计算机网络体系结构

计算机网络是一个涉及计算机技术、通信技术等多个领域的复杂的系统。现代计算机北京网站建设网络已经渗透到工业、商业、政府、军事等领域以及人们生活中的各个方面，如此庞大而又复杂的系统要有效而且可靠地运行，网络中的各个部分就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理规则。计算机网络就是按照高度结构化设计方法，采用功能分层原理来实现的，这也是计算机网络体系结构研究的内容。

1.网络体系结构及协议的概念

体系结构是研究系统各部分组成及相互关系的技术科学。计算机网络体系结构采用分层配对结构，定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间相互连接的标准和规范的集合。遵循这组规范可以方便地实现计算机设备之间的通信。所谓网络体系就是为了完成计算机间的通信合作，把每台计算机互相连接的功能划分成有明确定义的层次，并规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务，将这些同层进程通信的协议以及相邻层的接口统称为网络体系结构。

为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设计方法，计算机网络将其功能划分为若干个层次(Layer)，较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更不会影响到高一层所执行的功能。下面介绍在网络体系结构中所涉及的主要概念。

(1)协议

协议(Protocol)是用来描述进程之间信息交换过程的一个术语。在网络中，包含多种计算机系统，它们的硬件和软件系统各异，要使得它们之间能够相互通信，就必须有一套通信管理机制使通信双方能正确地接收信息，并能理解对方所传输信息的含义。也就是说，当用户应用程序、文件传输信息包、数据库管理系统和电子邮件等互相通信时，它们必须事先约定一种规则(如交换信息的代码、格式以及如何交换等)。这种规则就称为协议，准确地说，协议就是为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定。

网络协议由语法、语义和交换规则3部分组成，即协议的3个要素:①语法确定协议元素的格式，即规定数据与控制信息的结构和格式。②语义确定协议元素的类型，即规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。③交换规则规定事件实现顺序的详细说明，即确定通信状态的变化和过程，如通信双方的应答关系。

(2)实体

在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体(Entity)组成，这些实体抽象地表示了通信时的软件元素(如进程或子程序)或硬件元素(如智能I/O芯片等)。实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。

(3)接口

分层结构中各相邻层之间要有一个接口((Interface )，它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层通过它们之间的接口交换信息，高层并不需要知道低层是如何实现的，仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务，这样使得两层之间保持了功能的独立性。

对于网络结构化层次模型，其特点是每一层都建立在前一层的基础上，较低层只是为较高一层提供服务。这样，每一层在实现自身功能时，都直接使用了较低一层提供的服务，而间接地使用了更低层提供的服务，并向较高一层提供更完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细节。

层次结构是描述体系结构的基本方法，而体系结构总是带有分层的特征，用分层研究方法定义的计算机网络各层的功能、各层协议和接口的集合称为计算机网络体系结构。

2.开放系统互联参考模型

计算机网络中实现通信就必须依靠网络通信协议。在20世纪70年代，各大计算机生产厂家(如IBM,DEC等)的产品都有自己的网络通信协议，这样，不同厂家生产的计算机系统就难以联网。为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织对当时的各类计算机网络体系结构进行了研究，并于1984年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互联参考模型，即OSI/RM (Reference Model of Open System Interconnection /Reference M odel )，也称为ISO /OSI。这里的“开放”表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互联，当一个系统能按OSI /RM与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。

OSI参考模型只给出了一些原则性的说明，它并不是一个具体的网络。它将整个网络的功能划分成7个层次，而且在两个通信实体之间的通信必须遵循这7层结构，如图5-4所示。OSI参考模型最高层为应用层，面向用户提供应用服务;最低层为物理层，连接通信媒体实现数据传输。层与层之间的联系是通过各层之间的接口来进行的，上层通过接口向下层提出服务请求，而下层通过接口向上层提供服务。两个用户计算机通过网络进行通信时，除物理层之外，其余各对等层之间均不存在直接的通信关系，而是通过各对等层的协议来进行通信，例如，两个对等的网络层使用网络层协议通信。只有两个物理层之间才通过媒体进行真正的数据通信。

在实际应用中，当两个通信实体通过一个通信子网进行通信时，必然会经过一些中间结点一般来说.通信子网中的结点只涉及低3层的结构，因此，两个通信实体之间的层次结构。 OSI参考模型各层的基本功能如下:

第1层:物理层(Physical Laver )，在物理信道上传输原始的数据比特(bit)流.提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。

第2层:数据链路层(Data Link Layer)，在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据流量控制。

第3层:网络层(Network Layer)，为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接的手段，把上层来的数据组织成数据包(Packet)在结点之间进行交换传送，并且负责路由控制和拥塞控制。

第4层:传输层(Transport Layer)，为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、可靠的数据传输服务。所谓透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。

第5层:会话层(Session Laver )，为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务。

第6层:表示层(Presentation Layer)，为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的变换、文本压缩和加密技术等。

第7层:应用层(Application Layer)，为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件(E-mail)、分布式数据库以及网络管理等。

从各层的网络功能角度看，可以将OSI参考模型的7层分为:第1,2层解决有关网络信道问题;第3,4层解决传输服务问题;第5,6,7层处理对应用进程的访问问题。

从控制角度看，OS1参考模型中的第1,2,3层可以看做是传输控制层，负责通信子网的工作，解决网络中的通信问题;第5,6,7层为应用控制层，负责有关资源子网的工作，解决应用进程的通信问题;第4层为通信子网和资源子网的接口，起到连接传输和应用的作用。
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