计算机网络体系结构和参考模型

计算机网络分层结构

分层基本原则：

1. 每层都实现一个相对独立的功能，降低大系统的复杂度
2. 各层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少
3. 各层功能的精确定义独立于具体的实现方法，可以采用合适的技术来实现
4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
5. 整个分层结构应能促进标准化工作

在计算机网络体系结构的各个层次中，每个报文都分为两部分：一个是数据部分，即SDU;一个是控制信息部分，即PCI，它们共同组成PDU。

服务数据单元(SDU)：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。第n层的服务数据单元记为n-SDU

协议控制信息(PCI)：控制协议操作的信息。第n层的协议控制信息记为n-PCI

协议数据单元(PDU)：对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU。第n层的协议数据单元称为n-PDU。在实际的网络中，每层的协议数据单元都有一个通俗的名称，如物理层的PDU为比特，数据链路层的PDU为帧，网络层的PDU为分组，传输层的PDU为报文段。

低层的SDU即为高层的PDU，加上自身层次的PCI就成为了下一层的SDU。

计算机网络协议、接口、服务的概念

协议

协议由语法，语义和时序(同步)组成。语法规定了传输数据的格式；语义规定了所要完成的功能，也就是需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答；时序规定了执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。

接口

接口是同一节点内相邻两层间交换信息的连续点，是一个系统内部的规定。每层只能为紧邻的层次之间定义接口，不能跨层定义接口。

服务

服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，它是垂直的。

上层使用下层所提供的服务时必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI参考模型中称为服务原语。OSI参考模型将原语划分为4类：

1. 请求(Request)。由服务用户发往服务提供者。
2. 指示(Indication)。由服务提供者发给服务用户，指示用户做某件事情。
3. 相应(Response)。由服务用户发往服务提供者，作为对请求的证实。
4. 证实(Confirmation)。由服务提供者发往服务用户，作为对请求的证实。

并非在一层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体"看得见"的功能才称之为服务。

计算机网络提供的服务可以按以下三种方式分类：

(1)面向连接服务与无连接服务

面向连接服务中，通信前双方必须先建立连接，分配相应的资源以保证通信能够正常进行。传输结束后释放连接和所占用的资源，因此这种服务可以分为连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。

无连接服务中，通信前双方不需要先建立连接，需要发送数据时可以直接发送，由系统选定路线进行传输。这是一个"尽最大努力交付"的服务。

(2)可靠服务和不可靠服务

可靠服务是指网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地。

不可靠服务指网络只是尽量正确、可靠地传送，而不能保证数据正确、可靠地传送到目的地，是一种尽力而为的服务。

**(3)有应答服务和无应答服务 **

有应答服务是指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不由用户实现。

无应答服务是指接收方收到数据后不自动给出应答。若需要应答，则由高层实现。

ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型

OSI模型

一共有7层，分别是：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层。

(1)物理层

传输单位是比特，任务是透明地传输比特流，功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输原始比特流。点对点。

物理层主要研究以下内容：

		1. 通信链路与通信节点的连接需要一些电路接口，物理层规定了这些接口的一些参数，如机械形状和尺寸、交换电路的数量和排列等。
		2. 物理层也规定了通信链路上传输的信号的意义和电器特征。例如物理层规定信号A代表数字0，那么当节点要传输数字0的时候，就会发出信号A。

协议：EIA-232C EIA/TIA RS-449 CCITT的X.21

(2)数据链路层 (没有拥塞控制的功能)

传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装成帧。数据链路层的功能可以概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理等。点对点

协议：SDLC HDLC PPP STP

(3)网络层

传输单位是数据报，关心的是通信子网的运行控制，主要任务是把网络层的协议数据单元从源端传送到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。端到端。功能是路由选择，流量控制，拥塞控制，差错控制和网际互连。

协议：IP IPX ICMP IGMP ARP RARP OSPF

(4)传输层

传输单位是报文段或用户数据报，传输层负责主机中两个进程之间的通信(引入端口的概念)，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，为端到端提供流量控制，差错控制，数据传输管理等服务。

协议：TCP UDP

(5)会话层

允许不同主机上的各个进程之间的绘画。负责管理主机间的会话进程，包括建立、管理及终止进程之间的对话。可以使用校验点使通信会话从通信失效的时候恢复通信，实现数据同步。

(6)表示层

提供数据压缩、加密和解密等数据表示的变换功能。

(7)应用层

最高层，使用户与网络的界面。应用层为特定类型的网络提供访问OSI参考模型环境的手段。

协议：FTP SMTP HTTP

TCP/IP模型

一共有四层，分别为：应用层、传输层、网际层(网络层)、网络接口层

把OSI中的应用层，表示层，会话层集成为一个应用层，把数据链路层和物理层集成为一个网络接口层。

(1)网络接口层

表示与物理网络的接口，实际上TCP/IP并未描述这一部分，只是指出主机必须使用某种协议与网络连接，以便在其上传递IP分组。网络接口层的作用是从主机或节点接受IP分组，并把它们发送到指定的网络上。

(2)网际层

与OSI参考模型的网络层在功能上十分相似。网际层定义了标准的分组格式和协议，也就i是IP。

(3)传输层

与OSI参考模型的传输层在功能上十分相似。使用两个协议：TCP UDP

(4)应用层

包含所有高层协议，如FTP DNS SMTP HTTP

TCP/IP和OSI参考模型的比较

相似之处：

1. 两者都采用分层的体系结构，将大问题化小，分层的功能也大体相似
2. 二者都是基于独立的协议栈的概念
3. 二者都可以解决异构网络的互联，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信

不同之处：

1. OSI的最大贡献是精确地定义了三个主要概念：服务、协议和接口，而TCP/IP在这三个概念上没有加以区分
2. OSI参考模型产生在协议发明之前，没有偏向于任何特定的协议，通用性良好。TCP/IP首先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述，所以不会出现协议不能匹配模型的情况。
3. TCP/IP模型在设计之初就考虑了多种异构网络的互联问题，并将IP作为一个单独的很重要的层次。
4. OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信。TCP/IP在网际层只有一个无连接的通信模式，但传输层支持无连接和面向连接的模式

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