計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的、具有綜合性技術(shù)的系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信處理機(jī)、通信線路和通信設(shè)備、操作系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等組成。為了更好地描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有條不紊地處理工作，需要定義一種較好的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。分層結(jié)構(gòu)就是一種較好地描述網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的方法。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織和網(wǎng)絡(luò)配置三個(gè)方面來(lái)描述。
● 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是從功能上來(lái)描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
● 網(wǎng)絡(luò)組織是從網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)兩方面來(lái)描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
● 網(wǎng)絡(luò)配置是從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面來(lái)描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的布局、軟硬件和通信線路配置等。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次劃分原則

● 每層功能相對(duì)獨(dú)立。
● 相鄰層功能具有一定的依賴關(guān)系。
● 對(duì)每層要完成的服務(wù)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行明確規(guī)定。
● 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中處于不同地區(qū)的系統(tǒng)進(jìn)行相同的層次結(jié)構(gòu)劃分。
● 不同系統(tǒng)的同等層具有相同功能（服務(wù)）。
● 高層使用低層提供的服務(wù)時(shí)，不需知道低層服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分層次結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)

● 各層相對(duì)獨(dú)立。層次結(jié)構(gòu)中每一層相對(duì)獨(dú)立，一個(gè)層次只需要通過(guò)接口使用其下層提供的服務(wù)來(lái)完成本層功能，并對(duì)上一層提供服務(wù)。它只需知道下層能夠提供哪些服務(wù)，而不需知道下層是如何實(shí)現(xiàn)這些功能的。
● 簡(jiǎn)化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。由于各層相對(duì)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能，從而將一個(gè)龐大、復(fù)雜的大型問(wèn)題拆解處理，簡(jiǎn)化問(wèn)題難度。
● 網(wǎng)絡(luò)體系的靈活性更好。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次間相對(duì)獨(dú)立，因此，當(dāng)某一層功能發(fā)生變更時(shí)，只要上下接口不發(fā)生變化，即向上層提供的服務(wù)和向下層要求的服務(wù)不變，則在更改層之上或之下的層次都不會(huì)受到影響。層次間的靈活性保證了每層可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行不斷改進(jìn)，而不影響其他層次的設(shè)計(jì)。
● 結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。分層結(jié)構(gòu)使得一個(gè)龐大系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變得容易，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的大問(wèn)題轉(zhuǎn)化成了若干易于處理的小問(wèn)題了。

OSI七層模型

• 應(yīng)用層

應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，它是服務(wù)于用戶，是唯一直接為用戶應(yīng)用進(jìn)程訪問(wèn)OSI環(huán)境提供手段和服務(wù)的層次，應(yīng)用層以下各層通過(guò)應(yīng)用層間接地向應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。因此，應(yīng)用層向應(yīng)用進(jìn)程提供的服務(wù)是所有層提供服務(wù)的總和。應(yīng)用層需要識(shí)別并保證通信雙方的可用性，保證應(yīng)用程序之間的同步，建立傳輸錯(cuò)誤糾正機(jī)制和保證數(shù)據(jù)完整性控制機(jī)制。應(yīng)用層包含了用戶通常需要的各種協(xié)議。

• 表示層

表示層的任務(wù)是處理兩個(gè)通信系統(tǒng)之間交換信息的表示方式。表示層關(guān)注的是信息的語(yǔ)法和語(yǔ)義。不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須以相同的一種抽象方式來(lái)定義，以實(shí)現(xiàn)這些計(jì)算機(jī)之間的通信。表示層正是用來(lái)定義和管理這些抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密和解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。目前，表示層也沒(méi)有具體的協(xié)議。

• 會(huì)話層

會(huì)話層的任務(wù)是負(fù)責(zé)維護(hù)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間會(huì)話的建立、管理和終止。會(huì)話層允許不同機(jī)器上建立用戶會(huì)話。會(huì)話可以提供各種服務(wù)，包括對(duì)話控制、令牌管理以及同步功能。目前，會(huì)話層沒(méi)有具體的協(xié)議。

• 傳輸層

傳輸層的任務(wù)是向用戶提供一種端到端的服務(wù)。傳輸層是通信體系中關(guān)鍵的一層，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了向高層屏蔽下層數(shù)據(jù)通信的全部細(xì)節(jié)。傳輸層接收上一層傳來(lái)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分割成較小的單元，將這些數(shù)據(jù)單元傳送給網(wǎng)絡(luò)層。傳輸層自始至終將數(shù)據(jù)從源端帶到目的端。也就是說(shuō)，源端在傳輸層利用報(bào)文首部和控制信息與目的端的類似程序進(jìn)行會(huì)話，其下面各層通過(guò)協(xié)議與同等層級(jí)進(jìn)行通信，其通信過(guò)程涉及多少路由，傳輸層并不需知道，也不涉及源端與目的端。

• 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是通過(guò)路由算法為分組選擇最適合子網(wǎng)通信的路徑，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和擁塞控制。路由可以建立在靜態(tài)表的基礎(chǔ)上，也可以采用一種自動(dòng)更新的方式，以此避免網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的故障組件。路由可以處于高度動(dòng)態(tài)中，這樣針對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都重新確定路徑，反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況。網(wǎng)絡(luò)層的傳輸單元是分組。

• 數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，為實(shí)體間的通信建立真正的數(shù)據(jù)鏈路連接。發(fā)送方將數(shù)據(jù)拆分成數(shù)據(jù)幀，順序地發(fā)送這些數(shù)據(jù)幀。接收方正確接收到發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)幀之后，向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀，作為回復(fù)消息。數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸單元為幀，并采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，確保數(shù)據(jù)線路的無(wú)差錯(cuò)傳輸。

• 物理層

物理層的任務(wù)是在一條物理通信線路上傳輸原始比特。發(fā)送方發(fā)送1（或0）時(shí)，接收方應(yīng)當(dāng)接收到1（或0），而不是0（或1）。因此物理層需要考慮的是使用多大的電壓來(lái)代表1或0，以及接收方采用何種方式來(lái)識(shí)別發(fā)送方的比特?cái)?shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。物理層的傳輸單元為比特。

OSI七層模型與TCP/IP五層協(xié)議關(guān)系圖

TCP/IP五層協(xié)議

• 應(yīng)用層(application layer)
  應(yīng)用層是體系結(jié)構(gòu)中的最高層。應(yīng)用層的任務(wù)是通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程間的交互來(lái)完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。應(yīng)用層協(xié)議定義的是應(yīng)用進(jìn)程間通信和交互的規(guī)則。這里的進(jìn)程(process)就是指主機(jī)中正在運(yùn)行的程序。對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要有不同的應(yīng)用層協(xié)議。在因特網(wǎng)中的應(yīng)用層協(xié)議很多，如支持萬(wàn)維網(wǎng)應(yīng)用的HTTP協(xié)議，支持電子郵件的SMTP協(xié)議，支持文件傳送的FTP協(xié)議，等等。我們將應(yīng)用層交互的數(shù)據(jù)單元稱為報(bào)文(message)。

• 運(yùn)輸層(transport layer)
  運(yùn)輸層的任務(wù)就是負(fù)責(zé)向兩個(gè)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

運(yùn)輸層主要使用以下兩種協(xié)議

● 傳輸控制協(xié)議TCP (Transmission Control Protocol)——提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆?bào)文段(segment)。
● 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP (User Datagram Protocol)——提供無(wú)連接的、盡最大努力(best-effort)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?，其?shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報(bào)。

• 網(wǎng)絡(luò)層(network layer)
  網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層把運(yùn)輸層產(chǎn)生的報(bào)文段或用戶數(shù)據(jù)報(bào)封裝成分組或包(packet)進(jìn)行傳送。在TCP/IP體系中，由于網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，因此分組也叫作 IP數(shù)據(jù)報(bào)，或簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)。

• 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer)
  數(shù)據(jù)鏈路層常簡(jiǎn)稱為鏈路層。我們知道，兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，總是在一段一段的鏈路上傳送的，這就需要使用專門的鏈路層的協(xié)議。在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的IP數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀（framing）,在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的鏈路上傳送幀（frame）。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯(cuò)控制等）。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，控制信息使接收端能夠知道一個(gè)幀從哪個(gè)比特開(kāi)始和到哪個(gè)比特結(jié)束。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層在收到一個(gè)幀后，就可從中提取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層。

• 物理層(physical layer)
  在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特。發(fā)送方發(fā)送1（或0）時(shí)，接收方應(yīng)當(dāng)收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理層要考慮用多大的電壓代表“1”或“0”，以及接收方如何識(shí)別出發(fā)送方所發(fā)送的比特。物理層還要確定連接電纜的插頭應(yīng)當(dāng)有多少根引腳以及各條引腳應(yīng)如何連接。當(dāng)然，解釋比特代表的意思，就不是物理層的任務(wù)。
  請(qǐng)注意，傳遞信息所利用的一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無(wú)線信道等，并不在物理層協(xié)議之內(nèi)而是在物理層協(xié)議的下面。因此也有人把物理媒體當(dāng)作第0層。

數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程

假定主機(jī)1的應(yīng)用進(jìn)程AP1向主機(jī)2的應(yīng)用進(jìn)程AP2傳送數(shù)據(jù)。AP1先將其數(shù)據(jù)交給本主機(jī)的第5層（應(yīng)用層）。第5層加上必要的控制信息H5就變成了下一層的數(shù)據(jù)單元。第4層（運(yùn)輸層）收到這個(gè)數(shù)據(jù)單元后，加上本層的控制信息H4，再交給第3層（網(wǎng)絡(luò)層），成為第3層的數(shù)據(jù)單元。依此類推。不過(guò)到了第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）后，控制信息被分成兩部分，分別加到本層數(shù)據(jù)單元的首部（H2）和尾部（T2）；而第1層（物理層）由于是比特流的傳送，所以不再加上控制信息。請(qǐng)注意，傳送比特流時(shí)應(yīng)從首部開(kāi)始傳送。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-468786.html

到了這里，關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)筆記：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（OSI七層模型、TCP/IP五層協(xié)議）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！