计算机网络的体系结构及其分层，以及服务的概念

要想让两台计算机进行通信，必须使它们采用相同的信息交换规则。我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议（network protocol）或通信协议（communication protocol）。

为了减少网络协议设计的复杂性，网络设计者并不是设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而是采用把通信问题划分为许多个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议的方法。这样做使得每个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。分层模型（layering model）是一种用于开发网络协议的设计方法。本质上，分层模型描述了把通信问题分为几个小问题（称为层次）的方法，每个小问题对应于一层。

在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据格式以及有关的同步问题。这里所说的同步不是狭义的（即同频或同频同相）而是广义的，即在一定的条件下应当发生什么事件（如发送一个应答信息），因而同步含有时序的意思。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，网络协议也可简称为协议。网络协议主要由以下三个要素组成。

① 语法，即数据与控制信息的结构或格式。

② 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

③ 同步，即事件实现顺序的详细说明。

网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。

协议通常有两种不同的形式。一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述计算机网络体系结构ppt，另一种是使用计算机能够理解的程序代码。

对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。分层可以带来许多好处。

① 各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口（即界面）所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了。

这带动了开放产品和平台的兴起，因为开放以后才能实现iaas层和paas层的层级间解耦，用户可以使用微服务来构建应用，可以使用容器来灵活构建应用环境，可以更方便的结合大数据、ai、iot等战略性技术。操作系统层： win-ce 核心层，既要为下车oem 层提供接口和服务，也要为上层的应用程序提供顾问与应用编程接口。除了交换机物理接口外，交换机还可以将某个vlan配置为3层接口，称为svi（switch virtualinterface）接口，将vlan配置为3层接口的作用在于为vlan内的流量与外部流量提供3层路由转发功能，该vlan内所有的流量都应该在同网段，而该vlan的主机网关都应该指向svi接口地址。

③ 结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。

④ 易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。

⑤ 能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。

分层时应注意使每一层的功能非常明确。若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。但层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

我们把计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。换种说法，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。需要强调的是：这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，则是一个遵循这种体系结构的实现的问题。体系结构的英文名词architecture的原意是建筑学或建筑的设计和风格。但是它和一个具体的建筑物的概念很不相同。我们也不能把一个具体的计算机网络说成是一个抽象的网络体系结构。总之，体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

图5.8所示是计算机网络体系结构。

图5.8 计算机网络体系结构表示图

其中图5.8（a）是OSI的七层协议体系、图5.8（b）是TCP/IP四层体系结构、图5.8（c）是五层协议的体系结构。五层协议的体系结构综合了前两种体系结构的优点，既简洁又能将概念阐述清楚。

为了减少网络设计的复杂性，绝大多数网络采用分层设计方法。所谓分层设计方法，就是按照信息的流动过

网络协议分层

程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。为了便于理解接口和协议的概念，我们首先以邮政通信系统为例进行说明。人们平常写信时，都有个约定，这就是信件的格式和内容。首先，我们写信时必须采用双方都懂的语言文字和文体，开头是对方称谓，最后是落款等。这样，对方收到信后，才可以看懂信中的内容，知道是谁写的，什么时候写的等。当然还可以有其他的一些特殊约定，如书信的编号、的密写等。信写好之后，必须将信封装并交由邮局寄发，这样寄信人和邮局之间也要有约定，这就是规定信封写法并贴邮票。在中国寄信必须先写收信人地址、姓名，然后才写寄信人的地址和姓名。邮局收到信后，首先进行信件的分拣和分类，然后交付有关运输部门进行运输，如航空信交民航，平信交铁路或公路运输部门等。这时，邮局和运输部门也有约定，如到站地点、时间、包裹形式等等。信件运送到目的地后进行相反的过程，最终将信件送到收信人手中，收信人依照约定的格式才能读懂信件。如图所示，在整个过程中，主要涉及到了三个子系统、即用户子系统，邮政子系统和运输子系统。各种约定都是为了达到将信件从一个源点送到某一个目的点这个目标而设计的，这就是说，它们是因信息的流动而产生的。可以将这些约定分为同等机构间的约定，如用户之间的约定、邮政局之间的约定和运输部门之间的约定，以及不同机构间的约定，如用户与邮政局之间的约定、邮政局与运输部门之间的约定。虽然两个用户、两个邮政局、两个运输部门分处甲、乙两地，但它们都分别对应同等机构，同属一个子系统；而同处一地的不同机构则不在一个子系统内，而且它们之间的关系是服务与被服务的关系。很显然，这两种约定是不同的，前者为部门内部的约定，而后者是不同部门之间的约定。

传输层协议在osi上层模型中是低三层与高三层之间衔接的接口，为用户提供进程与进程之间的通信。相邻层提供的服务帮助一 osi 层与另一计算机系统的对应层进行通信。人机接口层（mmi interface）是外部与蓝牙子系统进行通信的接口，这种通信使用专门的协议，外部mmi主机通过该协议发送命令到人机接口层，人机接口层解释收到的命令，继而控制应用层进行相应的动作计算机网络体系结构ppt，同时应用层也会将蓝牙子系统的数据、状态和事件送往人机接口层，人机接口层通过该协议发送命令到外部mmi主机。

分层设计方法将整个网络通信功能划分为垂直的层次集合后，在通信过程中下层将向上层隐蔽下层的实现细节。但层次的划分应首先确定层次的集合及每层应完成的任务。划分时应按逻辑组合功能，并具有足够的层次，以使每层小到易于处理。同时层次也不能太多，以免产生难以负担的处理开销。计算机网络体系结构是网络中分层模型以及各层功能的精确定义。对网络体系结构的描述必须包括足够的信息，使实现者可以为每一功能层进行硬件设计或编写程序，并使之符合相关协议。但我们要注意的是，网络协议实现的细节不属于网络体系结构的内容，因为它们隐含在机器内部，对外部说来是不可见的。现在我们来考查一个具体的例子：在图1 - 11所示的5层网络中如何向其最上层提供通信。在第5层运行的某应用进程产生了消息M，并把它交给第4层进行发送。第4层在消息M前加上一个信息头（h e a d e r），信息头主要包括控制信息（如序号）以便目标机器上的第4层在低层不能保持消息顺序时，把乱序的消息按原序装配好。在有些层中，信息头还包括长度、时间和其他控制字段。在很多网络中，第4层对接收的消息长度没有限制，但在第3层通常存在一个限度。因此，第3层必须将接收的入境消息分成较小的单元如报文分组（ p a c k e t），并在每个报文分组前加上一个报头。

多对一通信：一个进程负责从其它所有的进程接收消息，这个接收的进程也叫做root进程。客户机和服务器都在此层上同网络抽象接口通信。socket是应用层与tcp/ip协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。

hp-socket 对通信层实现完全封装，上层应用不必关注通信层的任何细节。2 对框架-剪力墙、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比γ2可按式(3．5．2-2)计算，且本层与相邻上层的比值不宜小于0．9。在计算机网络技术中,网络的体系结构指的是通信系统的整体设计,它的目的是为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准.现在广泛采用的是开放系统互连osi(open system interconnection)的参考模型,它是用物理层、数据链路层、网络层、传送层、对话层、表示层和应用层七个层次描述网络的结构.你应该注意的是,网络体系结构的优劣将直接影响总线、接口和网络的性能.而网络体系结构的关键要素恰恰就是协议和拓扑.目前最常见的网络体系结构有fddi、以太网、令牌环网和快速以太网等.。

要想和他人通话，必须知道他的SAP地址（电话号码）。在伯克利版本的U n i x系统中，SAP是“S o c k e t”，SAP地址是S o c k e t号。邻层间通过接口要交换信息。N+1层实体通过S A P把一个接口数据单元（Interface Data Unit，IDU）传递给N层实体，如图1 - 1 2所示。I D U由服务数据单元（Service Data Unit，SDU）和一些控制信息组成。为了传送S D U，N层实体可以将S D U分成几段，每一段加上一个报头后作为独立的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）送出，如“分组”就是P D U。P D U报头被同层实体用来执行它们的同层协议，用于辨别哪些P D U包含数据，哪些包含控制信息，并提供序号和计数值等。在网络中，下层向上层提供的服务分为两大类：面向连接服务（ connection-oriented service）和无连接服务（connectionless service）。面向连接服务是电话系统服务模式的抽象。每一次完整的数据传输都必须经过建立连接、数据传输和终止连接三个过程。

一旦传输连接形成，两对路由器交换报文以开放并确认连接参数。一旦传输连接形成，路由器之间可以交换报文并且确认连接参数。位于传输层的tcp协议为传输报文提供可靠的字节流服务。

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