计算机网络概述（2）计算机网络体系结构

1常见的计算机网络体系结构

TCPAP体系结构相当于将OS体系结构的物理层和数据链路层合并为了网络接口层，并去掉了会活层和表示层。

另外，由于TCP亦在网络层便用的协议是IP协议(网际协议)，因此TCP/IP体系结构的网络层常称为网际层。

**OS标准失败的原因可以纳为: **

1.OSI的专家缺乏实际经验。

2.OSI协议实现起来过分复杂，而且运行效率很低

3.OSI标准的制定周期太长,因而使得按OS标准生产的设备无法及时进入市场。

4.OSl的层次划分也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。

1.IP协议可以将不同的网络接口进行互连，并向其上的TCP协议和UDP协议提供网络互连服务。

2.TCP协议在享受P协议提供的网络互连服务的基础上。可向应用层的相应协议提供可靠传输的服务。

3.UDP协议在享受IP协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供不可靠传输的服务。

4.IP协议作为TCP/IP体系结构中的核心协议。一方面负责互连不同的网络接口，也就是IP over everything

5.另一方面。为各种网络应用提供服务，也就是Everything over IP。

6.在TCP/IP协议体系中包含有大量的协议，IP协议和TCP协议是其中非常重要的两个协议。因此，用TCP和IP这两个协议来表示整个协议大家族，常称为TCP/IP协议族。

7.由于TCP/IP体系结构为了将不同的网络接口进行互连，因此它的网络接口层并没有规定什么具体的内容。

2计算机网络体系结构分层的必要性

物理层解决的问题：

1.采用怎样的传输媒体(介质)：严格来说，传输媒体并不属于物理层，它并不包含在体系结构之中。

2.采用怎样的物理接口

3.使用怎样的信号表示比特0和1

数据链路层解决的问题

1.如何标识网络中的各主机(主机编址问题，例如MAC地址(其实它就是主机在网络中的地址))：主机在发送数据时，应该给数据附公上目的地址，当其他主机收到后，根据目的地址和自身地址，来决定是香接受数据。

2.如何从信号所表示的一连串比特流中区分出地址和数据：需要解决分组的封装格式问题。

3.如何协调各主机争用总线：需要说明的是，这种总线型的网络早已淘汰，现在常用的是使用以太网交换机将多台主机写连形形成的交换式以太网(如下)。那么,以太网交换机又是如何实现的呢?我们将这些问题，全部划归到数据链路层。

**网络层**需要解决的问题

1.如何标识各网络以及网络中的各主机(网络和主机共同编址的问题，例如IP地址)

2.路由器如何转发分组，如何进行路由选择

**运输层**需要解决的问题

1.如何解决进程之间基于网络的通信问题

2.出现传输错误时，如何处理

**应用层**要解决的问题

1.通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用

3计算机网络体系结构分层思想举例

从主机端按体系结构首顶向下的顺序来看

• 应用层按HTTP协议的规定，构建一个HTTP请求报文。这是该报文的内容

  

• 应用层将HTTP请求报文交付给运输层处理。运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部，使之成为TCP报文段。这是TCP报文段的首部格式，该首部的作用主要是为了区分应用进程，以及变现可靠传输。

• 运输层将TCP报文段交付给网络层处理。网络层给TCP报文添加一个IP首部，使之成为IP数据报。这是IP数据报的首部格式。该首部的作用主要是为了使IP数据报可以在互联网上传输，也就是被路由器转发。

• 网络层将IP数据报交付给数据链路层处理。数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部使之成为帧。假没网络N1是以太网。这是以太网顺首部的格式。该首部的作用主要是为了让帧能够在一段链路上或一个网络上传输，能够被相应的目的主机接收。这是以太网帧尾部的格式。其作用是为了让目的主机检查所接收到的帧是否有误码。

• 数据链路层将帧交付给物理层。物理层将帧看作是比特流，由于网络N1是以太网，因此物理层还会给该此特流前面添前导码。这是前导码的内容，其作用是为了让国的主机做好接收帧的准备。

• 物理层将添加有前导码的比特流，变换成相应的信号发送到传输媒体，信号通过传输媒体到达路由器。

• 路由器的处理过程。物理层将信导变换为此特流，

• 然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层，实际上交付的是帧。

• 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后，将其交付给网络层。实际上交付的是IP数据报。网络层解析IP数据报的首部，从中提取出目的网络地址，然后查看自身的路由表，确定转发端口，以便进行转发。

• 网络层将IP数据报交付给数据链路层，数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部使之成为帧。

• 数据链路层将帧交付给物理层，物理层将帧看作是比特流。由于网络N2是以太网，因此物理层还会给该比特流前面添加前导码。

• 物理层将添有前t码的比特流，变换成相应的信发送到传输媒体。信号通过传输媒体到达Web服务器

• Web服务器的处理过程。物理层将信导变换为比特流。
  

• 然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层。实际上交付的是帧。

• 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后，将其交付给网络层，实际上交付的是IP数据报。

• 网络层IP数据报的首部去掉后，将其交付给运输层。实际上交付的是TCP报文段。

• 运输层将TCP报文段的首部去掉后，将其交付给应用层。实际上交付的是HTTP请求报文。

  

• 应用层对HTTP请求报文进行解析，然后给主机返回回HTTP响应报文。与之前的过程类似。HTTP响应报文需要在Web服务器层层封装，然后通过物理层变换成相应的信导，再通过传输媒体传输到路由器。路古器转发该响应报交给主机。主机通过物理层将收到的信号转换为比特流。之后通过逐层解封，最终取出HTTP响应报文。

4计算机网络体系结构中的专用术语

实体

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等实体：收发双方相同层次中的实体。

协议

协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。

• 之所以称为逻辑通信。是因为这种通信其实并不存在。它只是我们假没出来的一种通信。
• 目的在于方便我们单独研究体系结构某一层时，不用考虑其他层
• 例如：当我们研究运输层时，我们可以假设运输层的对等实体在进行逻辑通信。而不用顾及其他层。

协议的三要素：语法、语义、同步

• 语法：定义所交换信息的格式。

  • 语法定义了所交换信息由哪些字段以及何种顺序构成。

  • 语法就是定义了这些小格子的长度和先后顺序。

    

• 语义：定义收发双方所要完成的操作

  • 举个例子例子体现出通信双方收到分组后完成怎样的操作。
    • 主机要访问远程Web服务器。它会构建一个HTTP的GET请求报文，然后特其发送给Web服务器。
    • Web服务器收到该报文并进行解析，知道这是一个HTTP的GET请求报文。于是就在自身内部查找所请求的内容，并将所找到的内容封装在一 个HTTP响应报文中发回给主机。
    • 主机收到HTP响应报文后，对其进行解析，取出所请求的内容并由浏览器解析显示。
    • 这些过程这是HTP协议的语必所定义的。

• 同步：定义收发双方的时序关系

  • 并不是指始终频率同步

服务

在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。

要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

协议是“水平的”，服务是“垂直的”

实体看得见相邻下层所提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是"透明"的。

• 这就好比：我们肯定看得见手机为我们提供的各种服务，但我们只是享受这些服务，而没有必要弄懂手机的工作原理。

服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。

• 数据链路层的服务访问点为帧的“类型"字段。
• 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”。
• 运输层的服务访问点为”端口号”

服务原语：上层使用 下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。

协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。
服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。
多个SDU可以合成为一个PDU; 一个SDU也可划分为几个PDU。