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

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)摘要：計(jì)算機(jī)岡絡(luò)體系結(jié)構(gòu)描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體的劃分原則及其相互之間協(xié)同工作的方法和規(guī)則。本文主要介紹的是現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，OSI基本參考模型，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的七層通信協(xié)議的主要功能及其之間的關(guān)系，并簡(jiǎn)單介紹了TCP/IP四層通信模型。關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，OSI，TCP/IP 上世紀(jì)60年代末期，早期的網(wǎng)絡(luò)都是各公司根據(jù)用戶(hù)的要求而設(shè)計(jì)的。雖然用戶(hù)的應(yīng)用要求千變?nèi)f化，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)（通信）的要求相對(duì)一致。為使公司的產(chǎn)品可以適應(yīng)千變?nèi)f化的應(yīng)用要求，尤其是適應(yīng)用戶(hù)擴(kuò)充應(yīng)用的要求，同時(shí)也是為了滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求，保證新老產(chǎn)品的兼容性和可操作性，各公司提出了基于本公司產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)逐漸浮出水面?，F(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)以后第一個(gè)被提出并實(shí)際使用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。直到目前，其產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程始終與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程保持協(xié)調(diào)一致。為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題分解為若干個(gè)不同的小問(wèn)題，每個(gè)層次專(zhuān)注于解決特定的同題，這樣就比較容易對(duì)所解決本層次涉及的同題實(shí)現(xiàn)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化的層次間的通信規(guī)則被稱(chēng)為協(xié)議。層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是層和協(xié)議的集合。典型的層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通信模型如下圖所示 層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)首先提出了模塊化的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思想：將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題分解為較為單純易于解決的小問(wèn)題；用不同的模塊解決不同的問(wèn)題。不同的模塊之間接口簡(jiǎn)單明確，因此可以各自獨(dú)立地制定標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這一思路即使在后來(lái)出現(xiàn)的其他網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中仍然得到了遵循。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO為層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了OSI參考模型。該模型將網(wǎng)絡(luò)自底向上劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層七個(gè)層次，每個(gè)層次完成經(jīng)過(guò)分解的特定的網(wǎng)絡(luò)工作。OSI參考模型規(guī)定了每個(gè)層次需要完成的工作，并對(duì)完成工作的方式和標(biāo)準(zhǔn)提出了建議。物理層 物理層主要是定義物理設(shè)備和物理媒體之間的接口，提供點(diǎn)到點(diǎn)的比特流透明傳輸?shù)奈锢礞溌?，定義內(nèi)容包括接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性、規(guī)程特性。不同的傳輸設(shè)備和傳輸媒體具有不同的接口定義，例如：ISO2110標(biāo)準(zhǔn)定義了串行和并行的調(diào)制解調(diào)器接口的機(jī)械特性。隨著新型傳輸設(shè)備和傳輸媒體的出現(xiàn)，物理層的標(biāo)準(zhǔn)將不斷更新和豐富。物理層協(xié)議通常由硬件支持。數(shù)據(jù)鏈路層 物理層的定義雖然使得物理設(shè)備之間的電氣信號(hào)可以傳輸，但由于傳輸媒體本身的質(zhì)量以及外部的因素，線路上傳輸?shù)男盘?hào)可能產(chǎn)生差錯(cuò)，尤其是利用基于模擬制式的公用電話(huà)網(wǎng)來(lái)傳輸信息更是如此。這種差錯(cuò)將直接影響計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。為了解決這一問(wèn)題，數(shù)據(jù)鏈路層增加了差錯(cuò)處理功能，利用差錯(cuò)處理技術(shù)，向上層（網(wǎng)絡(luò)層）提供較為可靠的傳輸服務(wù)。差錯(cuò)處理技術(shù)的核心是糾錯(cuò)碼的構(gòu)造、差錯(cuò)校驗(yàn)、差錯(cuò)重發(fā)的傳輸控制規(guī)程的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能有：）差錯(cuò)處理。將物理層傳輸來(lái)的比特流按照一定的規(guī)則組合成數(shù)據(jù)塊，并引入各種檢錯(cuò)碼生成技術(shù)和傳輸控制規(guī)程，屏蔽物理層的特征，變不可靠的物理連接為可靠的數(shù)據(jù)鏈路，從而保證點(diǎn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸正確性。）流量控制。數(shù)據(jù)鏈路層采用一些流量控制技術(shù)，解決物理設(shè)備處理能力不匹配的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)通信的收發(fā)方的物理端口的速度不一樣，一方速度快而另一方速度慢，可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行流量控制，相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到一致。）數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路是指活動(dòng)著的物理連接。通信之前，由通信雙方互相聯(lián)系而建立；信息傳輸完畢，雙方協(xié)商而釋放鏈路。）多路復(fù)用。為了充分發(fā)揮傳輸線路的效率，數(shù)據(jù)鏈路層利用各種多路復(fù)用技術(shù)（如頻分、時(shí)分和波分多路復(fù)用技術(shù)）來(lái)支持多個(gè)用戶(hù)的信息同時(shí)在一條物理線路上傳輸。網(wǎng)絡(luò)層 數(shù)據(jù)鏈路層雖然提供了理論上的可靠傳輸服務(wù)，但這種服務(wù)僅發(fā)生在結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)之間，如僅支持交換機(jī)對(duì)交換機(jī)之間用戶(hù)終端對(duì)交換機(jī)的通信，而用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸主要發(fā)生在端到端之間。用戶(hù)如果要與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他用戶(hù)進(jìn)行通信，可能需要經(jīng)過(guò)多個(gè)中繼結(jié)點(diǎn)，如交換機(jī)、路由器等，并由這些中繼結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)路層的功能就是利用各種路由算法，使得中繼結(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)分組中的地址信息和依據(jù)某種策略作出決策，盡快地轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)分組，使得用戶(hù)的數(shù)據(jù)能盡快地穿越網(wǎng)絡(luò)，送往目的地。路由選擇是網(wǎng)路層的一大特征，也是網(wǎng)路層的內(nèi)在能力。 網(wǎng)絡(luò)層提供了編址功能。為了保證附接到網(wǎng)絡(luò)上的每臺(tái)主機(jī)都具有訪問(wèn)和被訪問(wèn)的能力，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都被分配了一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，這個(gè)標(biāo)識(shí)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)地址。對(duì)于不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)地址的格式和取值范圍也有所不同。目前因特網(wǎng)使用的協(xié)議中的協(xié)議屬于網(wǎng)路層協(xié)議，每個(gè)接入因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備都需分配一個(gè)地址，其地址格式為比特位，簡(jiǎn)寫(xiě)為，例如：。 網(wǎng)絡(luò)層提供了復(fù)用解復(fù)用和分組的功能，利用復(fù)用解復(fù)用技術(shù)，可以使得多對(duì)用戶(hù)的數(shù)據(jù)可以交織在同一條數(shù)據(jù)鏈路上傳輸；多個(gè)用戶(hù)可以在一條線路上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利用分組技術(shù)可以根據(jù)不同的網(wǎng)路情況，將用戶(hù)數(shù)據(jù)組裝成適合網(wǎng)路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組，使得用戶(hù)數(shù)據(jù)能夠在不同的網(wǎng)絡(luò)中傳輸。例如兩個(gè)用戶(hù)分別在不同的單位進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，用戶(hù)的數(shù)據(jù)需從一個(gè)用戶(hù)所在的局域網(wǎng)，經(jīng)廣域網(wǎng)，再到另一個(gè)用戶(hù)所在的局域網(wǎng)，由于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組大小是不一樣的，這種分組的功能就由網(wǎng)路層來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)可以支持用戶(hù)信息在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的端到端傳輸，但不同的網(wǎng)絡(luò)（如各種廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)）是針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的，具有不同的性能（例如，不同的網(wǎng)絡(luò)支持不同的吞吐量、速度和傳輸延遲；不同的網(wǎng)絡(luò)支持不同的分組長(zhǎng)度，收取的傳輸費(fèi)用也不同）；不同的用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信也可能具有不同的要求，網(wǎng)絡(luò)的性能和用戶(hù)的要求之間也許存在著某種差異。 傳輸層的主要工作就是解決用戶(hù)要求和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間的差異，包括采用分流合流技術(shù)，用多條網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)支持一個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸，使得具有低吞吐量、低速率和高傳輸延遲的網(wǎng)絡(luò)可以支持用戶(hù)高速傳輸數(shù)據(jù)的要求；采用復(fù)用解復(fù)用技術(shù)和可能的拼接分割技術(shù)，用一條網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)支持多個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸，使得具有高吞吐量、高速率和低傳輸延遲、且高費(fèi)用的網(wǎng)絡(luò)可以之財(cái)產(chǎn)用戶(hù)的低傳輸成本的要求；采用分段合段技術(shù)，使得傳輸有限長(zhǎng)度用戶(hù)數(shù)據(jù)（分組）的網(wǎng)絡(luò)可以支持用戶(hù)的無(wú)限長(zhǎng)數(shù)據(jù)的傳輸；采用適當(dāng)?shù)牟铄e(cuò)檢測(cè)和恢復(fù)技術(shù)，使得差錯(cuò)率較高的網(wǎng)絡(luò)可以支持用戶(hù)高可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?總之，傳輸層的功能就是屏蔽各種通信網(wǎng)絡(luò)的性能差異，以及用戶(hù)要求和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間的差異，以滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的應(yīng)用要求。因特網(wǎng)使用的TCP/IP協(xié)議集中TCP協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議。會(huì)話(huà)層 傳輸層提供的服務(wù)可以保證用戶(hù)數(shù)據(jù)按照用戶(hù)的要求從網(wǎng)絡(luò)的一端傳輸?shù)搅硪欢耍Ｏ碌膯?wèn)題是用戶(hù)如何控制信息的交互過(guò)程（如數(shù)據(jù)交換的時(shí)序、如何保證數(shù)據(jù)交換的完整性等），網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)提供什么樣的功能撈協(xié)助用戶(hù)管理和控制用戶(hù)之間的信息交換，從而進(jìn)一步滿(mǎn)足用戶(hù)應(yīng)用的要求。 會(huì)話(huà)層的目的是向用戶(hù)提供組織和控制信息交換的手段。會(huì)話(huà)層的主要功能包括 1、利用令牌技術(shù)來(lái)保證數(shù)據(jù)交換、會(huì)話(huà)同步的有序性，擁有令牌的一方可以發(fā)送數(shù)據(jù)，或者執(zhí)行其它動(dòng)作，令牌可以被申請(qǐng)和轉(zhuǎn)讓 2、利用活動(dòng)和同步技術(shù)來(lái)保證用戶(hù)數(shù)據(jù)的完整性，并讓用戶(hù)知道整個(gè)交換技術(shù)過(guò)程 3、利用分段和拼接技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)交換的效率，多塊用戶(hù)數(shù)據(jù)可以合并在一起進(jìn)行傳輸 4、利用重新同步技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)會(huì)話(huà)的延續(xù)性，支持傳輸過(guò)程中的故障恢復(fù)。表示層 由于不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可能采用了不同的信息編碼(例如：PC機(jī)通常采用AsC碼，而mM主機(jī)通常采用EBCDIc編碼)。并且可能具有不同的信息描述和表示方法(例如：對(duì)于同樣一個(gè)整數(shù)，有些計(jì)算機(jī)可能采用2個(gè)字節(jié)表示，而另一些計(jì)算機(jī)可能采用4個(gè)字節(jié))等。如果不加處理，不同的信息描述(表示)將導(dǎo)致通信的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間無(wú)法正確地識(shí)別信息，正如漢語(yǔ)是一種描述事情的方法，但是未必所有的人都可以理解。 表示層主要解決異種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的信息表示問(wèn)題，屏蔽不獼系統(tǒng)在數(shù)據(jù)表示方面的差異。解決信息表示的方法是定義一種公共的語(yǔ)法表示方法，并在信息交換時(shí)進(jìn)行本機(jī)語(yǔ)法和公共語(yǔ)法之間的轉(zhuǎn)換，從而使通信的計(jì)算機(jī)之間能夠正確地識(shí)別信息，真正達(dá)到信息交互的目的。這種方法類(lèi)似于人類(lèi)信息交流時(shí)慣于采用的方法，例如不同國(guó)別的交談?wù)咴谝黄鸾徽剷r(shí)常常選擇英語(yǔ)作為公共語(yǔ)言，并依靠翻譯完成本地語(yǔ)言和英語(yǔ)的轉(zhuǎn)換。應(yīng)用層 應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可向最終用戶(hù)提供應(yīng)用服務(wù)的唯一窗口，其目的是支持用戶(hù)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用要求。由于用戶(hù)的要求不同，應(yīng)用層含有支持不同應(yīng)用的多種應(yīng)用實(shí)體，提供多種應(yīng)用服務(wù)。(如電子郵件、文件傳輸、虛擬終端等)。因特網(wǎng)使用的協(xié)議集提供的應(yīng)用服務(wù)如：電子郵件(簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議)、遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸協(xié)議、超文本傳輸協(xié)議、域名系統(tǒng)等，都屬于應(yīng)用層的協(xié)議，為用戶(hù)提供了各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。隨著使用網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)增多。用戶(hù)的應(yīng)用需求將更加豐富應(yīng)用層的服務(wù)。盡管OSI參考模型的設(shè)計(jì)比較理想和精確，但是由于其不合適的提出時(shí)機(jī)和缺乏網(wǎng)絡(luò)實(shí)際研發(fā)機(jī)構(gòu)和組織的支持，因此最終并未流行開(kāi)來(lái)成為實(shí)用的架構(gòu)。與OSI參考模型從理論到實(shí)際應(yīng)用的途徑正好相反，目前廣泛使用的TCPIP參考模型的第一次出現(xiàn)是作為Berkeley UNIX操作系統(tǒng)的一部分，由于其免費(fèi)好用同時(shí)能夠較好解決異種網(wǎng)絡(luò)互連問(wèn)題，很快就吸引了一個(gè)龐大的用戶(hù)群，這又反過(guò)來(lái)推動(dòng)了其發(fā)展改進(jìn)并形成標(biāo)準(zhǔn)，最終成為當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)事實(shí)上的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。TCPIP模型將網(wǎng)絡(luò)劃分為四層：網(wǎng)絡(luò)接口層、互聯(lián)網(wǎng)層、傳輸層、應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)接口層 物理層是定義物理介質(zhì)的各種特性：機(jī)械特性、電子特性、功能特性、規(guī)程特性。數(shù)據(jù)鏈路層是負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)報(bào)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送之，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出IP數(shù)據(jù)報(bào)，交給IP層。常見(jiàn)的接口層協(xié)議有： Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame relay、HDLC、PPP ATM等。 網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)相鄰計(jì)算機(jī)之間的通信，其功能包括三方面：一、處理來(lái)自傳輸層的分組發(fā)送請(qǐng)求，收到請(qǐng)求后，將分組裝入IP數(shù)據(jù)報(bào)，填充報(bào)頭，選擇去往信宿機(jī)的路徑，然后將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。 二、處理輸入數(shù)據(jù)報(bào)：首先檢查其合法性，然后進(jìn)行尋徑-假如該數(shù)據(jù)報(bào)已到達(dá)信宿機(jī)，則去掉報(bào)頭，將剩下部分交給適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議；假如該數(shù)據(jù)報(bào)尚未到達(dá)信宿，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)。 三、處理路徑、流控、擁塞等問(wèn)題。 網(wǎng)絡(luò)層包括：IP(Internet Protocol）協(xié)議、ICMP(Internet Control Message Protocol) 控制報(bào)文協(xié)議、ARP(Address Resolution Protocol）地址轉(zhuǎn)換協(xié)議、RARP(Reverse ARP)反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議。 IP是網(wǎng)絡(luò)層的核心，通過(guò)路由選擇將下一跳IP封裝后交給接口層。IP數(shù)據(jù)報(bào)是無(wú)連接服務(wù)。ICMP是網(wǎng)絡(luò)層的補(bǔ)充，可以回送報(bào)文。用來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)是否通暢。Ping命令就是發(fā)送ICMP的echo包，通過(guò)回送的echo relay進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。 ARP是正向地址解析協(xié)議，通過(guò)已知的IP，尋找對(duì)應(yīng)主機(jī)的MAC地址。RARP是反向地址解析協(xié)議，通過(guò)MAC地址確定IP地址。比如無(wú)盤(pán)工作站還有DHCP服務(wù)。傳輸層 提供應(yīng)用程序間的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠傳輸。為實(shí)現(xiàn)后者，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收端必須發(fā)回確認(rèn)，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送。 傳輸層協(xié)議主要是：傳輸控制協(xié)議TCP(Transmission Control Protocol）和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP(User Datagram protocol）。應(yīng)用層向用戶(hù)提供一組常用的應(yīng)用程序，比如電子郵件、文件傳輸訪問(wèn)、遠(yuǎn)程登錄等。遠(yuǎn)程登錄TELNET使用TELNET協(xié)議提供在網(wǎng)絡(luò)其它主機(jī)上注冊(cè)的接口。TELNET會(huì)話(huà)提供了基于字符的虛擬終端。文件傳輸訪問(wèn)FTP使用FTP協(xié)議來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)內(nèi)機(jī)器間的文件拷貝功能。應(yīng)用層一般是面向用戶(hù)的服務(wù)。如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。 除開(kāi)OST七層參考模型和TCPIP四層模型以外，ATM的四層模型和早期的SPXIPX五層模型也屬于層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，但是在模型的理想化和實(shí)用范圍方面無(wú)法與OSI和TCPIP相提并論。 目前廣泛使用的層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)初期產(chǎn)生的，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的高效性、可靠性、多樣性等提出了更高的要求。層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)導(dǎo)致將新的技