換機 特點：將真實的錯誤掩蓋起來，使網路層看不到。 | 停止等待協議、SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼 |
網路層 | 1）通過路由選擇演算法為分組通過通訊子網選擇適當的傳輸路徑，實現流量控制、擁塞控制和網路互聯等功能； | 資料傳輸單位：分組 典型裝置：路由器、帶有路由功能的三層交換機 特點：為資料在結點之間傳輸建立邏輯鏈路。 | IP、IPX、ICMP、RIP、OSPF、ARP、RARP、AKP、UUCP |
傳輸層 | 1）為分佈在不同地理位置的計算機的程序提供可靠端到端的連線和資料傳輸服務； 2）處理資料包錯誤、資料包次序，以及其他一些關鍵傳輸問題。 | 資料傳輸單元：報文 特點：向高層遮蔽了下層資料通訊的細節，是計算機通訊體系結構中關鍵的一層。 | TCP、UDP |
會話層 | 負責維護兩個會話主機之間連線的建立、管理和終止以及資料的交換。 | Socket、NFS、SQL、RPC 、X-WINDOWS、ASP、SCP | |
表示層 | 在會話層提供服務的基礎上，負責通訊系統之間的： 資料格式變換； 資料加密與解密； 資料壓縮與恢復。 | 表示層以下的各層最關注的是如何傳遞資料位，而表示層關注的是所傳遞資訊的語法和語義。 | Telnet、Rlogin、 SNMP、Gopher |
應用層 | 1）在表示層提供服務的基礎上，實現協同工作的應用程式之間的通訊過程控制，向用戶提供各種網路應用服務； 2）為應用程式提供了網路服務。 | HTTP、TFTP、FTP、 NFS、WAIS、SMTP |
【相關概念】
傳送方：將使用者資料由高層向低層逐層傳遞，每經過一層，加上該層的控制資訊，直到最低層（物理層），然後直接通過物理媒體傳輸到目的方。（逐層封裝）
接收方：將收到的資料由低層向高層逐層傳遞，每經過一層，去掉該層的控制資訊，直到最高層，恢復為使用者資料。（逐層解封）
介面標準由四個特性來說明：
u 機械特性:指明介面所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等。
u 電氣特性:指明在介面電纜的各條線上出現的電壓的範圍,脈衝寬度和頻率，資料傳送速率，最大傳輸距離等。
u 功能特性:介面引（線）腳的功能和作用，指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。
u 過程特性:指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序。
TCP/IP參考模型
Q: TCP/IP參考模型的分層及協議？【P25】
答：
層次 | 功能 | 協議 |
網路介面層 | 參考模型的最低層，負責通過網路傳送和接收IP分組。 | SONET、802.11、Toking Ring、Ethernet |
網際層 | 定義了官方的資料包的格式和協議； 允許主機將資料包注入到任何網路，並且讓資料包獨立地到達接收方，並且資料包的到達順序可能與它們被髮送的順序不同。 | IP、ICMP、ARP、IGMP |
傳輸層 | 負責在會話程序之間建立和維護端到端的連線，實現網路環境中分散式程序通訊。 | TCP（可靠的面向連線協議）、UDP（不可靠的無連線協議） |
應用層 | 包括各種標準的網路應用協議，並且總是不斷有新的協議加入。 | TELNET、FTP、SMTP、HTTP、DNS、SNMP、DHCP |
Q: 評價OSI參考模型？【P26】
答：優勢：
（1）明確區分服務、介面和協議3個概念，具有更好的隱蔽性
（2）先模型、後協議，更具通用性
缺陷：
（1）存在缺陷：會話層很少使用，表示層幾乎是空的。資料鏈路層與網路層有很多子層插入，每個子層都有不同的功能。
（2）OSI參考模型將“服務”和“協議”的定義結合起來，使得參考模型變得格外複雜，實現困難。
（3）每層的功能不夠獨立：定址、流量與差錯控制在OSI參考模型的多個層次中重複出現，降低系統執行效率。
（4）資料安全性、加密與網路管理在參考模型的設計初期被忽略了。
Q: 評價TCP/IP參考模型？【P27】
答：優勢：
（1）TCP/IP協議簇是自由發展的協議，且是自由開放的，於是很快得到了廣泛應用。
（2）模型的開放性和相容性使得很多大的公司都支援它，如IBM公司、DEC以及微軟等計算機公司都紛紛支援TCP/IP。
（3）很多網路OS都支援它，如NetWare，NT等，特別是早期的Unix作業系統。
缺陷：
（1）TCP/IP模型沒有明確區分服務、介面和協議的概念。
（2）TCP/IP模型一點也不通用，不適合於其它非TCP/IP協議族。
（3）TCP/IP參考模型的主機-網路層本身並不是實際的一層，僅定義了網路層與資料鏈路層的介面。
Q: 比較OSI參考模型與TCP/IP參考模型？【P26】
答：聯絡：
1）都以協議棧為基礎，且協議彼此相互獨立；
2）各層功能大致相似。
區別：
1）OSI明確區分服務、介面和協議，TCP/IP沒有；
2）OSI先提出模型，後實現協議，TCP/IP相反；
3）OSI 7層， TCP/IP4層。
4）OSI網路層支援無連線和麵向連線的傳輸服務，傳輸層支援面向連線；TCP/IP網路層支援無連線，傳輸層兩種都支援。
小結：
u 網路體系結構與網路協議是網路技術中兩個最基本的概念；
u 網路中計算機之間要做到有條不紊地交換資料就必須遵守一些事先約定好的規則。這些為網路資料交換而制定的規則、約定與標準被稱為網路協議。功能完備的網路需要制定一系列的協議；
u 網路協議就是按照層次結構模型來組織的，網路層次結構模型與各層協議的集合定義為計算機網路體系結構；
u ISO定義的開放系統互聯參考模型OSI定義了開放系統的層次結構、層次之間的關係以及各層可能包括的服務，對推動網路協議標準化的研究起到了重要的作用；
u TCP/IP參考模型與協議利用正確的策略，抓住了有利時機，伴隨著Internet的廣泛應用成為事實上的標準。