計算機網絡分層結構

對計算機網絡的體系結構以分層的方式進行建模可以降低協議設計和調試過程的復雜性，便于對網絡進行研究、實現和維護，促進標準化工作。計算機網絡的體系結構就是這個計算機網絡及其所應完成的功能的精確定義，它是計算機網絡中的層次、各層的協議及層間接口的集合。體系結構是抽象的，而實現是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。

分層的基本原則如下:
1）每層都實現一種相對獨立的功能，降低大系統的復雜度。
2）各層之間界面自然清晰，易于理解，相互交流盡可能少。
3）各層功能的精確定義獨立于具體的實現方法，可以采用最合適的技術來實現。
4）保持下層對上層的獨立性，上層單向使用下層提供的服務。
5）整個分層結構應能促進標準化工作。

在計算機網絡體系結構的各個層次中，每個報文都分為兩部分:
一是數據部分， 即SDU;
二是控制信息部分，即PCI,它們共同組成PDU.
1）服務數據單元(SDU):為完成用戶所要求的功能而應傳送的數據。第n層的服務數據單元記為n-SDU
2）協議控制信息(PCI): 控制協議操作的信息。第n層的協議控制信息記為n-PCI
它們共同組成協議數據單元(PDU):對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的PDU

各種數據單元的關系如下圖：

層次結構的具體含義：
1)第n層的實體不僅要使用第n-1層的服務來實現自身定義的功能，還要向第n+1層提供本層的服務，該服務是第n層及其下面各層提供的服務總和。
2)最低層只提供服務，是整個層次結構的基礎，中間各層既是下一層的服務使用者，又是
上一層的服務提供者，最高層面向用戶提供服務。
3)上一層只能通過相鄰層間的接口使用下一層的服務，而不能調用其他層的服務，下一層所提供服務的實現細節對上層透明。
4)兩臺主機通信時，對等層在邏輯上有一條直接信道，表現為不經過下層就把信息傳送到對方。

協議、接口、服務的概念

1.協議

網絡協議(Network Protocol)：為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。網絡協議簡稱為協議。

協議的組成：
1）語法：規定傳輸數據的格式
2）語義：規定要完成的功能，即需要發出何種控制信息、完成何種動作及做出何種應答
3）同步：規定執行各種操作的條件、時序關系等，是事件實現順序的詳細說明

一個完整的協議通常應具有線路管理(建立、釋放連接)、差錯控制、數據轉換等功能。

2.接口

接口：同一結點內相鄰兩層間交換信息的連接點。

每層只能為緊鄰的層次之間定義接口，不能跨層定義接口。在典型的接口上，同一結點相鄰兩層的實體通過服務訪問點(Service Access Point, SAP) 進行交互。

3.服務

服務指下層為緊鄰的上層提供的功能調用，是垂直的。對等實體在協議的控制下，使得本層能為上一層提供服務， 但要實現本層協議還需要使用下一層所提供的服務。上層使用下層所提供的服務時必須與下層交換一些命令， 這些命令在OSI中稱為服務原語，原語被劃分為4類：請求（Request）、指示（Indication）、響應（Response）、證實（Confirmation）。

三者之間的關系圖解：

計算機網絡提供的服務分類：
1）面向連接服務與無連接服務
2）可靠服務和不可靠服務
3）有應答服務和無應答服務

OSI模型和TCP/IP模型

1.OSI模型

為了實現不同網絡之間的互聯ISO（International Standards Organization，國際標準化組織）提出了OSI（Open Systems Interconnection，開放系統互聯）參考模型。

OSI模型把電腦間的數據傳輸問題拆分為7個較小任務，并將它們與OSI參考模型的7層結構一一對應。OSI模型自上而下分別為應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。

OSI模型主要處理以下事項：
1)網絡中的設備如何發送數據，以及該設備如何知道在何時將數據傳送至何處；
2)網絡中的設備如何接收數據，以及該設備如何知道在何處搜尋數據；
3)使用不同語言的設備怎樣通訊；
4)網絡中的設備如何在物理上進行互聯；
5)協議如何與網絡上的設備協同工作以安排數據。

2.TCP/IP模型

TCP/IP模型是一個擁有一套用于互聯網和相似網絡的通信協議的網絡模型。傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）和網絡互聯協議（Internet Protocol，IP）是這類模型中第一個被定義的協議。它與OSI模型類似，根據不同的偏好有四層或五層。一些人將其分為應用層、傳輸層、互聯網層、網絡接口層，另一些人把網絡接口層分為物理層和數據鏈路層。

TCP/IP模型和OSI模型都是獨立創建的，TCP/IP模型表示了當今世界現狀，而OSI模型代表了一種理想狀態。

3.OSI模型和TCP/IP模型協議棧比較

兩個模型的主要區別：
1）OSI是一個參考模型，而TCP/IP是其具體實現；
2）OSI模型由7個等級層次構成，TCP/IP只有4層；
3）TCP/IP協議被認為是互聯網發展的標準，OSI模型則是一個通用的獨立于具體協議的標準；
4）TCP/IP將表示層和會話層整合到它的應用層中；
5）TCP/IP將將數據鏈路層和物理層合并到網絡接口層中；
6）TCP/IP被認為是更值得信賴的模型，主要因為TCP/IP協議是互聯網發展的標準，網絡往往不依據OSI模型構建，它僅作為一個指導工具。

總結

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