武漢大學(xué)論文——計算機網(wǎng)絡(luò)層次體系概論

1、<p>　　武 漢 大 學(xué)</p><p><b>　　《計算機網(wǎng)絡(luò)》</b></p><p><b>　　學(xué)生考試論文</b></p><p>　　題 目： 計算機網(wǎng)絡(luò)體系層次概論 </p><p>　　指導(dǎo)教師：

2、 職 稱： </p><p>　　姓 名： 學(xué) 號： </p><p>　　班 級： 年 級： </p><p>　　專 業(yè)： 軟件工程

3、 </p><p>　　2016年11月18日</p><p>　　計算機網(wǎng)絡(luò)體系層次概論</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是21世紀最熱門技術(shù)之一，也是支持全球信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)之一，在各領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的作用。本文主要概述現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)體系分層

4、原則及其相關(guān)的功能、協(xié)議。</p><p>　　關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)分層 TCP/IP</p><p><b>　　背景</b></p><p>　　上世紀60年代末期，早期的網(wǎng)絡(luò)都是各公司根據(jù)用戶的要求而設(shè)計的。雖然用戶的應(yīng)用要求千變?nèi)f化，但對網(wǎng)絡(luò)（通信）的要求相對一致。為使本公司的產(chǎn)品可以適應(yīng)千變?nèi)f化的應(yīng)用要求，尤其是適應(yīng)用戶擴充應(yīng)

5、用的要求，同時也是為了滿足市場的要求，保證新老產(chǎn)品的兼容性和可操作性，各公司提出了基于本公司產(chǎn)品的計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，通用的計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)逐漸浮出水面?，F(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)以后第一個被提出來并實際使用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。直到目前，其產(chǎn)生和發(fā)展過程始終與計算機網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生和發(fā)展的過程保持協(xié)調(diào)一致。為了簡

6、化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)的復(fù)雜性，層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)問題分解為若干個不同的小問題，每個層次專注于解決特定的問題，這樣就比較容易對所解決本層次涉及的實際問題實現(xiàn)模塊化和標準化，標準化的層次間的通信規(guī)則被稱為協(xié)議。層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是層和協(xié)議的集合。</p><p>　　1.計算機網(wǎng)絡(luò)及其分層</p><p>　　1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念</p><p>　　一般

7、來講,計算機網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。</p><p>　　1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)分層</p><p>　　1.2.1 五層體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　在學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)的原理是往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/

8、IP的優(yōu)點，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（圖1），這樣既能簡潔又能將概念闡述清楚。從上到下分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 ；其中高層（即5、4層）定義了應(yīng)用程序的功能，下面3層（即3、2、1層）主要面向通過網(wǎng)絡(luò)的端到端的數(shù)據(jù)流。</p><p>　　1.2.2網(wǎng)絡(luò)分層的原因、優(yōu)點及原則</p><p>　　原因：為了簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)的復(fù)雜性，層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)將復(fù)雜的

9、網(wǎng)絡(luò)問題分解為若干個不同的小問題，每個層次專注于解決特定的問題。 </p><p>　　優(yōu)點：（1）人們可以很容易的討論和學(xué)習(xí)協(xié)議的規(guī)范細節(jié)。 </p><p>　?。?）層間的標準接口方便了工程模塊化。</p><p>　?。?）創(chuàng)建了一個更好的互連環(huán)境。</p><p>　?。?）降低了復(fù)雜度，使程序更容易修改，產(chǎn)品開發(fā)的速度更快。<

10、;/p><p>　　（5）每層利用緊鄰的下層服務(wù)，更容易記住各層的功能。</p><p>　　原則：（1）各個層之間有清晰的邊界,便于理解; （2）每個層實現(xiàn)特定的功能; </p><p>　?。?）層次的劃分有利于國際標準協(xié)議的制定;

11、 （4）層的數(shù)目應(yīng)該足夠多，以避免各個層功能重復(fù)</p><p>　　2.物理層 </p><p>　　2.1物理層的基本概念</p><p>　　物理層是計算機網(wǎng)絡(luò)五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)模型中最低的一層，但卻是整個開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物理層規(guī)定:為傳輸數(shù)據(jù)所需要的物理鏈路創(chuàng)建、維持、拆除

12、，而提供具有機械的、電子的、功能和規(guī)范的特性。簡單的說，物理層確保原始的數(shù)據(jù)可在各種物理媒體上傳輸。</p><p>　　2.2物理層的基本功能</p><p>　　（1）為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供數(shù)據(jù)的通路，數(shù)據(jù)通路可以是一個物理媒體，也可以是多個物理媒體連接而成。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸，包括激活物理連接，傳達數(shù)據(jù)，終止物理連接。所謂激活就是不管有多少物理媒體參與，都要在通信的兩個數(shù)據(jù)端設(shè)備間連接起來

13、，形成一條通路</p><p>　　（2）傳輸數(shù)據(jù)，物理層要形成適合數(shù)據(jù)傳輸需要的實體，為數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。一是要保證數(shù)據(jù)能在其上正確通過，二是要提供足夠的帶寬，以減少信道上的擁塞。</p><p><b>　　3.數(shù)據(jù)鏈路層</b></p><p>　　3.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念</p><p>　　數(shù)據(jù)鏈路層是五層協(xié)議體

14、系結(jié)構(gòu)模型中的第二層，介乎于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間。數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，其最基本的服務(wù)是將源自網(wǎng)絡(luò)層來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點的目標機網(wǎng)絡(luò)層。</p><p><b>　　3.2 PPP協(xié)議</b></p><p>　　點對點協(xié)議PPP是數(shù)據(jù)鏈路層使用的最多的一種協(xié)議。</p><p>　　特點：簡單：只檢測差錯

15、，而不是糾正差錯；不使用序號，也不進行流量控制；可同時支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。</p><p><b>　　功能：</b></p><p>　?。?） 成幀：可以毫無歧義的分割出一幀的起始和結(jié)束。</p><p>　?。?）鏈路控制：有一個稱為LCP的鏈路控制協(xié)議，支持同步和異步線路，也支持面向字節(jié)的和面向位的編碼方式，可用于啟動路線、測試線路、協(xié)

16、商參數(shù)、以及關(guān)閉線路。</p><p>　?。?）網(wǎng)絡(luò)控制：具有協(xié)商網(wǎng)絡(luò)層選項的方法，并且協(xié)商方法與使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議獨立。</p><p>　　3.3數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能</p><p>　?。?）差錯處理。將物理層傳輸來的比特流按照一定的規(guī)則組合成數(shù)據(jù)塊，并引入各種檢錯碼生成技術(shù)和傳輸控制規(guī)程，屏蔽物理層的特征，變不可靠的物理連接為可靠的數(shù)據(jù)鏈路，從而保證點－點的

17、數(shù)據(jù)傳輸正確性。 </p><p>　?。?）流量控制。數(shù)據(jù)鏈路層采用一些流量控制技術(shù)，解決物理設(shè)備處理能力不匹配的問題，如數(shù)據(jù)通信的收／發(fā)方的物理端口的速度不一樣，一方速度快而另一方速度慢，可以通過數(shù)據(jù)鏈路層進行流量控制，相互協(xié)調(diào)，以達到一致。 </p><p>　　（3）數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路是指活動著的物理連接。通信之前，由通信雙方互相聯(lián)系而建立；信息傳輸完畢，雙方協(xié)商而釋放鏈路。&l

18、t;/p><p>　?。?）多路復(fù)用。為了充分發(fā)揮傳輸線路的效率，數(shù)據(jù)鏈路層利用各種多路復(fù)用技術(shù)（如頻分、時分和波分多路復(fù)用技術(shù)）來支持多個用戶的信息同時在一條物理線路上傳輸。</p><p><b>　　4.網(wǎng)絡(luò)層</b></p><p>　　4.1網(wǎng)絡(luò)層的基本概念</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)層是五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)模型中的第三

19、層，介于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，它在數(shù)據(jù)鏈路層提供的兩個相鄰端點之間的數(shù)據(jù)幀的傳送功能上，進一步管理網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)設(shè)法從源端經(jīng)過若干個中間節(jié)點傳送到目的端，從而向運輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。</p><p>　　4.2 IP和ICMP協(xié)議</p><p>　　4.2.1 IP協(xié)議</p><p>　　IP協(xié)議定義在網(wǎng)絡(luò)層，是internet最重

20、要的協(xié)議。在IP協(xié)議中規(guī)定了在internet上進行通信時應(yīng)遵守的規(guī)則，例如IP數(shù)據(jù)包的組成、路由器如何將IP數(shù)據(jù)包送到目的主機等。也就是為計算機網(wǎng)絡(luò)相互連接進行通信而設(shè)計的協(xié)議。在因特網(wǎng)中，它是能使連接到網(wǎng)上的所有計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，規(guī)定了計算機在因特網(wǎng)上進行通信時應(yīng)當遵守的規(guī)則。任何廠家生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)，只要遵守 IP協(xié)議就可以與因特網(wǎng)互連互通。IP地址具有唯一性，根據(jù)用戶性質(zhì)的不同，可以分為5類。另外，IP還有進入防

21、護，知識產(chǎn)權(quán)，指針寄存器等含義。</p><p>　　4.2.2 ICMP協(xié)議</p><p>　　ICMP協(xié)議是一種面向無連接的協(xié)議，用于傳輸出錯報告控制信息。它是一個非常重要的協(xié)議，它對于網(wǎng)絡(luò)安全具有極其重要的意義。它是TCP/IP協(xié)議族的一個子協(xié)議，屬于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，主要用于在主機與路由器之間傳遞控制信息，包括報告錯誤、交換受限控制和狀態(tài)信息等</p><p>

22、　　4.3網(wǎng)絡(luò)層的基本功能</p><p>　　實現(xiàn)兩個端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)透明傳送，具體功能包括尋址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等。它提供的兩種服務(wù)虛電路服務(wù)和數(shù)據(jù)報服務(wù)，如下圖2所示

23、

24、 </p><p><b>　　5.運輸層</b></p><p>　　5.1運輸層的基本概念</p><p>　　運輸層處于五層體系結(jié)構(gòu)中的第四層，從通信

25、和信息處理的角度看，運輸層向它上面的的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，同時也是用戶功能中的最底層。</p><p>　　5.2 UDP和TCP協(xié)議</p><p>　　5.2.1 UDP協(xié)議</p><p>　　UDP是面向無連接的通訊協(xié)議，UDP數(shù)據(jù)包括目的端口號和源端口號信息，由于通訊不需要連接，所以可以實現(xiàn)廣播發(fā)送。UDP通訊時不需要接收方確認

26、，屬于不可靠的傳輸，可能會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象，實際應(yīng)用中要求程序員編程驗證。</p><p>　　5.2.2 TCP協(xié)議</p><p>　　TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，由IETF的RFC 793定義。完成第四層傳輸層所指定的功能，UDP是同一層內(nèi)另一個重要的傳輸協(xié)議。在因特網(wǎng)協(xié)議族中，TCP層是位于IP層之上，應(yīng)用層之下的中間層。</p><

27、p>　　TCP協(xié)議的主要功能是完成對數(shù)據(jù)報的確認、流量控制和網(wǎng)絡(luò)擁塞；自動檢測數(shù)據(jù)報，并提供錯誤重發(fā)的功能；將多條路徑傳送的數(shù)據(jù)報按照原來的順序進行排列，并對重復(fù)數(shù)據(jù)進行擇取；控制超時重發(fā)，自動調(diào)整超時值；提供自動恢復(fù)丟失數(shù)據(jù)的功能。</p><p>　　5.3可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?lt;/p><p>　?。?）首先，采用三次握手來建立TCP連接，四次握手來釋放TCP連接，從而保證建立的傳

28、輸信道是可靠的。</p><p>　?。?）其次，TCP采用了連續(xù)ARQ協(xié)議來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，使用滑動窗口協(xié)議來保證接方能夠及時處理所接收到的數(shù)據(jù)，進行流量控制。</p><p>　?。?）最后，TCP使用慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復(fù)來進行擁塞控制，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><

29、;p>　　計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)使得計算機網(wǎng)絡(luò)能夠更好地為用戶服務(wù)，滿足人們的日常學(xué)習(xí)、生活等方面的需求，在政治、經(jīng)濟、文化和軍事等各重大領(lǐng)域都有很好地應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻及網(wǎng)址</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】鐘志永 姚珺，《大學(xué)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》，

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32、%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C%E4%BD%93%E7%B3%BB%E7%BB%93%E6%9E%84%3A%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E3%80%81%E5%BB%BA%E6%A8%A1%E3%80%81%E5%88%86%E6%9E%90%E4%B8%8E%E4%BC%98%E5%8C%96&tn=SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie=utf-8&sc_us=554

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