协议

什么是协议

协议，就是规则的集合。

在计算机网络中，我们需要在庞大的网络中有条不紊地交换数据，就必须遵循一些事先约定好的规则。这些规则明确了所交换的数据的格式以及相关的同步方案。我们称这些为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或者约定称为网络协议，网络协议也简称为“协议”。

协议是水平存活的

需要注意的是，网络协议，控制的是两个（或多个）对等实体中进行通信的规则的集合，是水平的。不对等实体间是没有协议的。比如使用 TCP/IP 协议栈通信的两个结点，结点A 的传输层与 结点B 的传输层之间是存在协议，但是 结点A 的传输层和 结点B 的网络层是不存在协议的。

协议的组成

协议是由语法、语义和同步三个部分组成。

• 语法：规定了传输数据的格式。
• 语义：规定了所要完成的功能，即需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。
• 同步：规定了执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。

一个完整的协议通常应具有线路管理（建立、释放连接）、差错控制、数据转换等功能。

---

接口

接口是同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，是一个系统内部的规定。每层只能为紧邻的层次之间定义接口，不能跨层定义接口。

在典型的接口上，同一结点相邻两层的实体通过服务访问点（SAP）进行交互。服务是通过 SAP 提供给上层使用的，第 $n$ 层的 SAP 就是第 $n+1$ 层可以访问第 $n$ 层服务的地方。

每个 SAP 都有一个能够标识它的地址，且 SAP 是一个抽象的概念，实际上是一个逻辑接口，是和通常所说的两个设备之间的硬件接口是很不一样的。

---

服务

服务是什么

服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的。

对等实体在协议的控制下，使得本层能够为上一层提供服务，但要实现本层协议，还需要使用下一层所提供的服务。

服务原语

上层使用下层所提供的服务时，必须与下层交换一些命令。这些命令在 OSI 参考模型中被称为 服务原语。

服务原语被分为以下几类：

• 请求： Request，由服务用户发往服务提供者，请求完成某项工作。
• 指示： Indication，由服务提供者发往服务用户，指示用户做某件事情。
• 响应： Response，由服务用户发往服务提供者，作为对指示的响应。
• 证实： Confirmation，由服务提供者发往服务用户，作为对请求的证实。

这几类原语用于不同的功能，如建立连接、传输数据和断开连接等。根据是否包含全部原语，又将服务分为 有应答服务 以及 无应答服务：

• 有应答服务： 包括全部原语；
• 无应答服务： 仅包含请求和指示两类原语。

---

协议与服务的区别

协议和服务在概念上是不同的。

1. 只有本层协议实现了才能保证向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议，即下面的协议对上层的服务用户是透明的。
2. 协议是“水平”的，即协议是控制对等实体之间通信的规则，而服务是“垂直”的，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。
3. 另外，并非在一层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才能被称为服务。

协议、接口、服务三者之间的关系可以如下图所示：

---

计算机网络提供的服务的三种方式

面向连接服务与无连接服务

• 在 面向服务 中，通信前双方必须先建立连接，分配相应的资源（如缓冲区），以保证通信能正常进行，传输结束后，释放连接以及所占用的资源。因此这种服务可以分为连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。TCP 就是一种面向连接服务的协议。
• 在 无连接服务 中，通信前双方无需先建立连接，需要发送数据时可直接发送，把每个带有目的地址的包（报文分组）传送到线路上，由系统选定路线进行传输。这是一种不可靠的服务。IP/UDP 就是一种无连接的服务。

可靠服务与不可靠服务

• 可靠服务 是指网络具有纠错、检错、应答机制，能够保证数据正确、可靠地传送到目的地。
• 不可靠服务 是指网络只是尽量正确、可靠地传送，而不能保证数据正确、可靠地传送至目的地，是一种尽力而为的服务。

对于不可靠服务的网络，其网络的正确性、可靠性要由应用或者用户来保障。例如用户收到信息后要判断信息的正确性，如果不正确，那么用户要把出错信息报告给信息的发送者，以便发送者采取纠错措施。通过用户的这些措施，可以把不可靠的服务变成可靠的服务。

有应答服务与无应答服务

• 有应答服务 是指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不由用户实现。所发送的应答既可以是肯定应答，也可以是否定应答，通常在接收到的数据有错误时发送否定应答。例如，文件传输服务就是一种有应答的服务。
• 无应答服务 是指接收方收到数据后不自动给出应答，若需要应答，则由高层实现。例如对于 WWW 服务，客户端收到服务器发送的页面文件 后不给出应答。