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  • 计算机网络体系结构

    2020-01-22 16:09:49
    计算机网络体系结构是计算机网络各层及其协议集合 体系结构是一个计算机网络功能层次机器关系定义 体系结构是抽象; 分层结构优点: 结构清晰,有利于识别复杂系统部件及其关系 模块化的分层...
    • 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
    • 计算机网络体系结构简称网络体系结构,是分层结构
    • 每层遵循某个/些网络协议完成本层功能
    • 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
    • 体系结构是一个计算机网络的功能层次机器关系的定义
    • 体系结构是抽象的

    分层结构优点:

    • 结构清晰,有利于识别复杂系统的部件及其关系
    • 模块化的分层易于系统更新、维护
    • 有利于标准化

    分层网络体系结构基本概念:

    • 实体表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
    • 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合,协议是“水平的
    • 任一层实体需要使用下层服务,遵循本层协议,实现本层功能,向上层提供服务,服务是“垂直的
    • 下层协议的实现对上层的服务用户是透明
    • 同系统的相邻层实体间通过接口进行交互,通过服务访问点SAP,交换原语,指定请求的特定服务
      在这里插入图片描述

    OSI参考模型

    • 开放系统互连(OSI)参考模型是由国际化标准化组织(ISO)于1984年提出的分层网络体系结构模型
    • 目的是支持异构网络系统的互联互通
    • 异构网络系统互联的国际标准
    • 理解网络通信的最佳学习工具(理论模型,理论成功,市场失败)
    • 7层(功能),每层完成特定的网络功能
      • 7:应用层(Application)
      • 6:表示层(Presentation)
      • 5:会话层(Session)
      • 4:传输层(Transport)
      • 3:网络层(Network)
      • 2:数据链路层(Data link)
      • 1:物理层(Physical)

    OSI参考模型解释的通信过程
    在这里插入图片描述

    OSI参考模型数据封装与通信过程
    在这里插入图片描述

    数据封装:

    • 增加控制信息(构造协议数据单元PDU)
    • 控制信息主要包括:
      • 地址(address):标识发送端/接收端
      • 差错检测编码(error-detecting code):用于差错检测或纠正
      • 协议控制(protocol control):实现协议功能的附加信息,如:优先级(priority)、服务质量(QoS)、安全控制等

    物理层功能

    • 规范定义接口特性(机械特性、电气特性、功能特性、规程特性)
    • 比特编码
    • 定义数据率
    • 比特同步(时钟同步)
    • 传输模式(单工、半双工、全双工)

    数据链路层功能

    • 负责结点-结点数据传输
    • 组帧(Framing)
    • 物理寻址:在帧头中增加发送端和/或接收端的物理寻址标识数据帧的发送端和/或接收端
      在这里插入图片描述
    • 流量控制:避免淹没接收端
    • 差错控制:检测并重传损坏或丢失帧,避免重复帧
    • 访问(接入)控制:在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路(物理介质)控制使用权

    网络层功能

    • 负责源主机到目的主机数据分组交付(可能穿越多个网络)
    • 逻辑寻址全局唯一逻辑地址,确保数据分组被送达目的主机,如IP地址
    • 路由
      • 路由器(或网关)互联网络,并路由分组至最终目的主机
      • 路径选择
    • 分组转发
      在这里插入图片描述

    传输层功能

    负责源-目的(端-端)(进程间)完整报文传输

    • 报文的分段与重组
    • SAP寻址
      • 确保将完整报文提交给正确进程,如端口号
        在这里插入图片描述
    • 连接控制
    • 流量控制
    • 差错控制

    会话层功能

    • 对话控制:建立、维护
    • 同步:在数据流中插入“同步点”
    • 最“”的一层

    表示层功能

    处理两个系统间交换信息的语法与语义问题

    • 数据表示转化:转换为主机独立的编码
    • 加密/解密
    • 压缩/解压缩

    应用层功能

    • 支持用户通过用户代理(如浏览器)或网络接口使用网络(服务)
    • 典型应用层服务:文件传输(FTP)、电子邮件(SMTP)、Web(HTTP)……

    TCP/IP参考模型

    在这里插入图片描述

    5 层参考模型

    应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

    • 综合OSI和TCP/IP的优点
    • 应用层:支持各种网络应用(FTP、SMTP、HTTP)
    • 传输层:进程-进程的数据传输(TCP、UDP)
    • 网络层:源主机到目的主机的数据分组路由与转发(IP协议、路由协议等)
    • 链路层:相邻网络元素(主机、交换机、路由器等)的数据传输(以太网、WiFi、ppp)
    • 物理层:比特传输
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  • 网络体系结构

    2017-12-15 21:29:42
    一、网络体系结构 层次层次结构是处理计算机网络问题最基本方法,对于复杂问题,采用分解为若干个小、易处理问题 优点:1.各层次之间之间相互独立  2.灵活性好,各层都可以实用最合适技术来实现。  3....

    网络体系结构

    层次:层次结构是处理计算机网络问题最基本的方法,对于复杂的问题,采用分解为若干个小的、易处理的问题

    优点:1.各层次之间之间相互独立

         2.灵活性好,各层都可以实用最合适的技术来实现。

               3.易于实现和标准化

    计算机网络的体系结构有两种:(1)OSI的七层协议体系结构,概念清楚,理论完整,但它既复杂又不实用。

    (2)TCP/IP四层体系结构,它得到了广泛的应用,不过从实质上讲,TCP/IP只有最上面的三层,因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。

    因此在学习计算机网络的原理时采用折中的办法,即综合OSI和TCP/IP的优点,采用一种只有五层协议的体系结构。



    OSI参考模型层次划分的原则:

    (1).网中各主机都具有相同的层次;

    (2).不同主机相同层次功能相同

    (3).同意主机的相邻层次之间通过接口通信

    (4).每层可以使用下层提供的服务,并向上层提供服务。

    (5).不同主机之间相同层次通过协议来进行通信



    1.物理层

    最底层,利用传输介质为通信之间的主机建立、管理和释放物理连接,实现比特流的透明传输。

    数据传输单位bit。

    物理层两个重要的设备名称,中继器(Repeater,也叫放大器)和集线器

     

    2.数据链路层

    通过建立数据链路链接,将物理层的比特流传输采用差错控制、流量控制方法使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

    数据链路层为网络层提供可靠的数据传输;

    基本数据单位为帧;

    主要的协议:以太网协议;

    两个重要设备名称:网桥和交换机


    3.网络层

    通过路由选择算法为分组通过通信子网选择合适的传输路径,实现流量控制、拥塞控制与网络互联的功能。

    基本数据单位为分组;

    主要协议:

      IP协议(Internet Protocol,因特网互联协议);

      ICMP协议(Internet Control Message Protocol,因特网控制报文协议);

      ARP协议(Address Resolution Protocol,地址解析协议);

      RARP协议(Reverse Address Resolution Protocol,逆地址解析协议)。

     重要的设备:路由器


    4.传输层

    为分布在不同地理位置的计算机进程通信提供可靠的端-端连接与数据传输服务

    向高层屏蔽了底层数据传输的细节

    数据传输单位报文

    主要协议:TCP协议(Transmission Control Protocol,传输控制协议)、

                     UDP协议(User Datagram Protocol,用户数据报协议);


    5.会话层

    会话层管理主机之间的会话进程,即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。


    6.表示层

    负责通信系统之间的数据格式表换、数据加密与解密、数据压缩与恢复。


    7.应用层

    为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

      会话层、表示层和应用层重点:

      1> 数据传输基本单位为报文;

      2> 包含的主要协议:FTP(文件传送协议)、Telnet(远程登录协议)、DNS(域名解析协议)、SMTP(邮件传送协议),POP3协议(邮局协议),HTTP协议(Hyper Text Transfer Protocol)


    TCP/IP五层模型

      相比于OSI的七层模型,更常用的是TCP/IP的5层模型。TCP/IP的5层模型是将ISO的七层模型的应用层、表示层、会话层合并为应用层,得到如下图所示的五层模型:




    越下面的层,越靠近硬件;越上面的层,越靠近用户。





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  • 计算机体系结构试题及答案

    热门讨论 2009-11-18 14:15:01
    第一章 计算机体系结构的基本概念 1.1 引论 1.2 计算机体系结构的概念 1.2.1 计算机系统中的层次概念 1.2.2 计算机体系结构 1.2.3 计算机组成和计算机实现技术 1.3 计算机体系结构的发展 1.3.1 ...
  • 分层的体系结构 每个层次与其下面的层次结合在一起,在这层中执行了某种运动,也可以使用直接下层的服务...具有概念和结构化的优点(使得更新系统组件更容易),但缺点是某层可能重复其较低层的功能、某层的功能可...

    分层的体系结构
    每个层次与其下面的层次结合在一起,在这层中执行了某种运动,也可以使用直接下层的服务。只要该层对其上层提供相同的服务,并且使用来自下面层次的相同服务,当某层的实现变化时,该系统的其余部分就可以保持不变。
    协议分层:以分层的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。每个协议属于一层。具有概念化和结构化的优点(使得更新系统组件更容易),但缺点是某层可能重复其较低层的功能、某层的功能可能需要仅在其他某层才出现的信息,即违反了层次分离的目标。
    一系列的层和网络协议组成了网络结构
    协议栈:特定网络系统的一系列协议,或者说各层的所有协议。因特网的协议栈由5个层次组成:物理层、链路层、网络层、运输层、应用层。
    a、应用层:
    应用层是网络应用程序及其应用协议(如http、DNS<域名系统>、SWTP<电子邮件的报文传输>、FTP<两个端系统间通信>)存留的地方。
    应用层协议多分布在多个端系统上,一个端系统中的应用程序使用协议与另一个端系统中的应用程序交换信息分组,即报文。报文是位于应用层上的信息分组。
    应用层的功能是为两端系统中的应用程序交换报文。支持用户通过用户代理(如浏览器)或网络接口使用网络(服务)
    实现应用于应用之间的规范,这个应用不在同一个端系统上。只需要规范传输到应用的信息。即宏观上的两个端系统上的应用的传输。
    b、运输层:不可更改
    提供了在应用程序端点之间传输应用层报文的服务。有两个传输协议TCP(向他的应用程序提供面向连接的服务,包括应用层报文向目的地的确保传递和流量控制,可将长报文划分为短报文,并提供拥塞控制机制)和UDP(向他的应用程序提供无连接服务,不提供可靠性,没有流量控制,也没有阻塞控制)。两者任意一个都能传输应用层报文。
    实现进程与进程之间的传输,这个进程不在同一个端系统上。只要规范传输到进程的信息。即宏观上的两个端系统上的应用所产生的进程之间的信息传输。
    运输层实际上就是将数据传输到相应的进程,并有一个将报文划分为分组(运输层分组称为报文段)的过程。类似于交通工具。
    SAP寻址,确保将完整报文提交给正确进程,如端口号
    有流量控制、连接控制、差错控制的功能
    c、网络层:不可更改
    负责将称为数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。有IP协议(定义了数据报中的各个字段以及端系统和路由器如何作用到这些字段)和路由的选路协议(根据其从源传输到目的地)。两个都是必要的。
    实现主机与主机之间(不同网络)的传输,有路由器,选择路由器(路由路径和转发规则)。只要规范传输到主机的信息。即宏观上的两个端系统之间的信息传输。
    逻辑寻址:全局唯一逻辑地址,确保数据分组被送达目的主机,即IP地址
    路由:路由器互联网络,负责路径选择
    d、链路层:不可更改
    通过一系列路由器在源和目的地之间发送分组,为了将分组从一个节点移动到路径上的下一个节点,网络层必须依靠链路层的服务,网络层将数据报下传给链路层,链路层沿着路径将数据报传递给下一个节点。链路层只负责相邻节点之间的传输,如果要跨网络需要上传给网络层决定走下一条链路(内网和外网)。
    物理层提供的服务取决于应用于该链路的特定链路层协议。某些协议基于链路提供可靠传递,即从传输节点跨越一条链路到接收节点。注意,这种可靠传递服务不同于TCP,TCP针对一个端系统到一个端系统。
    链路层的例子包括以太网、wifi、点对点协议(PPP)。网络层将接收来自每个不同的链路层协议的不同服务。链路层的分组被称为帧。
    相邻主机之间的交互依赖于链路层,本层及以上的层的主机之间的交互是逻辑上的,只关心源和目的。
    实现相邻节点(同一网络)之间的传输,未经过路由器。只要规范在同一个网络之间的信息。即宏观上每两个相邻节点(一条通信链路)之间的信息传输。
    物理寻址:在帧头中增加发送端和/或接收端的物理地址表示数据帧的发送端和/或接收端
    有流量控制(避免淹没接收端)、差错控制(检测并重传损坏或丢失帧,并避免重复帧)、访问控制(在任意给定时刻决定哪个设备拥有链路控制使用权)
    e、物理层:不可更改
    链路层的任务是将整个帧从一个网络元素移动到邻近的网络元素,而物理层的任务是将该帧中的每个比特从一个节点移动到下一个节点。
    物理层中的协议仍然是链路相关的。
    实现比特的传输,包括电气特性(那些引脚接收数据,那些引脚发送数据,高低电平代表什么逻辑含义)、机械特性、功能特性、规程特性。比特同步是通过时钟同步实现的。只要规范在一条物理线路上的信息。即微观上的每一根线上的信息传输。
    f、ISO模型:
    由国际标准化组织ISO提出计算机网络应组织为大约七层,称为开放系统互联模型OSI模型,即应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、链路层、物理层。
    表示层:处理两个系统间交换信息的语法与语义的问题,使通信的应用程序能够解释交换数据的含义(数据表示转化,转换为主机独立的编码),提供数据压缩、数据加密、数据描述的服务
    会话层:提供数据交换的定界和同步动能。
    对于因特网来说,如果这两层的功能需要的话,可以放在应用层实现。
    2、报文、报文段、数据报和帧
    数据从发送端系统的协议栈自顶向下,上下中间的链路层交换机和路由器的协议栈,进而向上到达接收端系统的协议栈。路由器和链路层交换机并不实现协议栈中的所有层次,链路层交换机实现了第一层和第二层(链路层、物理层),路由器实现了第一层到第三层(物理层、链路层、网络层,网络层决定方向)。因特网路由器能够实现IP协议(第三层协议),链路层交换机不能,但是链路层交换机能够识别第二层的地址,如以太网地址。
    在这里插入图片描述
    封装:在发送主机,应用层报文被传送到运输层,运输层读取报文并附上附加信息(运输层首部信息,上图中的Ht),可以被接收端的运输层使用。
    对于一个信息,首先发送端的主机将信息经过五层(全部的因特网协议)进行一个封装;然后到达交换机,交换机向上解析两层,获得链路层层次的目的地址,再重新封装两层的协议(这个时候协议中的目的地址可能已经发生了改变),然后进行传输;然后路由器向上解析三层,获得网络层层次的目的地址,再重新封装三层的协议(这个时候协议中的目的地址可能已经发生了改变),然后进行传输;到达接收端的主机后,主机向上解析五层,获得被封装的信息。
    应用层报文和运输层首部信息共同构成了运输层报文段。运输层报文段因此封装了应用层报文,附加的信息可能包括(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;差错检测比特信息,利用信息接收方能够判断报文中的比特是否发生错误和丢失)
    运输层向网络层传递报文段,网络层增加了如源和目的端系统地址等网络层首部信息(上图中的Hn),形成了网络层数据报,该数据报接下来被传递给链路层。
    链路层增加了他的首部信息并创建了链路层帧。
    在每一层,分组有两种类型的字段:首部字段和有效载荷字段,有效载荷通常来自上一层的分组。
    分层的好处:灵活性。

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  • 一、分层的体系结构 为了给网络协议的设计提供一个结构,网络设计者以分层的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。 协议分层具有概念和结构 的优点 分层提供了一种结构方式来讨论系统组件。模块...

    一、分层的体系结构

    1. 为了给网络协议的设计提供一个结构,网络设计者以分层的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。
    2. 协议分层具有概念化结构化 的优点

      分层提供了一种结构化方式来讨论系统组件。模块化使得更新系统组件更为容易。

    3. 分层的潜在缺点

      [1] 某层可能重复其较低层的功能
      [2] 某层的功能可能需要仅在其他层才出现的信息,违反了层次分离的目标

    4. 协议栈

      各层的所有协议被称为协议栈。
      因特网的协议栈由5个层次组成:物理层,链路层,网络层,运输层,应用层。

    5. ISO模型
      因特网协议栈不是唯一的协议栈,特别是,国际标准化组织(ISO)提出计算机网络应组织为大约七层,称为开放系统互连模型.
      它比因特网协议栈多出了表示层会话层
      这留给应用程序开发者处理。因此应用程序开发者应决定这样的服务是否重要,如果重要就应该在应用程序中构建该功能。

    二、报文、报文段、数据报、帧

    1. 报文

      位于应用层的信息分组

    2. 报文段

      运输层分组

    3. 数据报

      位于网络层的网络分组

    4. 链路层分组

    三、攻击威胁下的网络

    1.僵尸网络

    受害主机可能征召网络上数以千计的类似受害设备,它们统称为僵尸网络

    2.自我复制

    大多数恶意软件感染了一台主机,就会从那台主机进入更多的主机。按照这种方式,自我复制的恶意软件能够以指数级快速扩散。

    3.恶意软件能够以病毒、蠕虫、特洛伊木马的形式扩散

    • 病毒:一种需要某种形式的用户交互来感染用户设备的恶意软件。
    • 蠕虫:一种无需任何明显用户交互就能进入设备的恶意软件。
    • 特洛伊木马:隐藏在有用软件中的恶意软件。

    4.DoS攻击

    拒绝服务(Denial-of-Server)攻击是一种宽泛类型的安全性威胁,DoS攻击使得合法用户不能使用网络,主机或其他基础设施部分。
    大多数DoS攻击的类型
    - 弱点攻击
    - 带宽洪泛
    - 连接洪泛

    如果从单一源发出所有流量的话,上游路由器可以检测出该攻击并在该流量靠近服务器前就将其阻挡下来。DDoS攻击(分布式DoS)攻击者控制多个源并让每个源向目标猛烈发送流量。与单一主机的DoS攻击相比,DDoS攻击更难以检测和防御

    5.分组嗅探器

    记录每个流经的分组拷贝的被动接收机

    6.IP哄骗

    将具有虚假源地址的分组注入因特网的能力

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空空如也

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层次化网络体系结构的优点