協(xié)議

什么是協(xié)議

協(xié)議，就是規(guī)則的集合。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，我們需要在龐大的網(wǎng)絡(luò)中有條不紊地交換數(shù)據(jù)，就必須遵循一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及相關(guān)的同步方案。我們稱這些為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或者約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也簡稱為“協(xié)議”。

協(xié)議是水平存活的

需要注意的是，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，控制的是兩個(gè)（或多個(gè)）對等實(shí)體中進(jìn)行通信的規(guī)則的集合，是水平的。不對等實(shí)體間是沒有協(xié)議的。比如使用 TCP/IP 協(xié)議棧通信的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)A 的傳輸層與 結(jié)點(diǎn)B 的傳輸層之間是存在協(xié)議，但是 結(jié)點(diǎn)A 的傳輸層和 結(jié)點(diǎn)B 的網(wǎng)絡(luò)層是不存在協(xié)議的。

協(xié)議的組成

協(xié)議是由語法、語義和同步三個(gè)部分組成。

• 語法：規(guī)定了傳輸數(shù)據(jù)的格式。
• 語義：規(guī)定了所要完成的功能，即需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動(dòng)作以及做出何種應(yīng)答。
• 同步：規(guī)定了執(zhí)行各種操作的條件、時(shí)序關(guān)系等，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。

一個(gè)完整的協(xié)議通常應(yīng)具有線路管理（建立、釋放連接）、差錯(cuò)控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。

---

接口

接口是同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰兩層間交換信息的連接點(diǎn)，是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的規(guī)定。每層只能為緊鄰的層次之間定義接口，不能跨層定義接口。

在典型的接口上，同一結(jié)點(diǎn)相鄰兩層的實(shí)體通過服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP）進(jìn)行交互。服務(wù)是通過 SAP 提供給上層使用的，第 $n$ 層的 SAP 就是第 $n+1$ 層可以訪問第 $n$ 層服務(wù)的地方。

每個(gè) SAP 都有一個(gè)能夠標(biāo)識(shí)它的地址，且 SAP 是一個(gè)抽象的概念，實(shí)際上是一個(gè)邏輯接口，是和通常所說的兩個(gè)設(shè)備之間的硬件接口是很不一樣的。

---

服務(wù)

服務(wù)是什么

服務(wù)是指下層為緊鄰的上層提供的功能調(diào)用，是垂直的。

對等實(shí)體在協(xié)議的控制下，使得本層能夠?yàn)樯弦粚犹峁┓?wù)，但要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下一層所提供的服務(wù)。

服務(wù)原語

上層使用下層所提供的服務(wù)時(shí)，必須與下層交換一些命令。這些命令在 OSI 參考模型中被稱為 服務(wù)原語。

服務(wù)原語被分為以下幾類：

• 請求： Request，由服務(wù)用戶發(fā)往服務(wù)提供者，請求完成某項(xiàng)工作。
• 指示： Indication，由服務(wù)提供者發(fā)往服務(wù)用戶，指示用戶做某件事情。
• 響應(yīng)： Response，由服務(wù)用戶發(fā)往服務(wù)提供者，作為對指示的響應(yīng)。
• 證實(shí)： Confirmation，由服務(wù)提供者發(fā)往服務(wù)用戶，作為對請求的證實(shí)。

這幾類原語用于不同的功能，如建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接等。根據(jù)是否包含全部原語，又將服務(wù)分為 有應(yīng)答服務(wù) 以及 無應(yīng)答服務(wù)：

• 有應(yīng)答服務(wù)： 包括全部原語；
• 無應(yīng)答服務(wù)： 僅包含請求和指示兩類原語。

---

協(xié)議與服務(wù)的區(qū)別

協(xié)議和服務(wù)在概念上是不同的。

1. 只有本層協(xié)議實(shí)現(xiàn)了才能保證向上一層提供服務(wù)。本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議，即下面的協(xié)議對上層的服務(wù)用戶是透明的。
2. 協(xié)議是“水平”的，即協(xié)議是控制對等實(shí)體之間通信的規(guī)則，而服務(wù)是“垂直”的，即服務(wù)是由下層通過層間接口向上層提供的。
3. 另外，并非在一層內(nèi)完成的全部功能都稱為服務(wù)，只有那些能夠被高一層實(shí)體“看得見”的功能才能被稱為服務(wù)。

協(xié)議、接口、服務(wù)三者之間的關(guān)系可以如下圖所示：

---

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)的三種方式

面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)

• 在 面向服務(wù) 中，通信前雙方必須先建立連接，分配相應(yīng)的資源（如緩沖區(qū)），以保證通信能正常進(jìn)行，傳輸結(jié)束后，釋放連接以及所占用的資源。因此這種服務(wù)可以分為連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個(gè)階段。TCP 就是一種面向連接服務(wù)的協(xié)議。
• 在 無連接服務(wù) 中，通信前雙方無需先建立連接，需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可直接發(fā)送，把每個(gè)帶有目的地址的包（報(bào)文分組）傳送到線路上，由系統(tǒng)選定路線進(jìn)行傳輸。這是一種不可靠的服務(wù)。IP/UDP 就是一種無連接的服務(wù)。

可靠服務(wù)與不可靠服務(wù)

• 可靠服務(wù) 是指網(wǎng)絡(luò)具有糾錯(cuò)、檢錯(cuò)、應(yīng)答機(jī)制，能夠保證數(shù)據(jù)正確、可靠地傳送到目的地。
• 不可靠服務(wù) 是指網(wǎng)絡(luò)只是盡量正確、可靠地傳送，而不能保證數(shù)據(jù)正確、可靠地傳送至目的地，是一種盡力而為的服務(wù)。

對于不可靠服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)的正確性、可靠性要由應(yīng)用或者用戶來保障。例如用戶收到信息后要判斷信息的正確性，如果不正確，那么用戶要把出錯(cuò)信息報(bào)告給信息的發(fā)送者，以便發(fā)送者采取糾錯(cuò)措施。通過用戶的這些措施，可以把不可靠的服務(wù)變成可靠的服務(wù)。

有應(yīng)答服務(wù)與無應(yīng)答服務(wù)

• 有應(yīng)答服務(wù) 是指接收方在收到數(shù)據(jù)后向發(fā)送方給出相應(yīng)的應(yīng)答，該應(yīng)答由傳輸系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而不由用戶實(shí)現(xiàn)。所發(fā)送的應(yīng)答既可以是肯定應(yīng)答，也可以是否定應(yīng)答，通常在接收到的數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送否定應(yīng)答。例如，文件傳輸服務(wù)就是一種有應(yīng)答的服務(wù)。
• 無應(yīng)答服務(wù) 是指接收方收到數(shù)據(jù)后不自動(dòng)給出應(yīng)答，若需要應(yīng)答，則由高層實(shí)現(xiàn)。例如對于 WWW 服務(wù)，客戶端收到服務(wù)器發(fā)送的頁面文件 后不給出應(yīng)答。