計算機網絡體系結構

計算機網絡是一個涉及計算機技術、通信技術等多個領域的復雜的系統。現代計算機北京網站建設網絡已經滲透到工業、商業、政府、軍事等領域以及人們生活中的各個方面，如此龐大而又復雜的系統要有效而且可靠地運行，網絡中的各個部分就必須遵守一整套合理而嚴謹的結構化管理規則。計算機網絡就是按照高度結構化設計方法，采用功能分層原理來實現的，這也是計算機網絡體系結構研究的內容。

1.網絡體系結構及協議的概念

體系結構是研究系統各部分組成及相互關系的技術科學。計算機網絡體系結構采用分層配對結構，定義和描述了一組用于計算機及其通信設施之間相互連接的標準和規范的集合。遵循這組規范可以方便地實現計算機設備之間的通信。所謂網絡體系就是為了完成計算機間的通信合作，把每臺計算機互相連接的功能劃分成有明確定義的層次，并規定了同層次進程通信的協議及相鄰層之間的接口及服務，將這些同層進程通信的協議以及相鄰層的接口統稱為網絡體系結構。

為了減少計算機網絡的復雜程度，按照結構化設計方法，計算機網絡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上，并為其更高層次提供必要的服務功能。網絡中的每一層都起到隔離作用，使得低層功能具體實現方法的變更不會影響到高一層所執行的功能。下面介紹在網絡體系結構中所涉及的主要概念。

(1)協議

協議(Protocol)是用來描述進程之間信息交換過程的一個術語。在網絡中，包含多種計算機系統，它們的硬件和軟件系統各異，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，當用戶應用程序、文件傳輸信息包、數據庫管理系統和電子郵件等互相通信時，它們必須事先約定一種規則(如交換信息的代碼、格式以及如何交換等)。這種規則就稱為協議，準確地說，協議就是為實現網絡中的數據交換而建立的規則標準或約定。

網絡協議由語法、語義和交換規則3部分組成，即協議的3個要素:①語法確定協議元素的格式，即規定數據與控制信息的結構和格式。②語義確定協議元素的類型，即規定通信雙方要發出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應答。③交換規則規定事件實現順序的詳細說明，即確定通信狀態的變化和過程，如通信雙方的應答關系。

(2)實體

在網絡分層體系結構中，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)。實體是通信時能發送和接收信息的任何軟硬件設施。

(3)接口

分層結構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。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的，僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務，這樣使得兩層之間保持了功能的獨立性。

對于網絡結構化層次模型，其特點是每一層都建立在前一層的基礎上，較低層只是為較高一層提供服務。這樣，每一層在實現自身功能時，都直接使用了較低一層提供的服務，而間接地使用了更低層提供的服務，并向較高一層提供更完善的服務，同時屏蔽了具體實現這些功能的細節。

層次結構是描述體系結構的基本方法，而體系結構總是帶有分層的特征，用分層研究方法定義的計算機網絡各層的功能、各層協議和接口的集合稱為計算機網絡體系結構。

2.開放系統互聯參考模型

計算機網絡中實現通信就必須依靠網絡通信協議。在20世紀70年代，各大計算機生產廠家(如IBM,DEC等)的產品都有自己的網絡通信協議，這樣，不同廠家生產的計算機系統就難以聯網。為了實現不同廠家生產的計算機系統之間以及不同網絡之間的數據通信，國際標準化組織對當時的各類計算機網絡體系結構進行了研究，并于1984年正式公布了一個網絡體系結構模型作為國際標準，稱為開放系統互聯參考模型，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的系統都可以進行互聯，當一個系統能按OSI /RM與另一個系統進行通信時，就稱該系統為開放系統。

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絡。它將整個網絡的功能劃分成7個層次，而且在兩個通信實體之間的通信必須遵循這7層結構，如圖5-4所示。OSI參考模型最高層為應用層，面向用戶提供應用服務;最低層為物理層，連接通信媒體實現數據傳輸。層與層之間的聯系是通過各層之間的接口來進行的，上層通過接口向下層提出服務請求，而下層通過接口向上層提供服務。兩個用戶計算機通過網絡進行通信時，除物理層之外，其余各對等層之間均不存在直接的通信關系，而是通過各對等層的協議來進行通信，例如，兩個對等的網絡層使用網絡層協議通信。只有兩個物理層之間才通過媒體進行真正的數據通信。

在實際應用中，當兩個通信實體通過一個通信子網進行通信時，必然會經過一些中間結點一般來說.通信子網中的結點只涉及低3層的結構，因此，兩個通信實體之間的層次結構。 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據比特(bit)流.提供為建立、維護和拆除物理鏈路連接所需的各種傳輸介質、通信接口特性等。

第2層:數據鏈路層(Data Link Layer)，在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀在信道上無差錯地傳輸，并進行數據流量控制。

第3層:網絡層(Network Layer)，為傳輸層的數據傳輸提供建立、維護和終止網絡連接的手段，把上層來的數據組織成數據包(Packet)在結點之間進行交換傳送，并且負責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、可靠的數據傳輸服務。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的具體細節。

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

第6層:表示層(Presentation Layer)，為應用層提供信息表示方式的服務，如數據格式的變換、文本壓縮和加密技術等。

第7層:應用層(Application Layer)，為網絡用戶或應用程序提供各種服務，如文件傳輸、電子郵件(E-mail)、分布式數據庫以及網絡管理等。

從各層的網絡功能角度看，可以將OSI參考模型的7層分為:第1,2層解決有關網絡信道問題;第3,4層解決傳輸服務問題;第5,6,7層處理對應用進程的訪問問題。

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，負責通信子網的工作，解決網絡中的通信問題;第5,6,7層為應用控制層，負責有關資源子網的工作，解決應用進程的通信問題;第4層為通信子網和資源子網的接口，起到連接傳輸和應用的作用。
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