計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個涉及計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等多個領(lǐng)域的復(fù)雜的系統(tǒng)。現(xiàn)代計算機(jī)北京網(wǎng)站建設(shè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到工業(yè)、商業(yè)、政府、軍事等領(lǐng)域以及人們生活中的各個方面，如此龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)要有效而且可靠地運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)中的各個部分就必須遵守一整套合理而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)化管理規(guī)則。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是按照高度結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，采用功能分層原理來實現(xiàn)的，這也是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容。

1.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議的概念

體系結(jié)構(gòu)是研究系統(tǒng)各部分組成及相互關(guān)系的技術(shù)科學(xué)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用分層配對結(jié)構(gòu)，定義和描述了一組用于計算機(jī)及其通信設(shè)施之間相互連接的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的集合。遵循這組規(guī)范可以方便地實現(xiàn)計算機(jī)設(shè)備之間的通信。所謂網(wǎng)絡(luò)體系就是為了完成計算機(jī)間的通信合作，把每臺計算機(jī)互相連接的功能劃分成有明確定義的層次，并規(guī)定了同層次進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口及服務(wù)，將這些同層進(jìn)程通信的協(xié)議以及相鄰層的接口統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

為了減少計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將其功能劃分為若干個層次(Layer)，較高層次建立在較低層次的基礎(chǔ)上，并為其更高層次提供必要的服務(wù)功能。網(wǎng)絡(luò)中的每一層都起到隔離作用，使得低層功能具體實現(xiàn)方法的變更不會影響到高一層所執(zhí)行的功能。下面介紹在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中所涉及的主要概念。

(1)協(xié)議

協(xié)議(Protocol)是用來描述進(jìn)程之間信息交換過程的一個術(shù)語。在網(wǎng)絡(luò)中，包含多種計算機(jī)系統(tǒng)，它們的硬件和軟件系統(tǒng)各異，要使得它們之間能夠相互通信，就必須有一套通信管理機(jī)制使通信雙方能正確地接收信息，并能理解對方所傳輸信息的含義。也就是說，當(dāng)用戶應(yīng)用程序、文件傳輸信息包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和電子郵件等互相通信時，它們必須事先約定一種規(guī)則(如交換信息的代碼、格式以及如何交換等)。這種規(guī)則就稱為協(xié)議，準(zhǔn)確地說，協(xié)議就是為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)或約定。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由語法、語義和交換規(guī)則3部分組成，即協(xié)議的3個要素:①語法確定協(xié)議元素的格式，即規(guī)定數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式。②語義確定協(xié)議元素的類型，即規(guī)定通信雙方要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應(yīng)答。③交換規(guī)則規(guī)定事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明，即確定通信狀態(tài)的變化和過程，如通信雙方的應(yīng)答關(guān)系。

(2)實體

在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都由一些實體(Entity)組成，這些實體抽象地表示了通信時的軟件元素(如進(jìn)程或子程序)或硬件元素(如智能I/O芯片等)。實體是通信時能發(fā)送和接收信息的任何軟硬件設(shè)施。

(3)接口

分層結(jié)構(gòu)中各相鄰層之間要有一個接口((Interface )，它定義了較低層向較高層提供的原始操作和服務(wù)。相鄰層通過它們之間的接口交換信息，高層并不需要知道低層是如何實現(xiàn)的，僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務(wù)，這樣使得兩層之間保持了功能的獨立性。

對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化層次模型，其特點是每一層都建立在前一層的基礎(chǔ)上，較低層只是為較高一層提供服務(wù)。這樣，每一層在實現(xiàn)自身功能時，都直接使用了較低一層提供的服務(wù)，而間接地使用了更低層提供的服務(wù)，并向較高一層提供更完善的服務(wù)，同時屏蔽了具體實現(xiàn)這些功能的細(xì)節(jié)。

層次結(jié)構(gòu)是描述體系結(jié)構(gòu)的基本方法，而體系結(jié)構(gòu)總是帶有分層的特征，用分層研究方法定義的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各層的功能、各層協(xié)議和接口的集合稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2.開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)通信就必須依靠網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。在20世紀(jì)70年代，各大計算機(jī)生產(chǎn)廠家(如IBM,DEC等)的產(chǎn)品都有自己的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這樣，不同廠家生產(chǎn)的計算機(jī)系統(tǒng)就難以聯(lián)網(wǎng)。為了實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的計算機(jī)系統(tǒng)之間以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對當(dāng)時的各類計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并于1984年正式公布了一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型作為國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，即OSI/RM (Reference Model of Open System Interconnection /Reference M odel )，也稱為ISO /OSI。這里的“開放”表示任何兩個遵守OSI/RM的系統(tǒng)都可以進(jìn)行互聯(lián)，當(dāng)一個系統(tǒng)能按OSI /RM與另一個系統(tǒng)進(jìn)行通信時，就稱該系統(tǒng)為開放系統(tǒng)。

OSI參考模型只給出了一些原則性的說明，它并不是一個具體的網(wǎng)絡(luò)。它將整個網(wǎng)絡(luò)的功能劃分成7個層次，而且在兩個通信實體之間的通信必須遵循這7層結(jié)構(gòu)，如圖5-4所示。OSI參考模型最高層為應(yīng)用層，面向用戶提供應(yīng)用服務(wù);最低層為物理層，連接通信媒體實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進(jìn)行的，上層通過接口向下層提出服務(wù)請求，而下層通過接口向上層提供服務(wù)。兩個用戶計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時，除物理層之外，其余各對等層之間均不存在直接的通信關(guān)系，而是通過各對等層的協(xié)議來進(jìn)行通信，例如，兩個對等的網(wǎng)絡(luò)層使用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議通信。只有兩個物理層之間才通過媒體進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)通信。

在實際應(yīng)用中，當(dāng)兩個通信實體通過一個通信子網(wǎng)進(jìn)行通信時，必然會經(jīng)過一些中間結(jié)點一般來說.通信子網(wǎng)中的結(jié)點只涉及低3層的結(jié)構(gòu)，因此，兩個通信實體之間的層次結(jié)構(gòu)。 OSI參考模型各層的基本功能如下:

第1層:物理層(Physical Laver )，在物理信道上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特(bit)流.提供為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路連接所需的各種傳輸介質(zhì)、通信接口特性等。

第2層:數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)，在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，建立相鄰結(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過差錯控制提供數(shù)據(jù)幀在信道上無差錯地傳輸，并進(jìn)行數(shù)據(jù)流量控制。

第3層:網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)，為傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸提供建立、維護(hù)和終止網(wǎng)絡(luò)連接的手段，把上層來的數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)包(Packet)在結(jié)點之間進(jìn)行交換傳送，并且負(fù)責(zé)路由控制和擁塞控制。

第4層:傳輸層(Transport Layer)，為上層提供端到端(最終用戶到最終用戶)的透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。所謂透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)。

第5層:會話層(Session Laver )，為表示層提供建立、維護(hù)和結(jié)束會話連接的功能，并提供會話管理服務(wù)。

第6層:表示層(Presentation Layer)，為應(yīng)用層提供信息表示方式的服務(wù)，如數(shù)據(jù)格式的變換、文本壓縮和加密技術(shù)等。

第7層:應(yīng)用層(Application Layer)，為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供各種服務(wù)，如文件傳輸、電子郵件(E-mail)、分布式數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)管理等。

從各層的網(wǎng)絡(luò)功能角度看，可以將OSI參考模型的7層分為:第1,2層解決有關(guān)網(wǎng)絡(luò)信道問題;第3,4層解決傳輸服務(wù)問題;第5,6,7層處理對應(yīng)用進(jìn)程的訪問問題。

從控制角度看，OS1參考模型中的第1,2,3層可以看做是傳輸控制層，負(fù)責(zé)通信子網(wǎng)的工作，解決網(wǎng)絡(luò)中的通信問題;第5,6,7層為應(yīng)用控制層，負(fù)責(zé)有關(guān)資源子網(wǎng)的工作，解決應(yīng)用進(jìn)程的通信問題;第4層為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的接口，起到連接傳輸和應(yīng)用的作用。
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