摘要

网络协议是什么？ 为了保证数据通信正常进行，通信双方需要事先做一些规定，例如，使用哪种编码方式、差错编码和交换技术等，双方必须在这些规定上达成一致，彼此才能互相 ”理解“，这种通信双方必须遵守的规则和约定称为协议。

协议的要素是什么？ 1）语法——规定通信双方”如何讲“，即确定数据格式、数据码型和信号电平等； 2）语义——规定通信双方”讲什么“，即确定协议元素的类型，如规定通信双方要发出什么控制信息、执行什么动作和返回什么应答等； 3）时序——规定事件执行的顺序，即确定数据通信过程中通信状态的变化，如规定正确的应答关系等。

分层的思想 数据通信中从底层信号的编码一直到完整的数据分组的交换不仅技术复杂，涉及面很广，而且很难在一个协议中完成所有功能。因此在制定协议时经常采用的思路是将复杂的数据通信功能由若干协议分别完成，然后将这些协议按照一定的方式组织起来，最典型的是采用分层的方式来组织协议。分层的思想是上一层的功能建立在下一层的功能基础上，且在每层内遵守一定的通信规则。 分层的优点： 1）各层之间相互独立。高层不需要了解低层的工作机制、技术细节，只需知道低层提供的接口（接口隔离）。 2）灵活性高，便于实现和维护。针对一个复杂的系统，整体设计很难做到，进行分层后，可以集中在某个层的研究，利于扩展和替代（单一职责）。 3）有利用标准化。明确了某一层的功能后，就可以针对这些确定的功能制定相应的标准。

网络体系结构 层次和协议的集合构成了网络的体系结构。 典型的层次化体系结构有：OSI参考模型和TCP/IP参考模型。

OSI模型（Open System Interconnection）—— 1984年，负责制定国际标准的国际标准化组织ISO吸取了IBM的SNA和其他计算机厂商的网络体系结构，提出了开放系统互联OSI参考模型。开放指的是数据通信中的设备都可以互相通信。

OSI参考模型采用分层结构化技术，将整个网络的通信功能分为7层，由低层到高层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。如下图所示，各层的数据并不是从一端的第N层直接送到另一端的对应层，第N层接收第N+1层的协议数据单元（PDU），按第N层协议进行封装，构成第N层PDU，再通过层间接口传递给第N-1层，……，最后，数据链路层PDU（通常称为数据帧）传递给最底层的物理层。

物理层 主要功能是将0和1这些比特以合适的信号传送到目的地，需要实现信号编码功能，另外还规定数据终端设备与数据通信设备之间接口的相关特性，主要包括机械、电气、功能和规程4个方面特性。

数据链路层 主要功能是实现相邻结点间数据可靠有效地传输。为了实现有效的差错控制，采用了一种以”帧“为单位的数据块传输方式。在数据码后面附加一定位数的循环码，从而实现数据链路层的差错控制功能。另一个重要功能是寻址，即用来确保每一帧都能准确的发送到目的地。

网络层 主要功能是数据转发与路由。在交换网络中，信息从源结点出发，要经过若干个中继结点存储转发后，才能到达目的结点。这些结点的集合称为路径，一般在两个结点间会有多条路径选择，这种路由选择就是网络层要解决的问题。此外，网络层也具有寻址功能，确保分组正确地传输到目的主机。

传输层 主要功能包括复用/解复用（区分发送和接收主机上的进程）、端到端的可靠数据传输、连接控制、流量控制和拥塞控制。 传输层是第一个端到端的层次，也是进程-进程的层次。数据的通信表面上看是在两台主机之间进行，但实质上是发生在两个主机的进程之间。为了防止传送途中报文的丢失，两个主机进程之间需要实现端到端控制。

会话层 会话层是指用户与用户的连接，它通过在两台计算机间建立、管理和终止通信来完成会话。主要功能是：在建立会话时核实双方身份是否有权参加会话；双方在各种选择功能方面（如全双工还是半双工）取得一致；会话建立后，需要对进程间的会话进行管理与控制。会话层的功能已被应用层所覆盖，故很少单独存在。

表示层 主要解决数据格式和表示的差别，为应用层提供一个一致的数据格式，这一层也在应用层实现了，也不单独使用。

应用层 为用户提供网络服务，如文件传输，电子邮件应用等。

OSI参考模型的7层中，1-3（自底向上）层主要完成数据交换和数据传输，称为网络低层，即通信子网；5-7层主要完成信息处理服务，称为网络高层；低层与高层之间由第4层的传输层衔接。

实体——网络中的每个层中都有产生和接受数据的元素，称为实体（可以是软件或硬件）。 对等实体——不同通信结点上的同一层次中的实体构成了通信的双方，称为对等实体。除了最底层的物理介质，其他层次的对等实体无法直接通信，必须将数据一层层向下传递，直到物理传输介质，才能实现对等实体间的通信。

OSI参考模型中每一层的真正功能是为其上一层提供服务。例如，N层的实体为（N+1）层的实体提供服务，N层的服务则需使用（N-1）层及更低层提供的功能服务。下面介绍OSI中常用的几个术语。