【计算机网络——网络体系结构详解】

网络体系结构与协议

本章内容

• 层次化的网络体系结构
• 开放系统互联参考模型（OSI/RM）
• TCP/IP体系结构
• OSI和TCP/IP的主要层次功能
  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层

计算机网络体系结构

• 网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、异质性
  • 不同的通信介质——有线、无线、… …
  • 不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设备、… …
  • 不同的操作系统——Unix、Windows、… …
  • 不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）
  • 不同的应用环境——固定、移动、… …
  • 不同种类业务——分时、交互、实时、… …
  • 宝贵的投资和积累——有形、无形、… …
  • 用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏
• 对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网
  络的结构，以达到：
  • 结构清晰
  • 简化设计与实现
  • 便于更新与维护
  • 较强的独立性和适应性
• 解决：分而治之
• 层次的观点： 每层实现一种特定的服务
  • 通过自己内部的功能
  • 依赖自己的下层提供的服务

计算机网络体系结构的定义

• 计算机网络中也采用了分层方法
  • 把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。
• 网络的层次结构方法要解决的问题包括：
  • 分层与功能：网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么
  • 服务与接口：各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？
  • 协议：通信双方的数据传输要遵循哪些规则？
• 计算机网络中，层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结构。
  • 换句话说：体系结构包括三个内容：分层结构与每层的功能，服务与层间接口，协议。
• 最早的网络体系结构源于IBM的SNA；
  • 其它的网络体系结构还有DEC的DNA等
• 由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM；
• 实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构
• 层次结构方法的优点：
  • 独立性强——耦合程度低
    • 上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法。
  • 适应性强
    • 只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。
  • 易于实现和维护
    • 把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元：
      • 使系统的结构清晰，实现、调试和维护变得简单和容易。
      • 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块。

分层原理

1. 基本概念

   • 实体
     • 任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。
   • 对等层
     • 两个不同系统的同级层次。
   • 对等实体
     • 分别位于不同系统对等层中的两个实体
   • 接口
     • 相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。
   • 服务
     • 某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。
   • 协议
     • 通信双方在通信中必须遵守的规则。

2. 基本原理

   • 网络协议将相似的功能放在同一层上，每层的功能基于下一层的功能实现，并为上一层提供服务，相邻层之间通过接口进行信息交互；对等层间由若干个网络协议来实现本层的功能。

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     • 网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的

     • 同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次

     • 每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务

     • 通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信“

     • 实际的**物理通信只在最底层完成 **

     • Pn：第n层协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定

3. 对等层通信实质

   • 网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信。
   • 实际上，每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。