第五章 计算机网络体系结构

计算机网络分层体系结构

• 复杂的计算机网络需要很多协议的协助以实现计算机所有的复杂功能，在制定这些网络协议时的思路是将复杂的网络通信功能划分为由若干协议分别去完 成，然后将这些协议按一定方式组织起来，以实现网络通信的所有功能。
• 最典型的划分方式就是采用分层的方式来组织协议，分层的核心思路是上一层的功能建立在下一层的功能基础上，并且在每一层内均要遵循一定的通信规 则，即协议。
• 计算机网络所划分的层次以及各层协议的集合称为计算机网络体系结构，这种分层体系结构通常是按功能划分的，并不是按实现方式划分的。
• 体系结构应当具有足够的信息，以便软件设计人员为每层编写实现该层协议的有关程序，即协议软件。
• 典型的层次化体系结构有OSI参考模型和TCP/IP参考模型两种。

OSI参考模型

• OSI参考模型采用分层构化技术，由底层到高层分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。每一层都有特定的功能，并 且上一层利用下一层的功能所提供的服务，完成本层功能。
• 第N层接受到第N+1层协议数据单元（PDU）后，按照第N层的协议对其进行封装，构成第N层的PDU，再传给下一层，以此类推，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。（教材P41图1.13）
• 1~3层主要是完成数据交换和数据传输，称为网络低层；5~7层主要是完成信息处理服务的功能，称为网络高层；低层与高层之间由第4层传输层衔接。
  • 物理层：主要功能是在传输介质上实现无结构比特流输出。该层协议规定了4个特性：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。
  • 数据链路层：主要功能是实现在相邻节点之间数据可靠而有效的传输。
  • 网络层：主要功能是数据转发与路由。
  • 传输层：主要功能包括复用/分解（区分发送和接受上的进程）、端到端的可靠数据传输、连接控制、流量控制和拥塞控制机制等。
  • 会话层：指用户与用户之间的连接、通过在两台计算机间建立、管理和终止通信来完成对话。
  • 表示层：处理应用实体间交换数据的语法，解决格式和数据表示的差别。
  • 应用层：该层提供的服务非常丰富，包括文件传送、电子邮件等。

OSI参考模型有关术语

• 数据单元
  • 在层的实体之间传送的比特组称为数据单元。在对等层之间传输数据单元是按照本层协议进行的，这时的数据单元称为协议单元（PUD）。
  • PUD在不同层中往往有不同的叫法，在物理层称为位流或比特流；在数据链路层称为帧；在网路层称为分组或包；在传输层称为数据段或报文段；在 应用层称为报文等。
• 面向连接的服务和无连接的服务：在分层的体系中，下层向上层提供服务通常有两种形式；面向连接的服务和无连接的服务。
  • 面向连接的服务以电话系统最为典型，要进行“建立链路、传输数据和拆除链路”三步；
  • 无连接的服务没有建立链路和拆除链路的过程，又称为数据报服务。

TCP/IP参考模型

• 概念：TCP/IP参考模型包括4层：应用层、传输层、网络互联层和网络接口层。
  • 应用层：TCP/IP参考模型将OSI参考模型中会话层和表示层的功能合并到了应用层来实现。每一个应用层协议一般会使用两个传输层协议之一进行数 据传输；面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。
  • 传输层：主要包括面向连接、提供可靠数据流传输的传输控制协议TCP和无连接不提供可靠数据传输的用户报协议UDP。
  • 网络互联层：网络互联层是整个TCP/IP参考模型的核心，主要解决把数据分组发送目的网络或主机的问题。网络互联层的核心协议是IP。
  • 网络接口层：这一层未被定义，所以其具有的实现方法将随着网络类型的不同而不同。这一层对应OSI模型中的数据链路层和物理层。

五层参考模型

• 对比TCP/IP参考模型与OSI参考模型，TCP/IP模型缺少OSI参考模型中功能较少的表示层与会话层，而TCP/IP参考模型与网络接口层则相当于合并了OSI 参考模型的数据链路层与物理层。