物联网综述网络应用层.docx
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物联网综述网络应用层
网
络
应
用
层
概
述
孙秀程
129
10微高
信息工程学院
网络层是OSI参考模型中的第三层，介于运输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端通过若直干个中间节点传送到目的端，从而向运输层提供最大体的端到端的数据传送服务。
为了说明网络层的功能，先来看一个如下图所示的交换网络拓扑结构，它是由若干个网络节点按照任意的拓扑结构相互连接而成的。
网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。
网络层从物理上来讲一般分布地域宽广，从逻辑上来讲功能复杂，因此是OSI模型中面向数据通信的下三层（也即通信子网）中最为复杂也最关键的一层。
网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的成立、维持和终止等。
它提供的服务使运输层不需要了解网络中的数据传输和互换技术。
开放式系统互联（OSI）模型是由国际标准化组织概念的标准。
它概念了一种分层体系结构，其中，每一层概念了对不同通信级别的协议。
每一层包括一个和其他系统的同样层的“会话”。
将进行转换的消息，传送到协议栈中的较低层，从而在网络上被传输。
最底层称为“物理层”，它负责将这些消息以位流的形式在物理介质上进行传输。
在物理层之上的层，概念数据如何被打包以在物理层上进行传输。
再上的一层处置错误检测和纠正、会话的成立和维持通信会话继续的方式。
每一层向较高层提供一些功能。
最后，最高的层概念应用和网络的接口。
OSI模型帮忙开发人员创造能够在大量不同平台和操作系统上工作的产品。
网络层是协议栈的第三层，处在物理层和数据链路层之上。
它负责对较高层协议组装的消息进行路由选择，并处理通信错误。
有趣的是，网络层提供的出错控制机制在局域网（LAN）环境很少使用。
原因很简单，LAN相对来讲基本上是不会出错的，所以无连接的数据报通常被用于传输数据。
无连接服务用可靠提交（它没有成功提交的返回信息）来换取效率。
接着，较高的运输层服务进行检查，以确信所有的分组都到达了，并请求对任何没有抵达的分组进行重发。
当LAN进行互联时，网络层的工作就很突出了。
在一个复杂网络中，源系统的分组可能需要穿越复杂的互联路径才能抵达目的地。
网络层提供的路由选择功能，使分组沿着最少步的路径通过网络
网络层的产生也是网络进展的结果.在联机系统和线路互换的环境中，网络层的功能没有太大意义.当数据终端增多时.它们之间有中继设备相连.现在会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而是能和多台终端通信的情形,这就是产生了把任意两台数据终端设备的数据链接起来的问题,也就是路由或叫寻径.另外,当一条物理信道成立以后,被一对用户利用,往往有许多空闲时刻被浪费掉.人们自然会希望让多对用户共用一条链路，为解决这一问题就出现了逻辑信道技术和虚拟电路技术.
一、网络层主要功能
网络层为成立网络连接和为上层提供服务,应具有以下主要功能.
１．路由选择和中继.
２．激活,终止网络连接.
３．在一条数据链路上复用多条网络连接,多采取分时复用技术.
４．差错检测
５．排序,流量控制.
６．服务选择.
７．网络层管理.
８．分段和合段
９．流量控制
１０．加速数据传送
１１．复位
网络层在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。
网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括路由选择、拥塞控制和网际互连等。
二、网络层标准简介
网络层的一些主要标准如下.
:
称为"DTE用的分组级协议".
:
称为"CO网络服务定义"（面向连接）.
:
称为"CL网络服务定义"（面向无连接）.
:
称为"CL网络协议".
:
称为"网络层寻址".
除上述标准外,还有许多标准。
这些标准都只是解决网络层的部分功能,所以往往需要在网络层中同时使用几个标准才能完成整个网络层的功能.由于面对的网络不同,网络层将会采用不同的标准组合.
在具有开放特性的网络中的数据终端设备,都要配置网络层的功能.现在市场上销售的网络硬设备主要有网关和路由器.。
网络层是OSI参考模型中的第三层，是通信子网的最高层。
网络层关系到通信子网的运行控制，表现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。
网络层的主要任务是设法将源结点出的数据包传送到目的结点，从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。
概括地说，网络层应该具有以下功能：
（1）为传输层提供服务
网络层提供的服务有两类：
面向连接的网络服务和无连接的网络服务。
虚电路服务是网络层向传输层提供的一种使所有数据包按顺序到达目的结点的可靠的数据传送方式，进行数据交换的两个结点之间存在着一条为它们服务的虚电路；而数据报服务是不可靠的数据传送方式，源结点发送的每个数据包都要附加地址、序号等信息，目的结点收到的数据包不一定按序到达，还可能出现数据包的丢失现象。
典型的网络层协议是，它是由ITU-T（国际电信联盟电信标准部）提出的一种面向连接的分组交换协议。
（2）组包和拆包
在网络层，数据传输的基本单位是数据包（也称为分组）。
在发送方，传输层的报文到达网络层时被分为多个数据块，在这些数据块的头部和尾部加上一些相关控制信息后，即组成了数据包（组包）。
数据包的头部包含源结点和目标结点的网络地址（逻辑地址）。
在接收方，数据从低层到达网络层时，要将各数据包原来加上的包头和包尾等控制信息去掉（拆包），然后组合成报文，送给传输层。
（3）路由选择
路由选择也叫做路径选择，是根据一定的原则和路由选择算法在多结点的通信子网中选择一条最佳路径。
确定路由选择的策略称为路由算法。
在数据报方式中，网络结点要为每个数据包做出路由选择；而在虚电路方式中，只需在建立连接时确定路由。
（4）流量控制
流量控制的作用是控制阻塞，避免死锁。
网络的吞吐量（数据包数量/秒）与通信子网负荷（即通信子网中正在传输的数据包数量）有着密切的关系。
对防止出现阻赛和死锁，需进行流量控制，通常可采用滑动窗口、预约缓冲区、许可证和分组丢弃四种方法。
2.、路由选择算法简介
路由算法很多，大致可分为静态路由算法和动态路由算法两类。
（1）静态路由算法
静态路由算法又称为非自适应算法，是按某种固定规则进行的路由选择。
其特点是算法简单、容易实现，但效率和性能较差。
属于静态路由算法的有以下几种：
☆最短路由选择：
☆扩散式路由选择：
☆随机路由选择：
☆集中路由选择：
（2）动态路由算法
动态路由算法又称为自适应算法，是一种依靠网络的当前状态信息来决定路由的策略。
这种策略能较好地适应网络流量、拓扑结构的变化，有利于改善网络的性能；但算法复杂，实现开销大。
属于动态路由算法的有以下几种：
☆散布式路由选择策略：
☆集中路由选择策略：
3.、网络层的网络连接设备
（1）路由器（Router）
在互联网中，两台主机之间传送数据的通路会有很多条，数据包从一台主机出发，中途要经过多个站点才能到达另一台主机。
这些中间站点通常由称为路由器的设备担当，其作用就是为数据包选择一条合适的传送路径。
路由器工作在OSI模型的网络层，是根据数据包中的逻辑地址（网络地址）而不是MAC地址来转发数据包的。
路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。
路由器不仅有网桥的全部功能，还具有路径的选择功能，可根据网络的拥塞程度，自动选择适当的路径传送数据。
路由器与网桥不同之处在于，它并不是使用路由表来找到其他网络中指定设备的地址，而是依靠其它的路由器来完成任务。
也就是说，网桥是根据路由表来转发或过滤数据包，而路由器是使用它的信息来为每一个数据包选择最佳路径。
路由器有静态和动态之分。
静态路由器需要管理员来修改所有的网络路由表，一般只用于小型的网间互连；而动态路由器能根据指定的路由协议来完成修改路由器信息。
（2）第三层交换机
随着技术的发展，有些交换机也具备了路由的功能。
这些具有路由功能的交换机要在网络层对数据包进行操作，因此被称为第三层交换机。
网络各层的作用与意义：
物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层
物理层：
Physicallayer
数据链路层：
Datalinklayer
网络层：
Networklayer
传输层：
Transportlayer
会话层：
Sessionlayer
表示层：
Presentationlayer
应用层：
Applicationlayer
物理层：
是参考模型的最低层。
该层是网络通信的数据传输介质，由连接不同结点的电缆与设备共同构成。
主要功能是：
利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输并监控数据出错率，以便数据流的透明传输。
数据链路层：
是参考模型的第2层。
主要功能是：
在物理层提供的服务基础上，在通信的实体间成立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用过失控制与流量控制方式，使有过失的物理线路变成无过失的数据链路。
网络层：
是参考模型的第3层。
主要功能是：
为数据在结点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。
传输层：
是参考模型的第4层。
主要功能是向用户提供可靠的端到端（End-to-End）服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。
传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因此，它是计算机通信体系结构中关键的一层。
会话层：
是参考模型的第5层。
主要功能是：
负责维扩两个结点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断，和管理数据互换等功能。
表示层：
是参考模型的第6层。
主要功能是：
用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。
应用层：
是参考模型的最高层。
主要功能是：
为应用软件提供了很多服务，例如文件服务器、数据库服务、电子邮件与其他网络软件服务。
物联网从结构来讲，是由多个独立的管理平台组成，每一个管理平台链接了设有多个IP地址的电脑或IP设备，每一个IP设备通过SCC转换器连接多个"感知识别控制器"SRC，每一个SRC连接1个或多个物品。
在互联网中，每一个联网电脑，每一个网络服务器都是一个网络节点，人们通过联网电脑、电话能够与任何一个网络节点的设备进行信息交互。
在物联网中，物品不能像人类具有思维能力，只能通过一种统一的数据传输协议，实现物品感知和控制信息在物联网中每一个节点间的信息互联互通，实现智能化处置。
在物联网中，物品感知和控制信息传输的要素有：
物品属性信息，物品的识别数据、具体位置、制造厂、种类型号等信息，在物联网中具有唯一性；SRC的数据传输方式、数据传输协议及不同的感知和控制信息；SCC转换器的地址编码；控制电脑的COM或USB端口；控制电脑取得的动态IP；网络服务器的固定IP等等。
网络层的产生也是网络的进展的结果.在联机系统和线路互换的环境中，网络层的功能没有太大意义.当数据终端增多时.它们之间有中继设备相连.现在会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而是能和多台终端通信的情形,这就是产
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