计算机网络体系结构-组网工程与技术

计算机网络采用层次结构具有以下优点。

1）各层之间相互独立。高层不需要知道低层如何实现，而只需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。

2）灵活性好。当其中任何一层发生变化时，如由于技术进步促使实现技术变化，只要接口保持不变，则这层以上或以下各层均不受影响。另外，当某层提供的服务不再需要时，甚至可将这层取消。

3）各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层。

4）易于实现和维护。由于整个系统已被分解为若干个易于处理的部分，这种结构使得庞大而复杂系统的实现和维护变得容易。

5）有利于促进标准化。这主要是因为每层的功能与所提供的服务已有精确的说明。

1.OSI参考模型

1974年，IBM公司提出世界上第一个网络体系结构，即系统网络体系结构（System Network Architecture，SNA）。此后，许多公司纷纷提出各自的网络体系结构。这些网络体系结构的共同点是都采用分层技术，但层次划分、功能分配与采用的技术均不同。随着信息技术的飞速发展，各种计算机的联网和各种计算机网络的互联成为迫切需要解决的问题。经过多年的努力，ISO正式制定了开放系统互连（Open System Interconnection，OSI）参考模型。整个模型分为七层，每一层都是建立在前一层的基础之上，每一层的目的都是为高层提供服务。这七层从低到高依次是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图1-10所示。

（1）物理层（Physical Layer）

物理层主要对通信网物理设备的特征性进行定义，使之能够传输二进制的数据流，如规定使用电缆和接头的类型，传送信号的电压等。事实上，数据在通信线路上是以帧（Frame）的形式来传送的，即将发送方A要传送的数据分成大小固定（具有相同的字节数）的二进制组，将每组包装起来（如为组添加一个序号等），然后再通过通信线路将每个分组送到接收方B。这里的每个分组就称为一帧。在物理层，数据帧对应的比特流被转换成媒体易于传输的光、电信号，并在媒体中传播。

（2）数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层的主要功能是保证在单个链路上的节点间无差错地传送以帧为单位的数据。在每一帧所包括的控制信息中，有同步信息、地址信息、差错控制以及流量控制信息等。

（3）网络层（Network Layer）

在一个计算机通信网中，从发送方到接收方可能存在多条通信线路，网络层要解决分组转发和路由选择等问题。

（4）传输层（Transport Layer）

传输层的主要功能是建立端到端的通信，即建立起从发送方到接收方的网络传输通路。在一般情况下，当会话层请求建立一个传输连接时，传输层就为其创建一个独立的网络连接。如果传输连接需要较大的吞吐量（一次传送大量的数据），传输层也可以为其创建多个网络连接，让数据在这些网络连接上分流，以提高吞吐量。(www.xing528.com)

（5）会话层（Session Layer）

会话层允许通信双方建立和维持会话关系（所谓会话关系，即是一方提出请求，另一方应答的关系），并使双方会话获得同步。会话层在数据中插入检验点，当出现网络故障时，只需传送检验点之后的数据而不必从头开始，即断点续传。

（6）表示层（Presentation Layer）

表示层为异构的计算机之间的通信提供格式化的数据表示和转换服务，使双方有一致的数据形式，以便能进行通信。

在网络中，主机有着不同类型的操作系统，如UNIX、Windows、Linux等；传递的数据类型千差万别，有文本、图像、声音等；有的主机或网络使用ASCII码表示数据，有的用BCD码表示数据。表示层为这些主机之间传送数据提供了格式化的数据表示和转换服务，保持传输数据的意义不变。

图1-10 OSI七层模型和数据在各层的表示

（7）应用层（Application Layer）

应用层提供网络与用户应用软件之间的接口服务。人们需要网络提供不同的服务，如传输文件、收发电子邮件、网络会议等，这些功能都是由应用层来实现的。应用层包含大量的应用协议，如HTTP、FTP等，向应用程序提供服务。

2.TCP/IP参考模型

最初ARPANET使用的是租用线路，当卫星通信系统与通信网发展起来后，ARPANET最初的网络协议在可靠性较差的通信子网中出现不少问题，这就导致了新的网络协议TCP/IP的出现。虽然TCP/IP不是OSI标准，但它们是目前最流行的商业化协议，并被公认为当前的工业标准或“事实上的标准”。

TCP/IP分为两部分，即传输控制协议（Transfer Control Protocol，TCP）和网络连接协议（Lnternet Protocol，IP）。TCP/IP其实是一个协议集，包括ARP、RARP、UDP、DNS、ICMP、POP、FTP、Telnet以及HTTP（超文本链接协议）等。它的主要作用是对因特网中主机的寻址方式、主机的命名规则、信息的传输机制及各种服务功能做详细约定。TCP/IP将网络体系结构按功能划分为4层（如图1-11），分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。接口层提供各种网络接口，传输层负责主机间的通信，网络层实现网际路由等功能，应用层提供各种应用服务。网络层协议包括IP（网际协议）、ICMP（Internet互联网控制报文协议），以及IGMP（Internet组管理协议）。IP协议目前有两个版本，即IPv4和IPv6。随着因特网的发展和TCP/IP的不断完善，TCP/IP已成为事实上的开放式标准化计算机网络体系结构。

图1-11 OSI参考模型与TCP/IP参考模型