工业以太网网络体系及标准

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        20世纪60年代以来，计算机网络得到了飞速发展。各大厂商和标准组织为了在数据通信网络领域占据主导地位，纷纷推出了各自的网络架构体系和标准，如IBM公司的SNA协议，Novell公司的IPX/SPX协议，以及广泛流行的OSI参考模型和TCP/IP协议。同时，各大厂商根据这些协议生产出了不同的硬件和软件。标准组织和厂商的共同努力促进了网络技术的快速发展和网络设备种类的迅速增长。
        网络通信中，“协议”和“标准”这两个词汇常常可以混用。同时，协议或标准本身又常常具有层次的特点。一般地，关注于逻辑数据关系的协议通常被称为上层协议，而关注于物理数据流的协议通常被称为低层协议。IEEE 802就是一套用来管理物理数据流在局域网中传输的标准，包括在局域网中传输物理数据的802.3以太网标准。还有一些用来管理物理数据流在使用串行介质的广域网中传输的标准，如帧中继FR（Frame Relay），高级数据链路控制HDLC（High-Level Data Link Control），异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）。

       不同的协议栈用于定义和管理不同网络的数据转发规则。
       国际标准化组织ISO于1984年提出了OSI RM（Open System Interconnection Reference Model，开放系统互连参考模型）。

       OSI模型的设计目的是成为一个开放网络互联模型，来克服使用众多网络模型所带来的互联困难和低效性；OSI参考模型很快成为计算机网络通信的基础模型。在设计时遵循了以下原则：

• 各个层之间有清晰的边界，便于理解；
• 每个层实现特定的功能，且相互不影响；
• 每个层是服务者又是被服务者，即为上一层服务，又被下一层服务；
• 层次的划分有利于国际标准协议的制定；
• 层次的数目应该足够多，以避免各个层功能重复。
• OSI参考模型具有以下优点：
• 简化了相关的网络操作；
• 提供即插即用的兼容性和不同厂商之间的标准接口；
• 使各个厂商能够设计出互操作的网络设备，加快数据通信网络发展；
• 防止一个区域网络的变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速升级；
• 把复杂的网络问题分解为小的简单问题，易于学习和操作。
  

       OSI七层模型中，给每一个对等层数据起一个统一的名字为：   协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit）。相应地：
            应用层数据称为应用层协议数据单元（APDU，Application Protocol Data Unit），
            表示层数据称为表示层协议数据单元（PPDU，Presentation Protocol Data Unit），
            会话层数据称为会话层协议数据单元（SPDU，Session Protocol Data Unit）。
            传输层数据称为段（Segment），
            网络层数据称为数据包（Packet），
            数据链路层称为帧（Frame），
            物理层数据称为比特流（Bit）。
       封装（Encapsulation）是指网络节点（Node）将要传送的数据用特定的协议头打包，来传送数据，同样在某些层进行数据处理时，也会在数据尾部加上报文，这时候也称为封装。OSI七层模型的每一层都对数据进行封装，以保证数据能够正确无误的到达目的地，被终端主机接受、执行。

     数据到达目的地后需要进行解封装。解封装与封装的过程恰好相反。
     OSI的对等层之间的通信是每一层利用下一层提供的服务与对等层通信。


1、物理层
       物理层涉及到在通信信道（channel）上传输的原始比特流，是OSI参考模型的基础，它实现传输数据所需要的机械、电气功能特性。它不关心每一bit流（0,1）所代表的含义（ 如代表地址还是应用数据），只关注如何把bit流通过不同物理链路传输至对端。典型的象中继器、集线器（hub）就属于物理层设备。
2、数据链路层
        数据链路层主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路，并且进行流量调控。
3、网络层
       网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，转发数据包。其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。网络层设备通过运行路由协议（Routing Protocol）来计算到目的地的最佳路由，找到数据包应该转发的下一个网络设备，然后利用网络层协议封装数据包，利用下层提供的服务把数据发送到下一个网络设备。
4、传输层
       传输层位于OSI参考模型第四层，最终目标是向用户（一般指应用层的进程），提供有效、可靠的服务。
5、在会话层
        在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。
6、表示层
       表示层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。
7、应用层
        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。
        OSI参考模型的建立是网络技术发展的一个里程碑，它为网络的标准化提供了一致的框架和前景。但由于OSI参考模型的庞大，所以在建立网络时，并没有完全依赖OSI参考模型。事实上，基于TCP/IP协议的Internet网络有着自己的网络体系结构—TCP/IP网络体系结构。这种体系结构，目前已经成为事实上的网络标准。
       TCP/IP协议体系结构与OSI参考模型类似，也为分层体系结构，但比OSI参考模型的层数要少，一般指的四层结构，从低到高，依次为数据链路层、网络层、传输层和应用层，


1、数据链路层
       数据链路层在TCP/IP协议结构的最底层。该层中的协议提供了一种数据传送的方法，使得系统可以通过直接的物理连接的网络，将数据传送到其他设备，并定义了如何利用网络来传送IP数据报。TCP/IP网络接口层一般包括OSI参考模型的物理层和数据链路层的全部功能，因此这一层的协议很多，包括各种局域网、广域网的各种物理网络的标准。
2、网络层
       网络层在网络接口的上一层。网络层协议IP是TCP/IP的核心协议，也是网络层中最重要的协议。IP可提供基本的分组传输服务，这是构造TCP/IP的基础。网络层上、下层中的所有协议都使用IP协议传送数据；所有的TCP/IP数据，无论是进来的还是出去的，都流经IP，并与它的最终目的地无关。另外，网络层还有两个协议，地址转换协议（ARP）和网间控制报文协议（ICMP），其中ICMP协议具有测试网络链路和检测网络故障的功能，是IP协议不可分割的一部份。
3、传输层
       传输层在网络层的上一层，又称主机到主机传输层。传输层有两个重要的协议是传输控制协议TCP和用户数据报文协议UDP，用以提供端到端的数据传输服务，即从一个应用程序到另一个应用程序之间的信息传递。TCP利用端到端的错误检测与纠正功能，提供可靠的数据传输服务。而UDP则提供低开销、无链接的数据报文传输服务。
4、应用层
       TCP/IP协议体系结构的顶层是协议最多的一层。应用层的协议大多数都为用户提供直接的服务，而且还在不断地增加新的服务。
       常见的应用层协议有：

• Telnet网络终端协议；
• FTP文件传输协议；
• SMTP简单邮件传输协议；
• POP邮件接收协议；
• HTTP超文本传输协议；
• DNS域名服务等。