（哈工大）计算机网络体系结构—

计算机网络体系结构

什么需要计算机网络体系结构？

计算机网络是一个非常复杂的系统，涉及许多组成部分：主机、路由器、各种链路、应用…

使用什么结构可以有效描述网络？——分层结构

每层完成一种特定服务（功能）。每层依赖下层提供的服务，通过层内动作完成相应功能。

计算机网络体系结构？——分层结构

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。每层遵循某些网络协议完成本层功能，计算机网络体系结构是各层及其协议的集合。

体系结构是一个计算机网络的功能层次及其关系的定义，是抽象的，并不关心它的实现。

为什么采用分层结构？

1、结构清晰，有利于识别复杂系统的部件及其关系。

2、模块化的分层易于系统更新、维护，任何一层服务实现的改变对于系统其它层都是透明的。

3、有利于标准化。

分层的不利之处？——分层太多可能影响效率。

分层网络体系结构基本概念

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议：控制两个对等实体进行通信的规则集合，是“水平”的。

任一实体需要使用下层服务，遵循本层协议，实现本层功能，向上层提供服务，服务是“垂直”的。

下层协议的实现对上层的服务用户是透明的，即上层并不care下层协议的具体实现。

同系统的相邻实体（垂直关系）通过接口进行交互，通过服务访问点SAP交换原语，指定请求的特定任务。

OSI参考模型

OSI：开放系统互连，由ISO国际标准化组织提出。

目的：支持异构网络系统的互联互通。

OSI是异构网络系统互连的国际标准，只是理论模型（市场上失败）。

OSI参考模型解释的通信过程

主机实现7层功能，网桥、交换机只用实现2层，路由器需要实现3层

对等层的协议连接是虚线，对等层上并不是物理上直接传输，只是逻辑上连接。

相邻层次（垂直关系）之间是实线连接，是实际的数据传输。

OSI参考模型数据封装与通信过程

发送：加头（数据链路层加头和尾）

接收：去掉相应层首尾

为什么需要数据封装？

有些不添加差错检测控制信息。

物理层

功能：实现每一个比特传输

1、接口特性：

机械特性——接口的形状等物理性质

电气特性——电平、电压等

功能特性——接口引脚功能

规程特性——工作、通信过程是怎样的

2、比特编码：用怎样的信号来表示编码（调制技术

3、数据率

4、比特同步（时钟同步）

5、传输模式

单工：A只能传，B只能收

半双工：可以双向传输，但是时间要错开（对讲机）

全双工：双向，可以同时进行

数据链路层

1、负责结点-结点数据传输，物理链路直接相连的两个结点之间的数据传输

2、组帧（加头加尾，构成数据帧

3、物理寻址

在帧头中增加发送端和/或接收端的物理地址标识数据帧的发送端和/或接收端。

为什么需要寻址？若无物理寻址，下图中发送的数据其他所有主机都能收到，但并不知道哪台主机应该接收。

4、流量控制（避免发送速度大于接收速度，而淹没接收端）

5、差错控制（检测并重传损坏或丢失帧，并避免重复帧）

6、访问（接入）控制（在任意给定时刻决定哪个设备拥有链路（物理解释）控制使用权）

网络层

1、负责源主机到目的主机数据分组交付

可能穿越多个网络（数据链路层的物理寻址不可用了

2、逻辑寻址

全局唯一逻辑地址，确保数据分组被送达目的主机（如IP地址，而不是端/应用

3、路由

路由器（网关）互连网络，完成路径选择。

4、分组转发

S为源地址，D为目的地址，整个过程中不会变化

首尾偏黄色的为数据链路层加的头尾，包含物理地址，会变化

传输层

功能：负责源-目的（端-端）（进程间）完整报文传输

1、分段与重组

2、SPA寻址

确保将完整报文提交给正确进程（如端口号）

x/y为SAP源/目的地址（进程）

3、连接控制

传输层连接（一种逻辑连接）的建立、拆除

4、流量控制

5、差错控制

会话层（最“薄”的一层）

1、对话控制：建立、维护

2、同步：在数据流中加入同步点

表示层

处理两个系统间交换信息的语法与语义的问题（两个系统使用的语法语义可能不一样，此时需要转化为编码

1、数据表示转化：转换为主机独立编码

2、加密/解密

3、压缩/解压缩

应用层

支持用户通过用户代理（浏览器）或网络接口使用网络（服务）

遵循应用层协议。

FTP－文件传输

HTTP－Web

SMTP－电子邮件

等。

TCP/IP参考模型

IP可为各种应用程序提供服务；IP可应用到各种网络上。

5层参考模型：

综合OSI和TCP/IP的优点

５层模型数据封装