計算機各層網路協議

協議資料單元PDU（Protocol Data Unit）是指對等層次之間傳遞的資料單位

物理層

• 典型裝置：中繼器、集線器
  使用了光纖、 同軸電纜、雙絞線……
• 中間裝置：中繼器、集線器

  • 中繼器
        中繼器（Repeater）又被稱為轉發器或放大器，執行物理層協議，負責第一層（物理層）的資料中繼，實現電氣訊號的“再生”。用於互連兩個相同型別的網段，主要功能是延伸網段和改變傳輸媒體，從而實現資訊位的轉發。它本身不執行訊號的過濾功能。

  • 集線器
        集線器（HUB）是一種典型或稱為特殊的轉發器。它的作用可以簡單的理解為將一些機器連線起來組成一個區域網。它不具有智慧處理能力，處理的資料只是電流而已，它採用共享頻寬的工作方式，附接埠的所有計算機採用CSMA/CD方式競爭頻寬的使用，任一時刻只能由兩臺計算機之間進行通訊。
• 資料單元：資料位（bit）binary digit 二進位制資料的縮寫
• 網路協議：無

資料鏈路層

• 典型裝置：網絡卡、網橋、交換機
• 中間裝置：網橋、交換機
  • 網橋
    網橋（Gate Bridge）負責第二層（資料鏈路層）的資料中繼。互連兩個獨立的、僅在低兩層實現上有差異的子網。
  • 交換機
    實質上是一個多介面的網橋。
• 資料單元：資料幀 （Frame）
• 網路協議：
  • ARQ（Automatic Repeat-reQuest ）自動重傳請求協議，錯誤糾正協議之一，包括停止等待ARQ 協議和連續ARQ 協議，錯誤偵測、正面確認、逾時重傳與負面確認繼以重傳等機制。

  • SW（stop-and-wait）停止等待協議。停止等待就是每傳送完一個分組就停止傳送，等待對方的確認。在收到確認後再發送下一個分組。用於通訊系統中，兩個相連的裝置相互發送資訊時使用，以確保資訊不因丟包或包亂序而丟失，是最簡單的自動重傳請求方法。

  • CSMA/CD(Carrrier Sense Multiple Access with Collision Detection)載波監聽多點接入/碰撞檢測協議。匯流排型網路，協議的實質是載波監聽和碰撞檢測。載波監聽即發資料前先檢測總線上是否有其他計算機在傳送資料，如暫時不發資料，避免碰撞。碰撞檢測為計算機邊傳送資料邊檢測通道上的訊號電壓大小。
  • PPP(Point-to-Ponit Protocol)點對點協議面向位元組，由三部分組成：
    • 一個將IP 資料報封裝到序列鏈路的方法；
    • 一個用於建立、配置和測試資料鏈路連線的鏈路控制協議LCP；
    • 一套網路控制協議NCP。

  • HDLC （High-Level Data Link Control ）高階資料鏈路控制同步網上傳輸資料、面向位元的資料鏈路層協議。

  • ATM （Asynchronous Transfer Mode ）非同步傳遞方式，建立在電路交換和分組交換的基礎上的一種面向連線的快速分組交換技術。 “非同步”是指將ATM 信元“非同步插入”到同步的 SDH 位元流中。如同步插入則使用者在每幀中所佔的時隙相對位置固定不變。“同步”是指網路中各鏈路上的位元流都是受同一非常精確的主時鐘的控制。Wi-Fi 、WiMAX 、DTM 、令牌環、乙太網、FDDI 、幀中繼、 GPRS 、 EVDO 、HSPA 、L2TP 、ISDN。

網路層

• 典型裝置：路由器、防火牆、多層交換機
• 中間裝置：路由器
  • 路由器
    路由器（Router）負責第三層（網路層）的資料中繼。它能理解資料中的IP地址，如果它接收到一個數據包，就檢查其中的IP地址，如果目標地址是本地網路的就不理會，如果是其他網路的，就將資料包轉發出本地網路。它的作用在於連線相同或不同型別網路，並且能找到網路中資料傳輸最合適的路徑即路由選擇。
• 資料單元：資料包（Packet）
• 網路協議：

  • IP (IPv4 · IPv6) (Internet Protocol) 網路之間互連的協議

  • ARP (Address Resolution Protocol) 即地址解析協議，實現通過IP 地址得 知其實體地址。

  • RARP (Reverse Address Resolution Protocol)反向地址轉換協議允許局域 網的物理機器從閘道器伺服器的 ARP 表或者快取上請求其 IP地址。

  • ICMP (Internet Control Message Protocol ）Internet 控制報文協議。它是TCP/IP 協議族的一個子協議，用於在IP 主機、路由器之間傳遞控制訊息。

  • ICMPv6 (Internet Control Managemet Protocol Version 6)網際網路控制資訊協議版本六。ICMPv6為了與IPv6配套使用而開發的網際網路控制資訊協議。與IPv4一樣，IPv6也需要使用ICMP，舊版本的ICMP不能滿足IPv6全部要求，因此開發了新版本的ICMP，稱為ICMPv6。

  • IGMP (Internet Group Management Protocol) Internet 組管理協議,是因特 網協議家族中的一個組播協議，用於 IP 主機向任一個直接相鄰的路由器報 告他們的組成員情況。

  • RIP (Router information protocol) 路由資訊協議是一種在閘道器與主機之間交換路由選擇資訊的標準。

  • OSPF (Open Shortest Path Firs)開放式最短路徑優先,分散式鏈路狀態協議。

  • BGP（Border Gateway Protocol ）邊界閘道器協議，用來連線Internet 上獨立系統的路由選擇協議.採用路徑向量路由選擇協議。

運輸層

• 典型裝置：程序和埠
• 中間裝置：閘道器
  • 閘道器
    閘道器（Gateway）負責第三層（網路層）以上的資料中繼，實現不同體系結構的網路協議轉換，它通常採用軟體的方法實現，並且與特定的應用服務一一對應。比如：OSI的檔案傳輸服務FTAM和TCP/IP的檔案傳輸服務FTP，儘管二者都是檔案傳輸但是由於所執行的協議不同不能直接進行通訊，而需要閘道器將兩個檔案傳輸系統互連，達到相互進行檔案傳輸的目的。
• 資料單元：資料段 （Segment）
• 網路協議：

  • TCP （Transmission Control Protocol ）傳輸控制協議，提供可靠的面向連線的服務，傳輸資料前須先建立連線，結束後釋放。可靠的全雙工通道。可靠、有序、無丟失、不重複。

  • UDP (User Datagram Protocol ）使用者資料報協議，傳送資料前無需建立連線，不使用擁塞控制，不保證可靠交付，最大努力交付。

應用層

• 典型裝置:應用程式，如FTP，SMTP ，HTTP)
• 中間裝置：閘道器
  • 閘道器
    閘道器（Gateway）負責第三層（網路層）以上的資料中繼，實現不同體系結構的網路協議轉換，它通常採用軟體的方法實現，並且與特定的應用服務一一對應。比如：OSI的檔案傳輸服務FTAM和TCP/IP的檔案傳輸服務FTP，儘管二者都是檔案傳輸但是由於所執行的協議不同不能直接進行通訊，而需要閘道器將兩個檔案傳輸系統互連，達到相互進行檔案傳輸的目的。
• 資料單元：報文（message）
• 網路協議：

  • DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)動態主機分配協議，使用 UDP 協議工作，主要有兩個用途：給內部網路或網路服務供應商自動分配 IP 地址，給使用者或者內部網路管理員作為對所有計算機作中央管理的手段。實現即插即用連網。

  • DNS （Domain Name System ）域名解析 <埠號53>

  • FTP （File Transfer Protocol ）檔案傳輸協議 <埠號21> ，減少或消除不同作業系統下處理檔案的不相容性。

  • HTTP （Hypertext Transfer Protocol ）超文字傳輸協議 <埠號 80>， 面向事務的應用層協議。

  • POP3 (Post Office Protocol 3) 即郵局協議的第3 個版本，用於接受郵件。

  • SMTP （Simple Mail Transfer Protocol ）簡單郵件傳輸協議 <埠號25> 用於傳送郵件。

  • SSH （Secure Shell ）安全外殼協議

  • TELNET（Telnet） 遠端登入協議 <埠號23>

計算機網路通訊方式

為了實現跨越網際網路的，主機 A 的程序 P1，和主機 B 的程序 P2 之間的通訊，我們逐層把這個任務交給 TCP/IP 協議棧。

• 運輸層：“如果有人能幫我把資料從某個網路中的機器 A 搬到另一個網路中的機器 B，我就可以搞定這個任務，因為我知道不同的資料應該交給機器上的哪個程序。”
• 網路層：“如果有人能幫我把資料從區域網中直接相連的一臺機器搬到另一臺機器，我就可以把資料從一個網路搬到另一個網路，因為我知道路線怎麼走，要經過哪些節點。”
• 資料鏈路層：“我知道怎樣在區域網中搬資料，還能用 CSMA/CD 協議協調工作，還能用 CRC32 校驗傳送的資料和接收的資料是一致的，blabla... But，我只是說說，我不幹苦力活。”
• 物理層：“樓上的大爺們發話了，兄弟們上。”