计算机网络学习笔记 1.2 计算机网络体系结构和参考模型

前言

参考王道考研复习指导
后续会进一步整理，包括添加笔记内容，标明参考资料。

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体系结构概念

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构（Architecture）是计算机网络中的层次、各层的协议及层间接口的集合。

注意：

• 硬件或软件的实现（Implementation）问题并不是体系结构所关注的。体系结构是抽象的，而实现是是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

一、分层结构

为什么要分层

• 为了降低协议设计和调试过程的复杂性
• 为了便于对网络进行研究、实现和维护
• 促进标准化工作

分层的基本原则

1. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2. 每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
3. 结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5. 整个分层结构应该能促进标准化工作。

实体

对等实体

协议

接口、服务

实体

第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。

二、协议、接口、服务的概念

1、协议

为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】

1. 三个基本要素

• 语法：规定传输数据的格式
• 语义：规定所要完成的功能
• 同步：规定各种操作的顺序

2、接口（访问服务点SAP）

上层使用下层服务的入口。

第 n 层的SAP就是第 n+1 层可以访问第 n 层服务的地方。

3、服务

下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】

服务原语

上层使用下层服务时的命令

四种服务原语：

• 请求
• 指示
• 响应
• 证实

报文结构

• SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。
• PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。
• PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

各层的PDU特定名称

• 传输层：数据段（Segment）
• 网络层：分组（数据报）（Packet）
• 数据链路层：数据帧（Frame）
• 物理层：比特（Bit）

三、概念总结

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。

计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。

每层遵循某个/某些网络协议以完成本层功能。

计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。

第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。

仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。

四、计算机网络参考模型

• 7层OSI参考模型：法定标准
• 4层TCP/IP参考模型：事实标准
• 5层的体系结构

1、OSI参考模型

由来：
为了解决计算机网络复杂的大问题，提出分层结构（按功能）
提出第一个网络体系结构：IBM：SNA
目的：支持异构网络系统的互联互通。
国际标准化组织（ISO）于1984年提出开放系统互连（OSI）参考模型。
但是！理论成功，市场失败。

7层OSI参考模型：法定标准
每层完成特定的功能

通信过程

1、物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。

透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

功能

• 定义接口特性
• 定义传输模式
  单工、半双工、双工
• 定义传输速率
• 比特同步
• 比特编码

2、数据链路层

主要任务：把网络层传下来的数据报组装成帧。

数据链路层/链路层的传输单位是帧。

功能

• 成帧（定义帧的开始和结束） …010011010101…

• 差错控制
  帧错 + 位错

• 流量控制

• 访问（接入）控制
  控制对信道的访问

3、网络层

主要任务

把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

传输单位

数据报

功能

• 路由选择
  最佳路径
• 流量控制
• 差错控制
• 拥塞控制
  若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。
  因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。

4、传输层

负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。

传输单位

报文段或用户数据报

功能

• 可靠传输、不可靠传输
• 差错控制
• 流量控制功能
• 复用分用
  • 复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
  • 分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。

记忆方法：可差流用

7、应用层

• 用户与网络的界面
• 所有能和用户交互产生网络流量的程序

典型应用层服务：

• 文件传输(FTP)
• 电子邮件(SMTP)
• 万维网(HTTP)
  …

6、表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式(语法和语义)

• 功能一：数据格式变换（翻译官）

• 功能二：数据加密解密

  “我的微信支付密码是xxxx”

• 功能三：数据压缩和恢复

  图像压缩后传输，接收后解压缩

会话层

向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。

这是会话，也是建立同步(SYN)

• 功能一：建立、管理、终止会话

• 功能二：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点 / 同步点继续恢复通信，实现数据同步。

  适用于传输大文件。