计算机网络协议.doc

计算机网络协议是有关计算机网络通信的一整套规则，或者说是为完成计算机网络通信而制订的规则、约定和标准。网络协议由语法、语义和时序三大要素组成。 语法：通信数据和控制信息的结构与格式； 语义：对具体事件应发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答。 时序：对事件实现顺序的详细说明。网络协议的定义：为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。例如，网络中一个微机用户和一个大型主机的操作员进行通信，由于这两个数据终端所用字符集不同，因此操作员所输入的命令彼此不认识。为了能进行通信，规定每个终端都要将各自字符集中的字符先变换为标准字符集的字符后，才进入网络传送，到达目的终端之后，再变换为该终端字符集的字符。当然，对于不相容终端，除了需变换字符集字符外。其他特性，如显示格式、行长、行数、屏幕滚动方式等也需作相应的变换。OSI是一个开放性的通行系统互连参考模型，它是一个定义的非常好的协议规范。OSI参考模型是一个逻辑上的定义，一个规范，它把网络从逻辑上分为了7层。每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。OSI的7层从上到下分别是 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 其中高层，即7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，即3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。常见的网络通信协议TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/网际协议）协议 HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）协议 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）协议 POP3（Post Office Protocol 3，邮局协议的第3个版本）协议RS-232-CRS-232-C是OSI基本参考模型物理层部分的规格，它决定了连接器形状等物理特性、以0和1表示的电气特性及表示信号意义的逻辑特性。 RS-232-C是EIA发表的，是RS-232-B的修改版。本来是为连接模拟通信线路中的调制解调器等DCE及电传打印机等DTE拉接口而标准化的。现在很多个人计算机也用RS-232-C作为输入输出接口，用RS-232-C作为接口的个人计算机也很普及。 RS-232-C有如下特点：采用直通方式，双向通信，基本频带，电流环方式，串行传输方式，DCE-DTE间使用的信号形态，交接方式，全双工通信。RS-232-C在ITU建议的V.24和V.28规定的25引脚连接器在功能上具有互换性。 它所使用的连接器为25引脚插入式连接器，一般称为25引脚D-SUB。DTE端的电缆顶端接公插头，DCE端接母插座。RS-232-C所用电缆的形状并不固定，但大多使用带屏蔽的24芯电缆。电缆的最大长度为15m。使用RS-232-C在200K位/秒以下的任何速率都能进行数据传输。RS-449是1977年由EIA发表的标准，它规定了DTE和DCE之间的机械特性和电气特性。RS-449是想取代RS-232-C而开发的标准，但是几乎所有的数据通信设备厂家仍然采用原来的标准，所以RS-232-C仍然是最受欢迎的接口而被广泛采用。RS-449的连接器使用ISO规格的37引脚及9引脚的连接器，2次通道（返回字通道）电路以外的所有相互连接的电路都使用37引脚的连接器，而2次通道电路则采用9引脚连接器。RS-449的电特性，对平衡电路来说由RS-422-A规定，大体与V.11具有相同规格，而RS-423-A大体与V.10具有相同规格。V.35 V.35是通用终端接口的规定，其实V.35是对60-108kHz群带宽线路进行48Kbps同步数据传输的调制解调器的规定，其中一部分内容记述了终端接口的规定。 V.35对机械特性即对连接器的形状并未规定。但由于48Dbps-64Kbps的美国Bell规格调制解调器的普及，34引脚的ISO2593被广泛采用。模拟传输用的音频调制解调器的电气条件使用V.28（不平衡电流环互连电路），而宽频带调制解调器则使用平衡电流环电路。 X.21 X.21是对公用数据网中的同步式终端（DTE）与线路终端（DCE）间接口的规定。主要是对两个功能进行了规定：其一是与其他接口一样，对电气特性、连接器形状、相互连接电路的功能特性等的物理层进行了规定；其二是为控制网络交换功能的网控制步骤，定义了网络层的功能。在专用线连接时只使用物理层功能，而在线路交换数据网中，则使用物理层和网络层的两个功能。X.21接口用的连接器引脚也只用15引脚电气特性分别参照V系列接口电气条件的V.10和V.11。数字网的同步都是从属于网络主时钟的从属同步。HDLC（高级数据链路控制规程）HDLC是可靠性高，高速传输的控制规程。其特点如下：可进行任意位组合的传输；可不等待接收端的应答，连续传输数据；错误控制严密；适合于计算机间的通信。HDLC相当于OSI基本参照模型的数据链路层部分的标准方式的一种。HDLC的适用领域很广，近代协议的数据链路层大部分都是基于HDLC的。SDLC（同步数据链路控制）是IBM公司制定的协议，并成为SNA的数据链路控制层协议。实际上也包含于HDLC中。FDDI（光纤分布式数据接口）FDDI的传输速度为100Mbps，传输媒体为光纤，是令牌控制的LAN。FDDI的物理传输时钟速度是125MHz,但实际速度只有100Mbps。可实际连接的工作站数最多有500个，但推荐使用100个以下。FDDI的连接形态基本上有两种：一种是用一次环路和二次环路的两个环构成的环形结构；另一种是以集线器为中心构成树状结构。工作站间的距离用光纤为2KM，用双绞线则为100M。但对单模光纤制定了节点间的距离可以延长到超过2KM以上的标准。 FDDI有三种接口：DAS（双配件站）；SAS（单配件站）；集线器（Concentrater）。通常仅使用一次环路，二次环路作为预备用系统处于备用状态。TCP/IP（传输控制协议/Internet协议）也称为因特网协议集。被用于因特网并广泛用于不同网络的互联。TCP作为IP的上层协议是支持端节点之间通信的传输层协议，可提供面向连接的流式通信形态的应用程序。TCP相当于OSI第四层（传输层）所提供的服务，具有修正错误、顺序控制、流控制阻塞控制等功能，为各应用程序之间提供可靠的通信。因此通信程序对通信时的错误或阻塞等低层的通信情况勿需考虑即可进行通信。IP是网络的基础性协议。处于OSI七层协议中的第三层（网络层），它规定了INTERNET的网关之间、网关和主机之间的通信协议。IP的功能如下：决定下面应该传送的网关的路由控制功能、根据实际要通信的各个网络以及通信媒体的最大传送单位，把IP的数据报进行分割及重组处理等。SNMP（简单网络管理协议）TCP/IP协议集中的网络管理协议。已被普遍采用。使用SNMP的管理模型，对INTERNET进行管理的协议，是在TCP/IP的应用层进行工作的。其优点是，不依赖于网络物理层的属性即可规定协议，对全部网络和管理可以采用共同的协议，管理者和被管理者之间可采用客户/服务器的方式，可称为代理（工具）；如果管理者作为客户机工作，可称为管理器或管理站。代理的功能应该包括对操作系统和网络管理层的管理，取得有关对象的七层信息，并利用SNMP网络管理协议把该信息通知管理者。管理者本身应要求对有关对象的信息存储在代理中所含的MIB（管理信息库）的虚拟数据库中。 对SNMP而言，要求能够取得或设置由管理到代理网管对象本身的对象等内容。代理应完成管理器要求回答的内容。同时，代理本身还应把因代理发生的事件通知管理器。点到点协议PPP（poin to point protocol）作为RFC1171/1172而制定的PPP,是在点对点线路上对包括IP在内的LAN协议进行中继的Internet标准协议。PPP从作成当初开始就对应于多协议，设计成具有不依存于网络层协议的数据链路。在用PPP对各个网络层协议进行中继时，每个网络层协议必须有某个对应于PPP的规格，这些规格有一些已经存在。PPP的实际安装已经开始，特别是必须适应多协议的路由器厂家积极采用PPP。 PPP是由两种协议构成的：一种是为了确保不依存于协议的数据链路而采用的LCP（数据链路控制协议）；另一种为了实现在PPP环境中利用网络层协议控制功有的NCP（网络控制协议）。NCP从其目的出发需要在每个网络层协议都要作规定。NCP的具体名称在对应的网络层协议中有所不同。更准确地说，PPP所规定协议只是LCP，至于将NCP及网络层协议如何放入PPP帧中，要由开发各种网络层协议的厂家进行。PPP帧具有传输LCP、NCP及网络层协议的功能。对利用LCP的物理层规格没有特殊限制。可以利用RS-232-C、RS-422/423、V.35等通用的物理连接器。传输速度的应用领域也没有特别规定，可以利用物理层规格所容许的传输速度。而要采用全双工方式的通信线路。网络管理协议SNMPTCP/IP协议集中的网络管理协议。使用SNMP的管理模型，对INTERNET进行管理的协议，是在TCP/IP的应用层进行工作的。其优点是，不依赖于网络物理层的属性即可规定协议，对全部网络和管理可以采用共同的协议，管理者和被管理者之间可采用客户/服务器的方式，可称为代理（工具）；如果管理者作为客户机工作，可称为管理器或管理站。代理的功能应该包括对操作系统和网络管理层通讯协议的管理，取得有关对象的七层信息，并利用SNMP网络管理协议把该信息通知管理者。管理者本身应要求对有关对象的信息存储在代理中所含的MIB（管理信息库）的虚拟数据库中。对SNMP而言，要求能够取得或设置由管理到代理网管对象本身的对象等内容。代理应完成管理器要求回答的内容。同时，代理本身还应把因代理发生的事件通知管理器。点到点协议PPP作为RFC1171/1172而制定的PPP（point to point protocol）,是在点对点线路上对包括IP在内的LAN协议进行中继的Internet标准协议。PPP从作成当初开始就对应于多协议，设计成具有不依存于网络层协议的数据链路。在用PPP对各个网络层协议进行中继时，每个网络层协议必须有某个对应于PPP的规格，这些规格有一些已经存在。PPP的实际安装已经开始，特别是必须适应多协议的路由器厂家积极采用PPP。PPP是由两种协议构成的：一种是为了确保不依存于协议的数据链路而采用的LCP（数据链路控制协议）；另一种为了实现在PPP环境中利用网络层协议控制功有的NCP（网络控制协议）。NCP从其目的出发需要在每个网络层协议都要作规定。NCP的具体名称在对应的网络层协议中有所不同。更准确地说，PPP所规定协议只是LCP，至于将NCP及网络层协议如何放入PPP帧中，要由开发各种网络层协议的厂家进行。PPP帧具有传输LCP、NCP及网络层协议的功能。对利用LCP的物理层规格没有特殊限制。可以利用RS-232-C、RS-422/423、V.35等通用的物理连接器。传输速度的应用领域也没有特别规定，可以利用物理层规格所容许的传输速度。而要采用全双工方式的通信线路。网络中不同的工作站，服务器之间能传输数据，源于协议的存在。随着网络的发展，不同 的开发商开发了不同的通信方式。为了使通信成功可靠，网络中的所有主机都必须使用同 一语言。因而必须开发严格的标准定义主机之间的每个包中每个字中的每 一位。这些标准来自于多个组织的努力，约定好通用的通信方式，即协议。这些都使通信 更容易。 当今局域网中最常见的三个协议是MICROSOFT的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和交叉 平台TCP/IP。 一：NETBEUI NETBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NETBIOS通信。NetBEUI 协议NetBEUI 是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。在微软如今的主流产品，在Windows 和WindowsNT 中，NetBEUI 已成为其固有的缺省协议。NetBEUI 是专门为几台到百余台PC 所组成的单网段部门级小型局域网而设计的。NetBEUI 中包含一个网络接口标准NetBIOS.NetBIOS 是IBM 用于实现PC 间相互通信的标准，是一种在小型局域网上使用的通信规范。该网络由PC 组成，最大用户数不超过30 个。但是NETBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，既是其最大的优点，也是其最大的缺点。因为它不需要附加的网络地址和网 络层头尾，所以很快并很有效且适用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境。因为不支持路由，所以NETBEUI永远不会成为企业网络的主要协议。NETBEUI帧中唯一的地址是数据链路层媒体访问控制（MAC）地址，该地址标识了网卡但没有标识网络。路由器靠网络地址将帧转发到最终目的地，而NETBEUI帧完全缺乏该信息。网桥负责按照数据链路层地址在网络之间转发通信，但是有很多缺点。因为所有的广播通信都必须转发到每个网络中，所以网桥的扩展性不好。NETBEUI特别包括了广播通信的记数并依赖它解决命名冲突。一般而言，桥接NETBEUI网络很少超过100台主机。近年来依赖于第二层交换器的网络变得更为普遍。完全的转换环境降低了网络的利用率，尽管广播仍然转发到网络中的每台主机。事实上，联合使用100-BASE-T Ethernet,允许转换NetBIOS网络扩展到350台主机，才能避免广播通信成为严重的问题。 二：IPX/SPX IPX/SPX及其兼容协议IPX/SPX是Novell 公司的通信协议集，IPX是NOVELL用于NETWARE客户端/服务器的协议群组。与NetBEUI 的明显区别是，IPX具有完全的路由能力，可用于大型企业网。它包括32位网络地址，在单个环境中允许有许多路由网络，在复杂环境下具有很强的适应性。因为，IPX/SPX在设计一开始就考虑了多网段的问题，具有强大的路由功能，适合于大型网络使用。但是IPX的可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制。服务广告协议（Service Adver tising Protocol,SAP)将路由网络中的主机数限制为几千。IPX/SPX及其兼容协议不需要任何配置，它可通过网络地址来识别自己的身份。Novell 网络中的网络地址由两部分组成：标明物理网段的网络ID和标明特殊设备的节点ID.其中网络ID 集中在NetWare 服务器或路由器中，节点ID 即为每个网卡的ID 号。所有的网络ID 和节点ID 都是一个独一无二的内部IPX地址.正是由于网络地址的唯一性，才使IPX/SPX具有较强的路由功能。在IPX/SPX协议中，IPX是NetWare 最底层的协议，它只负责数据在网络中的移动，并不保证数据是否传输成功，也不提供纠错服务。IPX在负责数据传送时，如果接收节点在同一网段内，就直接按该节点的ID 将数据传给它；如果接收节点是远程的，数据将交给NetWare 服务器或路由器中的网络ID,继续数据的下一步传输。SPX在整个协议中负责对所传输的数据进行无差错处理，IPX/SPX也叫做Novell 的协议集.NWLink 通信协议。Windows NT 中提供了两个IPX/SPX 的兼容协议：NWLinkSPX/SPX兼容协议和NWLink NetBIOS,两者统称为NWLink 通信协议.NWLink 协议是Novell 公司IPX/SPX协议在微软网络中的实现，它在继承IPX/SPX协议优点的同时，更适应了微软的操作系统和网络环境。Windows NT 网络和Windows 的用户，可以利用NWLink 协议获得NetWare 服务器的服务。从Novell 环境转向微软平台，或两种平台共存时，NWLink 通信协议是最好的选择。三：TCP/IP TCP/IP 协议TCP/IP 是目前最常用到的一种通信协议，它是计算机世界里的一个通用协议。在局域网中，TCP/IP 最早出现在Unix 系统中，现在几乎所有的厂商和操作系统都开始支持它。同时，TCP/IP 也是Internet 的基础协议。TCP/IP 具有很高的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站。但其灵活性也为它的使用带来了许多不便，在使用NetBEUI 和IPX/SPX及其兼容协议时都不需要进行配置，而TCP/IP 协议在使用时首先要进行复杂的设置。每个节点至少需要一个IP 地址、一个子网掩码、一个默认网关和一个主机名.在Windows NT 中提供了一个称为动态主机配置协议（DHCP）的工具，它可自动为客户机分配连入网络时所需的信息，减轻了联网工作上的负担，并避免了出错。同IPX/SPX及其兼容协议一样，TCP/IP 也是一种可路由的协议。TCP/IP 的地址是分级的，这使得它很容易确定并找到网上的用户，同时也提高了网络带宽的利用率。当需要时，运行TCP/IP 协议的服务器（如WindowsNT 服务器）还可以被配置成TCP/IP 路由器。与TCP/IP 不同的是，IPX/SPX协议中的IPX使用的是一种广播协议，它经常出现广播包堵塞，所以无法获得最佳的网络带宽。Windows 中的TCP/IP协议。Windows 的用户不但可以使用TCP/IP 组建对等网，而且可以方便地接入其它的服务器。如果Windows 工作站只安装了TCP/IP协议，它是不能直接加入Windows NT 域的。虽然该工作站可通过运行在Windows NT 服务器上的代理服务器（如Proxy Server）来访问Internet,但却不能通过它登录Windows NT 服务器的域。要让只安装TCP/IP 协议的Windows 用户加入到Windows NT 域，还必须在Windows 上安装NetBEUI 协议。TCP/IP 协议在局域网中的配置。只要掌握了一些有关TCP/IP 方面的知识，使用起来也非常方便。IP 地址。TCP/IP 协议也是靠自己的IP 地址来识别在网上的位置和身份的，IP 地址同样由网络ID和节点ID（或称HOST ID,主机地址）两部分组成。一个完整的IP 地址用32 位（bit）二进制数组成，每8 位（1 个字节）为一个段（Segment），共4 段（Segment1Segment4），段与段之间用,号隔开。为了便于应用，IP 地址在实际使用时并不直接用二进制，而是用大家熟悉的十进制数表示，如 等。在选用IP 地址时，总的原则是：网络中每个设备的IP地址必须唯一，在不同的设备上不允许出现相同的IP 地址。子网掩码。子网掩码是用于对子网的管理，主要是在多网段环境中对IP 地址中的网络ID进行扩展。例如某个节点的IP 地址为,它是一个C 类网。其中前面三段共24 位用来表示网络ID;而最后一段共8 位可以作为节点ID自由分配。网关。网关（Gateway）是用来连接异种网络的设置。它充当了一个翻译的身份，负责对不同的通信协议进行翻译，使运行不同协议的两种网络之间可以实现相互通信。如运行TCP/IP 协议的Windows NT 用户要访问运行IPX/SPX协议的Novell 网络资源时，则必须由网关作为中介。如果两个运行TCP/IP 协议的网络之间进行互联，则可以使用Windows NT 所提供的默认网关（Default Gateway）来完成。主机名。网络中唯一能够代表用户或设备身份的只有IP 地址。但一般情况下，众多的IP地址不容易记忆，操作起来也不方便。为了改善这种状况，我们可给予每个用户或设备一个有意义的名称，如HAOYUN.每种网络协议都有自己的优点，但是只有TCP/IP允许与Internet完全的连接。TCP/IP是在60年代由麻省理工学院和一些商业组织为美国国防部开发的，即便遭到核攻击而破坏了大部分网络，TCP/IP仍然能够维持有效的通信。ARPANET就是由基于协议开发的，并发展成为作为科学家和工程师交流媒体的Internet。TCP/IP同时具备了可扩展性和可靠性的需求。不幸的是牺牲了速度和效率。Internet公用化以后，人们开始发现全球网的强大功能。Internet的普遍性是TCP/IP 至今仍然使用的原因。常常在没有意识到的情况下，用户就在自己的PC上安装了TCP/IP栈，从而使该网络协议在全球应用最广。TCP/IP的32位寻址功能方案不足以支持即将加入Internet的主机和网络数。因而可能代替当前实现的标准是IPv6。二，选择网络通信协议的原则1 所选协议要与网络结构和功能相一致。如你的网络存在多个网段或要通过路由器相连时，就不能使用不具备路由和跨网段操作功能的NetBEUI 协议，而必须选择IPX/SPX或TCP/IP 等协议。另外，如果你的网络规模较小，同时只是为了简单的文件和设备的共享，这时你最关心的就是网络速度，所以在选择协议时应选择占用内存小和带宽利用率高的协议，如NetBEUI.当你的网络规模较大，且网络结构复杂时，应选择可管理性和可扩充性较好的协议，如TCP/IP.2 除特殊情况外，一个网络尽量只选择一种通信协议。现实中许多人的做法是一次选择多个协议，或选择系统所提供的所有协议，其实这样做是很不可取的。因为每个协议都要占用计算机的内存，选择的协议越多，占用计算机的内存资源就越多。一方面影响了计算机的运行速度，另一方面不利于网络的管理。 3 注意协议的版本。每个协议都有它的发展和完善过