目錄

物理層

數(shù)據(jù)鏈路層

網(wǎng)絡(luò)層

運(yùn)輸層

應(yīng)用層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。

早在最初的ARPANET設(shè)計(jì)時(shí)就提出了分層的設(shè)計(jì)理念。

"分層"可將龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)題，而這些較小的局部問(wèn)題就比較易于研究和處理。

下面，我們以五層原理結(jié)構(gòu)體系，按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序,來(lái)看看實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要面臨哪些主要的問(wèn)題，以及如何將這些問(wèn)題劃分到相應(yīng)的層次，層層處理。

物理層

• 采用怎樣的傳輸媒體（介質(zhì)）
• 采用怎樣的物理接口
• 使用怎樣的信號(hào)表示比特0和1

首先來(lái)看最簡(jiǎn)單的情況：

兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)一條網(wǎng)線連接起來(lái)，對(duì)于這種最簡(jiǎn)單的情況，我們需要考慮以下問(wèn)題：

• 采用怎樣的傳輸媒體（介質(zhì)）

例如，這是我們常見(jiàn)的雙絞線網(wǎng)線

• 采用怎樣的物理接口

例如，這是RJ45以太網(wǎng)接口

• 使用怎樣的信號(hào)表示比特0和1

例如，使用這樣的方波信號(hào)，低電平表示0，高電平表示1

解決了這些問(wèn)題，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)信號(hào)來(lái)傳輸比特0或1了，

我們可以將這些問(wèn)題劃分到物理層。

說(shuō)明兩點(diǎn)：第一，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，傳輸媒體并不屬于物理層，它并不包含在體系結(jié)構(gòu)中。第二，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男盘?hào)，并不是我們舉例的方波信號(hào)。我們之所以舉例成方波信號(hào)，是未來(lái)讓初學(xué)者容易理解。在學(xué)習(xí)本身就不容易理解的、概念抽象的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時(shí)，不讓其他的技術(shù)細(xì)節(jié)再造成學(xué)習(xí)障礙。

數(shù)據(jù)鏈路層

• 如何標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的各主機(jī)（主機(jī)編址問(wèn)題，例如MAC地址）
• 如何從信號(hào)所表示的一連串比特流中區(qū)分出地址和數(shù)據(jù)
• 如何協(xié)調(diào)各主機(jī)爭(zhēng)用總線

使用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一般都由多臺(tái)主機(jī)構(gòu)成。例如，主機(jī)ABCDE通過(guò)總線互連，構(gòu)成了一個(gè)總線型網(wǎng)絡(luò)。?

假設(shè)，我們已經(jīng)解決了物理層的問(wèn)題，也就是說(shuō)，主機(jī)間可以發(fā)送信號(hào)來(lái)傳輸比特0或者1了。

我們來(lái)看看，在這樣一個(gè)總線型的網(wǎng)絡(luò)上，還面臨什么需要解決的問(wèn)題。?

• 如何標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的各主機(jī)（主機(jī)編址問(wèn)題，例如MAC地址）

如圖所示，主機(jī)A要給主機(jī)C發(fā)送數(shù)據(jù)，

但是，表示數(shù)據(jù)的信號(hào)會(huì)通過(guò)總線傳播到總線上的每一個(gè)主機(jī)。那么主機(jī)C如何知道該數(shù)據(jù)是發(fā)送給自己的，自己要接受呢？而主機(jī)B、D、E又如何知道該數(shù)據(jù)并不是發(fā)送給自己的，自己應(yīng)該拒絕呢？

這就很自然地引出了如何標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)的問(wèn)題，也就是主機(jī)編址問(wèn)題。

網(wǎng)卡上的MAC地址，它就是主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的地址。

主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該給數(shù)據(jù)附加上目的地址，根據(jù)目的地址和自身地址，來(lái)決定是否接受數(shù)據(jù)。

這就又引出了一個(gè)問(wèn)題：

• 如何從信號(hào)所表示的一連串比特流中區(qū)分出地址和數(shù)據(jù)

目的主機(jī)如何從信號(hào)中區(qū)分呢？也就是解決分組的封裝格式問(wèn)題。

• 如何協(xié)調(diào)各主機(jī)爭(zhēng)用總線

另外，對(duì)于總線型的網(wǎng)絡(luò)，還會(huì)出現(xiàn)下面這種典型的問(wèn)題。

例如，某個(gè)時(shí)刻，總線總是空閑的，也就是沒(méi)有主機(jī)使用總線來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。片刻之后，主機(jī)B和D同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這必然會(huì)造成信號(hào)碰撞，因此，如何協(xié)調(diào)各主機(jī)爭(zhēng)用總線，也是必須要解決的問(wèn)題。

需要說(shuō)明的是，這種總線型的網(wǎng)絡(luò)早已淘汰，現(xiàn)在常用的是使用以太網(wǎng)交換機(jī)將多臺(tái)主機(jī)互連形成的交換式以太網(wǎng)。

那么，以太網(wǎng)交換機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？?

我們將這些問(wèn)題，全部劃分到數(shù)據(jù)鏈路層。

到這里，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，只要解決了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層各自所面臨的問(wèn)題，我們就可以實(shí)現(xiàn)分組在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸了。

但是，我們每天都會(huì)使用的因特網(wǎng)，是由非常多的網(wǎng)絡(luò)和路由器互連起來(lái)的，僅解決物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的問(wèn)題，還是不能正常工作。

網(wǎng)絡(luò)層

• 如何標(biāo)識(shí)各網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)中的各主機(jī)（網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)共同編址的問(wèn)題，例如IP地址）
• 路由器如何轉(zhuǎn)發(fā)分組，如何進(jìn)行路由選擇

• 如何標(biāo)識(shí)各網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)中的各主機(jī)（網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)共同編址的問(wèn)題，例如IP地址）?

我們來(lái)看這個(gè)例子，這是一個(gè)由三個(gè)路由器，四個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)的小型互聯(lián)網(wǎng)。我們可以把它看做是因特網(wǎng)中很小的一部分。

在之前的例子中，僅有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，我們不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。而在本例中，有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。很顯然，我們面臨著如何標(biāo)識(shí)各網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)的問(wèn)題。

換句話說(shuō)，也就是網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)共同編址的問(wèn)題。例如，IP地址。

?這是網(wǎng)絡(luò)N1中各設(shè)備的IP地址。該類(lèi)IP地址的前三個(gè)十進(jìn)制數(shù)用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)，第四個(gè)十進(jìn)制數(shù)用來(lái)標(biāo)識(shí)主機(jī)。

同理，這是網(wǎng)絡(luò)N2上各設(shè)備的IP地址：

• 路由器如何轉(zhuǎn)發(fā)分組，如何進(jìn)行路由選擇

我們?cè)賮?lái)看另一個(gè)問(wèn)題，源主機(jī)與目的主機(jī)之間的傳輸路徑往往不止一條。分組從源主機(jī)到目的主機(jī)可走不同的路徑。這樣就引出了路由器如何轉(zhuǎn)發(fā)分組的問(wèn)題，以及如何進(jìn)行路由選擇的問(wèn)題。

我們將這些問(wèn)題全部劃歸到網(wǎng)絡(luò)層。?

至此，我們解決了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層各自的問(wèn)題，則可以實(shí)現(xiàn)分組在網(wǎng)絡(luò)間傳輸?shù)膯?wèn)題。

但是，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，這仍然不夠。

運(yùn)輸層

• 如何解決進(jìn)程之間基于網(wǎng)絡(luò)的通信問(wèn)題
• 出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí)，如何處理

• 如何解決進(jìn)程之間基于網(wǎng)絡(luò)的通信問(wèn)題?

例如，假設(shè)這臺(tái)主機(jī)中運(yùn)行著兩個(gè)與網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)程，一個(gè)是瀏覽器進(jìn)程，另一個(gè)是QQ進(jìn)程。這臺(tái)服務(wù)器中，運(yùn)行著與網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的服務(wù)器進(jìn)程。

某個(gè)時(shí)刻，主機(jī)收到了來(lái)自服務(wù)器的分組，那么，這些分組，應(yīng)該交給瀏覽器進(jìn)程處理呢，還是應(yīng)該交給QQ進(jìn)程處理呢？

這就引出了我們?nèi)绾螛?biāo)識(shí)與網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)程，進(jìn)而解決進(jìn)程之間基于網(wǎng)絡(luò)的通信問(wèn)題。

• 出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí)，如何處理

另外，如果某個(gè)分組在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了誤碼，或者由于路由器繁忙，導(dǎo)致路由器丟棄分組。換句話說(shuō)，若出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，應(yīng)該如何處理。

我們將這些問(wèn)題，全部劃分到運(yùn)輸層。

至此，我們解決了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及運(yùn)輸層各自的問(wèn)題，則可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間基于網(wǎng)絡(luò)的通信。

應(yīng)用層

在此基礎(chǔ)上，只需制定各種應(yīng)用層協(xié)議，并按協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)相應(yīng)的應(yīng)用程序，通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程間的交互來(lái)完成特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

• 通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程間的交互來(lái)完成特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

例如，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。

我們將這些問(wèn)題全部劃歸到應(yīng)用層。

至此，我們將實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所需要解決的各種主要問(wèn)題，分別劃歸到了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層，進(jìn)而構(gòu)成了五層協(xié)議體系的原理體系結(jié)構(gòu)。

END?

學(xué)習(xí)自：湖科大——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)微課堂文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-724112.html

到了這里，關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（2/4）-分層的必要性（五層協(xié)議原理體系結(jié)構(gòu)）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)！