計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜的系統(tǒng)?，F(xiàn)代計(jì)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(gè)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(gè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是按照高度結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，采用功能分層原理來實(shí)現(xiàn)的，這也是計(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用分層配對(duì)結(jié)構(gòu)，定義和描述了一組用于計(jì)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(shí)現(xiàn)計(jì)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(jì)算機(jī)間的通信合作，把每臺(tái)計(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將其功能劃分為若干個(gè)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(shí)現(xiàn)方法的變更不會(huì)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(gè)術(shù)語。在網(wǎng)絡(luò)中，包含多種計(jì)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(duì)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(shí)，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(shí)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(gè)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(dòng)作以及做出何種應(yīng)答。③交換規(guī)則規(guī)定事件實(shí)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(shí)體

在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都由一些實(shí)體(Entity)組成，這些實(shí)體抽象地表示了通信時(shí)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(shí)體是通信時(shí)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(gè)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(shí)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(dú)立性。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化層次模型，其特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)自身功能時(shí)，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(shí)屏蔽了具體實(shí)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(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)就難以聯(lián)網(wǎng)。為了實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的計(jì)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(duì)當(dāng)時(shí)的各類計(jì)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(gè)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(gè)遵守OSI/RM的系統(tǒng)都可以進(jìn)行互聯(lián)，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)能按OSI /RM與另一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，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(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)。它將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能劃分成7個(gè)層次，而且在兩個(gè)通信實(shí)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(shí)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(qǐng)求，而下層通過接口向上層提供服務(wù)。兩個(gè)用戶計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時(shí)，除物理層之外，其余各對(duì)等層之間均不存在直接的通信關(guān)系，而是通過各對(duì)等層的協(xié)議來進(jìn)行通信，例如，兩個(gè)對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)層使用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議通信。只有兩個(gè)物理層之間才通過媒體進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)通信。

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)兩個(gè)通信實(shí)體通過一個(gè)通信子網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)，必然會(huì)經(jīng)過一些中間結(jié)點(diǎn)一般來說.通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)只涉及低3層的結(jié)構(gòu)，因此，兩個(gè)通信實(shí)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(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過差錯(cuò)控制提供數(shù)據(jù)幀在信道上無差錯(cuò)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(diǎn)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(duì)上層屏蔽了通信傳輸系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)。

第5層:會(huì)話層(Session Laver )，為表示層提供建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接的功能，并提供會(huì)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(duì)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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