1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)把地理上分散的計算機(jī)有機(jī)地連起來，以達(dá)到數(shù)據(jù)通信和資源共享的目的的系統(tǒng)。

所謂網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是為了完成計算機(jī)間的通信合作，把每個計算機(jī)互聯(lián)的功能劃分成定義明確的層次，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)。將這些同層進(jìn)程間通信的協(xié)議以及相鄰層接口統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

1983年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布了ISO 7498標(biāo)準(zhǔn)，即開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM（Open System Interconnection/Reference Model），將整個通信功能劃分為7個層次，如圖1所示。

圖1 OSI/RM七層體系結(jié)構(gòu)

OSI/RM各層功能概述如下：

（1）物理層（Physical Layer）。是七層模型的最底層，主要完成發(fā)送端和接收端之間原始比特流的傳輸，為它的上一層提供一個物理連接，以及規(guī)定它們的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性，如規(guī)定使用電纜和接頭的類型、傳送信號的電壓等。

典型的物理層協(xié)議有RS232、RS485、RS449、V.24、V.28、X.20、X.21等。

（2）數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）。數(shù)據(jù)鏈路層控制網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信。它的主要功能是在不可靠的物理線路上進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠傳遞，其傳送數(shù)據(jù)的基本單位是“幀”。

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的代表包括SDLC（同步數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議）、HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議）、PPP（點對點協(xié)議）、STP（生成樹協(xié)議）、幀中繼等。

（3）網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）。網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)分別位于不同網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點與目的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)包傳輸，即完成對通信子網(wǎng)正常運行的控制。數(shù)據(jù)鏈路層只是負(fù)責(zé)同一個網(wǎng)路中的相鄰兩節(jié)點之間鏈路管理及幀的傳輸。

網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的代表包括IP（網(wǎng)際協(xié)議）、IPX（互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包交換協(xié)議）、RIP（路由信息協(xié)議）等。

（4）傳輸層（Transport Layer）。傳輸層下面的三層主要完成有關(guān)的通信處理，向傳輸層提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；傳輸層上面的三層完成面向數(shù)據(jù)處理的功能，為用戶與網(wǎng)絡(luò)之間提供接口。

傳輸層協(xié)議的代表包括TCP（傳輸控制協(xié)議）、UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）、SPX（序列包交換）等。

（5）會話層（Session Layer）。會話層負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點之間建立、維持和終止通信。會話層的功能包括建立通信鏈接、保持會話過程通信鏈接的暢通、同步兩個節(jié)點之間的對話、決定通信是否被中斷以及通信中斷時決定從何處重新發(fā)送等。

（6）表示層（Presentation Layer）。表示層的作用類似于應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的翻譯官，以保證發(fā)送端主機(jī)的信息可以被接收端主機(jī)的應(yīng)用程序所理解。其功能包括數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加密等。

表示層協(xié)議的代表有ASN.1（Abstract Syntax Notation，抽象語法標(biāo)記）基本編碼規(guī)則等。

（7）應(yīng)用層（Application Layer）。應(yīng)用層是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終用戶間的接口，是唯一利用網(wǎng)絡(luò)資源向應(yīng)用程序直接提供服務(wù)的層。應(yīng)用程序也常被稱為“進(jìn)程”。進(jìn)程就是指正在運行的程序。應(yīng)用層為用戶進(jìn)程提供的服務(wù)包括文件傳輸、文件管理以及電子郵件的信息處理等。

應(yīng)用層協(xié)議有很多，如HTTP協(xié)議、支持電子郵件的SMTP協(xié)議、支持文件傳送的FTP協(xié)議等。

在OSI參考模型中，在對等層次上傳送的數(shù)據(jù)，其單位都稱為該層的“協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU，Protocol Data Unit）”。

圖2所示的是OSI參考模型中數(shù)據(jù)的傳輸方式。發(fā)送發(fā)物理層的比特流的形成過程可表述為：用戶數(shù)據(jù)（DATA）→應(yīng)用層（DATA+報文頭H7=L7，成為應(yīng)用層PDU）→表示層（L7+控制信息H6=L6，成為表示層PDU）→會話層（L6+控制信息H5=L5，成為會話層PDU）→傳輸層（L5+控制信息H4=L4，成為數(shù)據(jù)段）→網(wǎng)絡(luò)層（L4+控制信息H3=L3，成為數(shù)據(jù)包）→數(shù)據(jù)鏈路層（L3+控制信息H2+差錯檢測控制信息T2=L2，成為數(shù)據(jù)幀）→物理層（比特流）。

接收方從物理層比特流解析（拆分）出用戶數(shù)據(jù)的過程則與上述過程相反。

圖2 OSI參考模型中的數(shù)據(jù)傳輸

2. TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

TCP/IP并不是單純的兩個協(xié)議，而是一個協(xié)議族，即一組不同層次上的多個通信協(xié)議的組合。TCP/IP其主要目的是提供與底層硬件無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)之間的互連。單就TCP而言，指傳輸控制協(xié)議；單就IP而言，指網(wǎng)際協(xié)議。TCP/IP協(xié)議是開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，與計算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)無關(guān)，同時也獨立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件。TCP/IP所包含的每個協(xié)議都具有特定的功能，完成相應(yīng)的OSI層的任務(wù)。

與OSI/RM不同，TCP/IP通常被認(rèn)為是一個4層協(xié)議系統(tǒng)，如圖3所示

圖3 （a）OSI/RM標(biāo)準(zhǔn)的7層結(jié)構(gòu)；（b）TCP/IP協(xié)議的4層結(jié)構(gòu)

每一層負(fù)責(zé)不同的功能：

（1）網(wǎng)絡(luò)接口層。對應(yīng)著OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù)責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)包。通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機(jī)中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡，它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細(xì)節(jié)。

（2）網(wǎng)際層，有時也稱作網(wǎng)絡(luò)層、互聯(lián)網(wǎng)層。主要功能是處理來自傳輸層的分組。將分組形成數(shù)據(jù)包（IP數(shù)據(jù)包），并為該數(shù)據(jù)包進(jìn)行路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)發(fā)送到目的主機(jī)。常用的協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議IP協(xié)議。在TCP/IP協(xié)議族中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議還包括ICMP協(xié)議（Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議）和IGMP（Internet組管理協(xié)議）。

（3）傳輸層。其主要為兩臺主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在TCP/IP協(xié)議族中，有兩個互不相同的傳輸協(xié)議，即TCP和UDP。

    TCP，傳輸控制協(xié)議，提供的是面向連接、可靠的字節(jié)流服務(wù)。當(dāng)客戶和服務(wù)器彼此交換數(shù)據(jù)前，必須先在雙方之間建立一個TCP連接，之后才能傳輸數(shù)據(jù)。TCP提供超時重發(fā)，丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)，檢驗數(shù)據(jù)，流量控制等功能，保證數(shù)據(jù)能從一端傳到另一端。

    UDP，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，是一個簡單的面向數(shù)據(jù)報的運輸層協(xié)議。UDP不提供可靠性，它只是把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)報發(fā)送出去，但是并不能保證它們能到達(dá)目的地。由于UDP在傳輸數(shù)據(jù)報前不用在客戶和服務(wù)器之間建立一個連接，且沒有超時重發(fā)等機(jī)制，故而傳輸速度很快。

（4）應(yīng)用層。與OSI/RM模型中的高三層任務(wù)相同，用于提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。幾乎所有的TCP/IP實現(xiàn)都會提供下面這些通用的應(yīng)用程序：TELNET遠(yuǎn)程登錄、FTP文件傳輸協(xié)議，SMTP簡單郵件傳送協(xié)議、SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等。另外還有許多其他應(yīng)用。

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