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

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)學(xué)科術(shù)語(yǔ)01簡(jiǎn)介OSI七層參考模型基本概念TCP/IP參考模型目錄030204基本信息計(jì)算機(jī)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型，它是各層的協(xié)議以及層次之間的端口的集合。在計(jì)算機(jī)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)通信必須依靠絡(luò)通信協(xié)議，廣泛采用的是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）1997年提出的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)（OpenSystemInterconnection，OSI）參考模型，習(xí)慣上稱(chēng)為ISO/OSI參考模型。簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以從絡(luò)體系（NetworkArchitecture）結(jié)構(gòu)，絡(luò)組織和絡(luò)配置三個(gè)方面來(lái)描述。絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是從功能上來(lái)描述，指計(jì)算機(jī)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合；絡(luò)組織是從絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)和絡(luò)的實(shí)現(xiàn)兩方面來(lái)描述；絡(luò)配置是從絡(luò)應(yīng)用方面來(lái)描述計(jì)算機(jī)絡(luò)的布局、硬件、軟件和通信線(xiàn)路。計(jì)算機(jī)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)絡(luò)及其部件所應(yīng)該完成功能的精確定義。這些功能究竟由何種硬件或軟件完成，是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，實(shí)現(xiàn)是具體的，是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)軟件和硬件之上的。世界上第一個(gè)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是美國(guó)IBM公司于1974年提出的，它取名為系統(tǒng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA（SystemNetworkArchitecture）。凡是遵循SNA的設(shè)備就稱(chēng)為SNA設(shè)備。這些SNA設(shè)備可以很方便地進(jìn)行互連。此后，很多公司也紛紛建立自己的絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這些體系結(jié)構(gòu)大同小異，都采用了層次技術(shù)?；靖拍?.1通信協(xié)議1.2實(shí)體1.3接口1.4服務(wù)基本概念1.5服務(wù)原語(yǔ)1.7絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.6數(shù)據(jù)單元基本概念1.1通信協(xié)議在絡(luò)系統(tǒng)中，為了滿(mǎn)足數(shù)據(jù)通信的雙方準(zhǔn)確無(wú)誤的進(jìn)行通信，這就需要我們根據(jù)在通信過(guò)程中產(chǎn)生的各種問(wèn)題，制定一系列的通信雙方必須遵守的規(guī)定，這就是我們所說(shuō)的通信協(xié)議。從通信協(xié)議的表現(xiàn)形式來(lái)看，它規(guī)定了交互雙方用于通信的一系列語(yǔ)言法則和語(yǔ)言意義，這些相關(guān)的協(xié)議能夠規(guī)范各個(gè)功能部件在通信過(guò)程中的正確操作。

1.2實(shí)體每層的具體功能是由該層的實(shí)體完成的。所謂實(shí)體是指能在某一層中具有數(shù)據(jù)收發(fā)能力的活動(dòng)單元（元素）。一般就是該層的軟件進(jìn)程或者實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議的硬件單元。在不同系統(tǒng)上同一層的實(shí)體互稱(chēng)為對(duì)等實(shí)體。

1.3接口上下層之間交換信息通過(guò)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般使上下層之間傳輸信息量盡可能少，這樣使兩層之間保持其功能的相對(duì)獨(dú)立性。

1.4服務(wù)服務(wù)就是絡(luò)中各層向其相鄰上層提供的一組功能集合，是相鄰兩層之間的界面。因?yàn)樵诮j(luò)的各個(gè)分層機(jī)構(gòu)中的單方面依靠關(guān)系，使得在絡(luò)中相互鄰近層之間的相關(guān)界面也是單向性的：下層作為服務(wù)的提供者，上層作為服務(wù)的接受者。上層實(shí)體必須通過(guò)下層的相關(guān)服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)（ServiceAccessPoint，SAP），才能夠獲得下層的服務(wù)。SAP作為上層與下層進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的服務(wù)場(chǎng)所，每一個(gè)SAP都會(huì)有有自己的一個(gè)標(biāo)識(shí)，并且每個(gè)層間接口可以有多個(gè)SAP。

1.5服務(wù)原語(yǔ)絡(luò)中的各種服務(wù)是通過(guò)相應(yīng)的語(yǔ)言進(jìn)行描述的，這些服務(wù)原語(yǔ)可以幫助用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)相應(yīng)的服務(wù)，也可以像用戶(hù)報(bào)告發(fā)生的相應(yīng)事件。服務(wù)原語(yǔ)可以帶著不同的參數(shù)，這些參數(shù)可以指明需要與那臺(tái)服務(wù)器相連、服務(wù)器的類(lèi)別、和準(zhǔn)備在這次連接上所使用的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。假如被呼叫的用戶(hù)不同意呼叫用戶(hù)建立的連接數(shù)據(jù)大小，它會(huì)在一個(gè)“連接響應(yīng)”原語(yǔ)中提出一個(gè)新的建議，呼叫的一方能夠從“連接確認(rèn)”的原語(yǔ)中得知情況。這樣的整個(gè)過(guò)程細(xì)節(jié)就是協(xié)議內(nèi)容的一部分。

1.6數(shù)據(jù)單元在絡(luò)中信息傳送的單位稱(chēng)為數(shù)據(jù)單元。數(shù)據(jù)單元可分為：協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）、接口數(shù)據(jù)單元（IDU）和服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）。1）協(xié)議數(shù)據(jù)單元不同系統(tǒng)某層對(duì)等實(shí)體為實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議所交換的信息單位，稱(chēng)為該層協(xié)議數(shù)據(jù)單。其中：協(xié)議控制信息，是為實(shí)現(xiàn)協(xié)議而在傳送的數(shù)據(jù)的首部或尾部加的控制信息，如、差錯(cuò)控制信息、序號(hào)信息等；用戶(hù)數(shù)據(jù)為實(shí)體提供服務(wù)而為上層傳送的信息?？紤]到協(xié)議的要求，如時(shí)延、效率等因素，對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)單元的大小一般都有所限制。2）服務(wù)數(shù)據(jù)單元上層服務(wù)用戶(hù)要求服務(wù)提供者傳遞的邏輯數(shù)據(jù)單元稱(chēng)為服務(wù)數(shù)據(jù)單元?？紤]到協(xié)議數(shù)據(jù)單元對(duì)長(zhǎng)度的限制，協(xié)議數(shù)據(jù)單元中的用戶(hù)數(shù)據(jù)部分可能會(huì)對(duì)服務(wù)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分段或合并。3）接口數(shù)據(jù)單元在同一系統(tǒng)的相鄰兩層實(shí)體的一次交互中，經(jīng)過(guò)層間接口的信息單元，稱(chēng)為接口數(shù)據(jù)單元。其中，接口控制信息是協(xié)議在通過(guò)層間接口時(shí)，需要加一些控制信息，如通過(guò)多少字節(jié)或要求的服務(wù)質(zhì)量等，它只對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)單元通過(guò)接口時(shí)有作用，進(jìn)入下層后丟棄；接口數(shù)據(jù)為通過(guò)接口傳送的信息內(nèi)容。

1.7絡(luò)體系結(jié)構(gòu)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是以完成不同計(jì)算機(jī)之間的通信合作為目標(biāo)，把需要連接的每個(gè)計(jì)算機(jī)相互連接的功用分成明確的層次，在結(jié)構(gòu)里面它規(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)。實(shí)際上絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是用分層研究方法定義的計(jì)算機(jī)絡(luò)各層的功能、各層協(xié)議以及接口的集合。

OSI七層參考模型OSI七層參考模型為把在一個(gè)絡(luò)結(jié)構(gòu)下開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)與在另一個(gè)絡(luò)結(jié)構(gòu)下開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)互聯(lián)起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)更高一級(jí)的應(yīng)用，使異種機(jī)之間的通信成為可能，便于絡(luò)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1984年形成了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel，簡(jiǎn)稱(chēng)OSI）的正式文件。OSI從邏輯上，把一個(gè)絡(luò)系統(tǒng)分為功能上相對(duì)獨(dú)立的7個(gè)有序的子系統(tǒng)，這樣OSI體系結(jié)構(gòu)就由功能上相對(duì)獨(dú)立的7個(gè)層次組成，如圖1所示。它們由低到高分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層。圖1OSI七層模型（1）物理層（Physical，PH）傳遞信息需要利用一些物理傳輸媒體，如雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖等。物理層的任務(wù)就是為上層提供一個(gè)物理的連接，以及該物理連接表現(xiàn)出來(lái)的機(jī)械、電氣、功能和過(guò)程特性，實(shí)現(xiàn)透明的比特流傳輸。在這一層，數(shù)據(jù)還沒(méi)有組織，僅作為原始的比特流提交給上層——數(shù)據(jù)鏈路層。（2）數(shù)據(jù)鏈路層（Data-link，D）數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在2個(gè)相鄰的結(jié)點(diǎn)之間的鏈路上實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀傳輸。每一幀包括一定的數(shù)據(jù)和必要的控制信息，在接收方接收到數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)要通知發(fā)送方重發(fā)，直到這一幀無(wú)差錯(cuò)地到達(dá)接收結(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)鏈路層就是把一條有可能出錯(cuò)的實(shí)際鏈路變成讓絡(luò)層看起來(lái)像不會(huì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。實(shí)現(xiàn)的主要功能有：幀的同步、差錯(cuò)控制、流量控制、尋址、幀內(nèi)定界、透明比特組合傳輸?shù)?。TCP/IP參考模型TCP/IP參考模型20世紀(jì)70年代初期，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA）為了實(shí)現(xiàn)異種之間的互聯(lián)與互通，大力資助絡(luò)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)工作。ARPANET開(kāi)始使用的是一種稱(chēng)為絡(luò)控制協(xié)議（networkcontrolprotocol，NCP）的協(xié)議。隨著ARPANET的發(fā)展，需要更為復(fù)雜的協(xié)議。1973年，引進(jìn)了傳輸控制協(xié)議TCP，隨后，在1981年引入了際協(xié)議IP。1982年，TCP和IP被標(biāo)準(zhǔn)化成為T(mén)CP/IP協(xié)議組，1983年取代了ARPANET上的NCP，并最終形成較為完善的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范。TCP/IP（transmissioncontrolprotocol/internetprotocol，傳輸控制協(xié)議/際協(xié)議）由它的2個(gè)主要協(xié)議即TCP協(xié)議和IP協(xié)議而得名。TCP/IP是Internet上所有絡(luò)和主機(jī)之間進(jìn)行交流時(shí)所使用的共同“語(yǔ)言”，是Int