1.7 协议层次和服务模型

协议层次

网络是一个复杂的系统!
 网络功能繁杂：数字信号的物理信
号承载、点到点、路由、rdt、进程区分、应用等

现实来看，网络的许多构成元素和设备:
 主机
 路由器
 各种媒体的链路
 应用
 协议
 硬件, 软件

Q:如何组织和实现这个复杂的网络功能？

模块化分层

现实生活中的例子：航线系统

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层次化方式实现复杂网络功能:

 将网络复杂的功能分层功能明确的层次，每一层实现了其中一个或一
组功能，功能中有其上层可以使用的功能：服务

 本层协议实体相互交互执行本层的协议动作，目的是实现本层功能，
通过接口为上层提供更好的服务

 在实现本层协议的时候，直接利用了下层所提供的服务

 本层的服务：借助下层服务实现的本层协议实体之间交互带来的新功
能（上层可以利用的）==+==更下层所提供的服务

例子2:两位异地哲学家的交流

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最下层是通信层：解决异地通信
第二层是翻译层：
哲学家层：交流

好处：大问题分为小问题；利于新技术

服务和服务访问点

服务( Service)：低层实体向上层实体提供它们之间的
通信的能力
 服务用户(service user)
 服务提供者(service provider )

原语(primitive)：上层使用下层服务的形式，高层使用
低层提供的服务，以及低层向高层提供服务都是通过
服务访问原语来进行交互的—形式

服务访问点 SAP (Services Access Point) ：上层
使用下层提供的服务通过层间的接口—地点；
 例子:邮箱
 地址(address)：下层的一个实体支撑着上层的多个实体，
SAP有标志不同上层实体的作用
（A1,A2,A3，三个应用，TCP通过SAP确定给谁服务。。。）
 可以有不同的实现，队列
 例子:传输层的SAP: 端口(port)

服务的类型

 面向连接的服务和无连接的服务-方式

 面向连接的服务( Connection-oriented Service)
（两个应用进程使用下层服务通信之前要先握手）
（eg：TCP）
连接(Connection)：
两个通信实体为进行通信而建立的一种结合

 面向连接的服务通信的过程：建立连接，通信，拆除连接
 面向连接的服务的例子：网络层的连接被成为虚电路
 适用范围：对于大的数据块要传输; 不适合小的零星报文
 特点：保序
 服务类型:
可靠的信息流传送页面(可靠的获得,通过接收方的确认)
可靠的字节流远程登录
不可靠的连接数字化声音

 无连接的服务(Connectionless Service)
(eg: UDP )
无连接服务：两个对等层实体在通信前不需要建
立一个连接，不预留资源；不需要通信双方都是
活跃；(例：寄信)

特点：不可靠、可能重复、可能失序
IP分组，数据包；
适用范围：适合传送零星数据；
服务类型：
不可靠的数据报电子方式的函件
有确认的数据报挂号信
请求回答信息查询

服务和协议

服务与协议的区别

 服务(Service)：低层实体向上层实体提供它们之间的
通信的能力，是通过原语(primitive)来操作的，垂直

 协议(protocol) ：对等层实体(peer entity)之间在相互
通信的过程中，需要遵循的规则的集合，水平

服务与协议的联系

 本层协议的实现要靠下层提供的服务来实现
 本层实体通过协议为上层提供更高级的服务

数据单元(DU)

![[Pasted image 20240422193325.png]]
SAP：服务访问点
layer：层
interface：接口
protocol：协议
SDU：服务数据单元
IDU：接口数据单元
PDU：协议数据单元
(应用层PDU:报文；传输层PDU：报文段；网络层PDU：数据报…)
ICI:接口控制信息

第n层实体在其第n层协议中交换n-PDU
上层来了SDU，通过接口，SDU加上第n层的头部，加在一起形成第n层PDU

header怎么来：一部分上层ICI，一部分本层附加上

![[Pasted image 20240422195004.png]]

分层处理和实现复杂系统的好处？

对付复杂的系统

概念化：结构清晰，便于标示网络组件，以及描述其相互关系
 分层参考模型

结构化：模块化更易于维护和系统升级

 改变某一层服务的实现不影响系统中的其他层次 对于其他层次而言是透明的
 如改变登机程序并不影响系统的其它部分 改变2个秘书使用的通信方式不影响2个翻译的工作 改变2个翻译使用的语言也不影响上下2个层次的工作

 分层思想被认为有害的地方？
效率低。。。
好处远大于坏处

Internet 协议栈

 应用层: 网络应用
 为人类用户或者其他应用进程提供网络应用服务
 FTP, SMTP, HTTP,DNS

 传输层: 主机之间的数据传输
（1.主机到主机的基础上进程到进程的区分，2.把网络层可能不可靠的服务转变为可靠的服务，提供给应用层）
 在网络层提供的端到端通信基础上，细分为进程到进程，
将不可靠的通信变成可靠地通信
 TCP, UDP

 网络层: 为数据报从源到目的选择路
（转发和路由）
（链路层基础上，源主机到目标主机的传输，端到端，分组）
 主机主机之间的通信，端到端通信，不可靠
 IP, 路由协议

 链路层: 相邻网络节点间的数据传输
（物理层基础之上相邻两点【a到离它最近的路由器…】之间；传输以帧为单位的数据）
 2个相邻2点的通信，点到点通信，可靠或不可靠
 点对对协议PPP, 802.11(wifi), Ethernet

 物理层: 在线路上传送bit（把数字数据转换为物理信号，传送bit）

![[Pasted image 20240422200617.png|150]]

ISO/OSI 参考模型

![[Pasted image 20240422200928.png|150]]
 表示层: 允许应用解释传输的数据
e.g., 加密，压缩，机器相关的表示转换
 会话层: 数据交换的同步，检查点，恢复

 互联网协议栈没有这两层!
 这些服务，如果需要的话，必须被应用实现
 需要吗?

封装和解封装

![[Pasted image 20240422201500.png]]
封装 (encapsulation)
在发送主机端，一个应用层报文 (application- layer message) (图 24 中的 M)被传送给运输层在最简单的情况下，运输层收取到报文并附上附加信息（所谓运输层首部信息，图 1-24 中的 Ht )’ 该首部将被接收端的运输层使用应用层报文和运输层首部信息道构成了运输层报文段 (transportlayer segment) 运输层报文段因此封装了应用层报文附加的信息也许包括了下列信息：允许接收端运输层向上向适当的应用程序交付报文的信息；差错检测位信息，该信息让接收方能够判断报文中的比特是否在途中已被改变运输层则向网络层传递该报文段，网络层增加了如源和目的端系统地址等网络层首部信息（图 1-24 中的 )’ 生成了网络层数据报 (network-layer datagram) 该数据报接下来被传递给链路层，链路层（自然而然地）增加它自己的链路层首部信息并生成链路层帧 (li nk layer frame) 所以我们看到，在每层，一个分组具有两种类型的字段首部字段和 有效载荷字段 (payload field) 有效载荷通常是来自上层的分组