第三章 計算機網絡體系結構
3.1 典型計算機網絡體系結構
- OSI/RM體系結構
整個OSI/RM體系結構劃分為七個層次卒煞，由低到高分別是物理層（Physical Layer）痪宰、數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）、網絡層（Network Layer）畔裕、傳輸層（Transport Layer）衣撬、會話層（Session Layer）、表示層（Presentation Layer）扮饶、應用層（Application Layer）具练。
OSI/RM體系結構分層：
（1）上五層：廣域網中不同局域網間通信的功能層次，下兩層：局域網內部通信所必需的層次甜无。
（2）低四層：定義了如何進行端到端的數(shù)據(jù)傳輸扛点，也就是定義了如何通過網卡哥遮、物理電纜、交換機和路由器進行數(shù)據(jù)傳輸占键，高三層：定義了終端系統(tǒng)的應用程序和用戶如何彼此通信昔善，也即定義了如何重建從發(fā)送方到目的方的應用程序數(shù)據(jù)流。
（3）低三層：創(chuàng)建網絡通信所需的網絡連接（面向網絡）畔乙，屬于“通信子網”君仆，高四層：端到端的用戶數(shù)據(jù)通信（面向用戶），屬于“資源子網”部分牲距。
OSI/RM各層次劃分原則：（1）同一層中的各網絡節(jié)點都有相同的層次結構返咱，具有同樣的功能；（2）同一節(jié)點內相鄰層之間通過接口（可以是邏輯接口）進行通信牍鞠。（3）七層結構中的每一層使用下一層提供的服務咖摹，并向其上層提供服務。（3）不同節(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)對等層之間的通信难述。 - TCP/IP協(xié)議體系結構
TCP/IP協(xié)議體系結構劃分了四層萤晴，從高到低分別是：應用層（Apllication Layer）、傳輸層（Transport Layer）胁后、網際互連層（Internet Layer店读，又稱互聯(lián)網層）和網絡訪問層（Network Access Layer，又稱網絡接入層攀芯、網絡接口層或者主機-網絡層）屯断。
TCP/IP五層模型：將網絡訪問層劃分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 - 局域網體系結構
局域網體系結構侣诺，包括有線以太網和WLAN無線局域網殖演。局域網體系結構僅包含OSI/RM中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。局域網中不需要路由尋址年鸳，也就不需要網絡層趴久，同時局域網中通過安裝在計算機操作系統(tǒng)中的網絡通信協(xié)議和一些具體網絡應用軟件來實現(xiàn)傳輸層和應用層的功能。
局域網通常屬于廣播型網絡搔确，存在介質爭用朋鞍，所以對數(shù)據(jù)鏈路層進行進一步劃分，分為介質訪問控制（Media AccessControl妥箕，MAC）子層和邏輯鏈路控制（Logical Link Control，LLC）子層更舞。MAC子層：解決介質爭用畦幢、局域網內部尋址。LLC子層：LLC子幀封裝缆蝉、鏈路控制和管理宇葱。
（1）有線以太局域網體系結構
遵循IEEE 802.1A標準瘦真，IEEE 802.1A局域網體系結構僅支持IEEE 802系列局域網標準（如IEEE 802.3系列、IEEE 802.4黍瞧、IEEE 802.5）中的物理層協(xié)議诸尽；MAC子層主要是支持IEEE 802系列局域網標準中的載波監(jiān)聽多路訪問**（CarrierSense Multiple Access，CSMA）印颤、載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（Carrier Sense MultipleAccess /Collision Detect您机，CSMA/CD）協(xié)議，以及把物理層的比特流封裝成MAC子幀的功能年局；LLC子層主要支持IEEE 802系列局域網標準中的LLC子幀封裝际看、鏈路控制和管理功能。
（2）WLAN體系結構
物理層：WLAN接入標準（包括IEEE 802.11矢否，IEEE 802.11b仲闽、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g僵朗、IEEE 802.11n等）赖欣；MAC子層：WLAN MAC訪問控制（CSMA/CA）、數(shù)據(jù)加/解密验庙、PCF（點對點協(xié)調）和DCF（分布式協(xié)調）顶吮；LLC子層：WLAN QoS及相關標準（包括IEEE 802.11e、IEEE 802.11i等標準）壶谒。 - 網絡體系結構各層主要功能
物理層：（1）規(guī)定網絡設備的機械特性和電氣特性云矫，為網絡/數(shù)據(jù)通信提供物理連接和傳輸通道；（2）對數(shù)據(jù)信號進行編碼汗菜，提供比特流的透明傳輸让禀。數(shù)據(jù)鏈路層：（1）建立網絡和數(shù)據(jù)通信的邏輯傳輸通道，使有差錯的物理線路變成無差錯的邏輯線路陨界；（2）為同一網絡內部通信提供兩層MAC地址尋址及幀格式封裝巡揍；（3）以幀為基本格式對數(shù)據(jù)提供流量控制和差錯控制。網絡層（或網際互連層）：（1）為不同網絡之間的主機通信提供網絡尋址和路由轉發(fā)菌瘪；（2）以分組為基本格式提供流量控制腮敌、擁塞控制、差錯控制俏扩。傳輸層：（1）以端到端方式建立數(shù)據(jù)傳輸連接和通道糜工，屏蔽途徑網絡中所有低層服務的差異；（2）以數(shù)據(jù)段為基本格式提供流量控制录淡、擁塞控制捌木、差錯控制。會話層：維護通信雙方應用進程會話嫉戚、管理通信雙方數(shù)據(jù)交換進程刨裆。表示層：數(shù)據(jù)格式轉換澈圈、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮帆啃。應用層：為各種網絡應用提供服務瞬女。 - OSI/RM和TCP/IP協(xié)議體系結構的比較
相同之處：（1）層次結構劃分思想相同，均以協(xié)議棧（不同協(xié)議形成的層次結構）為基礎進行層次結構劃分的努潘，并且協(xié)議棧中的協(xié)議是彼此獨立的诽偷；（2）總體層次結構相似；（3）核心組成一樣慈俯，兩種體系結構中都定義了“服務”渤刃、“接口”和“協(xié)議”三個重要核心。
不同之處：（1）適用范圍不同贴膘，OSI/RM是理想化的模型卖子，而TCP/IP更具有實踐性；（2）層次結構不同刑峡，TCP/IP協(xié)議體系結構中沒有“會話層”和“表示層”洋闽，OSI/RM中的“物理層”和“數(shù)據(jù)鏈路層”的功能在TCP/IP協(xié)議體系結構中合并到了“網絡訪問層”中。（3）支持的網絡通信模式不同突梦，OSI/RM的網絡層同時支持無連接和面向連接的網絡通信（它不僅支持TCP/IP協(xié)議網絡中無連接的IP網絡協(xié)議诫舅，同時支持NetWare SPX/IPX網絡中的面向連接的SPX服務等），TCP/IP模型的網絡層只提供無連接的服務（只支持IP這種無連接的網絡層協(xié)議）宫患。（4）所包括的通信協(xié)議不同刊懈，OSI/RM體系結構包括各種類型的通信協(xié)議，適用于各類網絡娃闲，但其中許多通信協(xié)議已經過時虚汛，TCP/IP網絡中的通信協(xié)議是專門針對具體的TCP/IP協(xié)議體系結構而開發(fā)的。
3.2 計算機網絡體系結構通信原理
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網絡體系結構的數(shù)據(jù)通信原理
數(shù)據(jù)通信原理 -
網絡體系結構的對等通信原理
對等通信原理
對等層之間傳送的數(shù)據(jù)單位稱為PDU（Protocol Data Unit皇帮，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）卷哩。不同層的PDU所包括的內容和格式也不一樣。物理層：比特属拾；數(shù)據(jù)鏈路層：幀将谊，幀必須是整數(shù)字節(jié)大小（一字節(jié)8比特）渐白，一幀為一個DPDU（數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元）尊浓；網絡層：分組（或者包，packet）纯衍，一個分組包括多個幀眠砾，一個分組即一個NPDU（網絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元）；傳輸層比較特殊，OSI/RM中以TPDU（傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元）為單位的褒颈，TPC/IP中，TCP以數(shù)據(jù)段（segment）為單位励堡，UDP以數(shù)據(jù)報（datagram）為單位谷丸；會話層、表示層和應用層以具體的數(shù)據(jù)報文為單位应结。
數(shù)據(jù)在發(fā)送端時經過各層時都要附加上相應層的協(xié)議頭和協(xié)議尾（僅數(shù)據(jù)鏈路層需要封裝“協(xié)議尾”）部分刨疼，也就是要對數(shù)據(jù)進行協(xié)議封裝，以標識對應層所用的通信協(xié)議鹅龄。OSI/RM各層的數(shù)據(jù)封裝流程中的AH為應用層協(xié)議頭揩慕，PH為表示層協(xié)議頭，SH為會話協(xié)議頭扮休，TH為傳輸層協(xié)議頭迎卤，NH為網絡層協(xié)議頭，DH為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議頭（物理層為最低層玷坠，不需要再進行封裝）蜗搔，DT為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議尾。
數(shù)據(jù)封裝流程
3.3 網絡體系結構的設計考慮
- 網絡體系結構的層次劃分依據(jù)
分層依據(jù)：針對不同網絡環(huán)境中八堡，用戶雙方進行網絡通信的流程樟凄，或者通信原理來對不同網絡功能進行分層。同時考慮到通信效率和可行性等諸多因素兄渺，既要使網絡體系結構盡可能簡單缝龄，又要確保各層的功能和不同層次之間的協(xié)商容易實現(xiàn)。
附：SAP（訪問服務點）：網絡體系結構中的層與層之間相互通信的邏輯接口挂谍。 - 網絡體系結構分層的好處
（1）便于方案設計和維護叔壤；（2）各層相互獨立，技術升級和擴展靈活性好凳兵；（3）促進標準化百新。
3.4 網絡體系結構中的通信協(xié)議
計算機網絡通信協(xié)議：為了使網絡中的不同設備能進行協(xié)同的數(shù)據(jù)通信而預先制定的一整套通信雙方相互了解和共同遵守的格式和約定
- 網絡通信協(xié)議的三要素
（1）語義：描述該通信協(xié)議具體用來完成什么功能，還包括通信協(xié)議的版本庐扫，通常相鄰版本的通信協(xié)議是向下兼容的饭望。（2）語法：規(guī)定通信時的信息格式，包括數(shù)據(jù)及控制信息的格式形庭、編碼及信號電平等铅辞，是用來解決“如何做”的問題的。（3）同步（握手）：用來解決“做的次序”問題的萨醒，也就是通信雙方要完成某項網絡服務斟珊，必須依據(jù)什么樣的流程，匹配什么樣的速率富纸、什么樣的電平來進行囤踩。（涉及流量控制旨椒、擁塞控制問題）
