计算机网络与通信：分层结构的重要性

由于计算机网络的复杂性，很难使用一个单一协议来为网络中的所有通信规定一套完整规则，因此普遍的做法是将通信问题划分为许多小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议，从而使得每个协议的设计、分析、编码和测试都变得容易，这就是网络体系结构设计中通常采用的分层思想。计算机网络分层的一般思想是先从最基本的硬件提供的服务开始，后增加一系列的层，每一层都提供更高一级的服务，高层提供的服务用低服务来实现。采用分层结构能将众多不同功能、不同配置及不同使用方式的终端设备和计算机互联来共享资源，减少了设计的复杂性。

为了对分层的概念有一个更深入的了解，下面以邮政通信系统为例加以说明。一个邮政通信系统是由用户（写信人和收信人）、邮政局、邮政运输部门和运输工具组成的，因此可以将邮政通信系统按功能分为4 层，即用户、邮政局、邮政运输部门和运输工具，每层的分工明确，功能独立，如图3-1所示。

图3-1　邮政系统分层模型

分层之后，还需要在对等层之间约定一些通信规则，即“对等层协议”。例如，通信双方写信时，都有一个约定，就是两个人都能看懂中文，这样对方收到信后才能看懂信中的内容。另外，一个邮局将用户的信件收集后，要进行分拣、打包等操作、而这些分拣、打包的规则必须在邮局之间事先协商好，这就是邮政局的协议，同样，在运输部门之间也应有一致的协议。(www.xing528.com)

当信写好之后，把信纸装入信封，信封上按中国邮政规定的顺序写上收信人的邮政编码、地址、姓名及发信人的地址、姓名和邮政编码，贴好邮票后把这信封投入邮筒。这信封是如何传递到乙的手里呢？一般用户不考虑这个问题，而把它交给邮政系统去处理。由此可以看出，寄信人和邮局之间需要某些约定，这些约定就是所谓相邻层之间的“接口”。邮局将信件打包好交付有关运输部门进行运输，如航空信交给民航，平信交给铁路或公路运输部门等。这时，邮局和运输部门也存在着”接口“问题，如到站地点、时间、包装、形式等。信件运送到目的地后进行相反的过程，最终将信件送到收信人手中，收信人依照约定的格式才能读信件。

从一个邮件的传输过程可以看出，虽然两个用户、两个邮局、两个运输部门分处甲乙两地，但它们都分别对应同等机构，即所谓的“对等层实体”；而同处一地的不同机构则是上下层关系，存在着服务与被服务的关系。前者是相同部门内部的约定，称为协议，而后者是不同部门之间的约定，称为“接口”（interface）。

采用分层后，网络系统接口主要有两个优点。首先，它将建造一个网络的问题分解为多个可处理的部分，不必把希望实现的所有功能都集中在一个软件中，而是可以分成几层，每一层解决一部分问题。第二，它提供了一种更为模块化的设计。如果想要加一些新的服务，只需要修改一层的功能，继续使用其他层提供的服务。