计算机网络体系结构和层次划分在线视频

这一节我们一起来了解

计算机网络体系结构和层次划分

计算机网络是分层次的体系结构

为什么要分层呢

首先来讨论这个问题

两台计算机通过网络互相传送文件

对方的计算机开机了吗

对方的网络正常吗

本计算机所在的网络发送速度快

对方计算机所在网络接收速度慢

能接收得过来吗

文件数据传送错误了

丢失了怎么办

谁来保证数据正确传送

这些问题都需要解决

这说明计算机网络

是个非常复杂的系统

相互通信的两个计算机系统

必须高度协调工作才行

而这种“协调”是相当复杂的

“分层”可以将这些庞大而复杂的问题

转化为若干较小的局部问题

而这些较小的局部问题

就比较易于研究和处理

1974年美国的IBM公司

宣布了系统网络体系结构

简称为SNA

这个著名的网络标准就是按照

分层的方法制定的

不久以后其他一些公司也相继

推出自己公司的

具有不同名称的体系结构

大家知道

由于网络体系结构的不同

不同公司的设备很难互相连通

为了使不同体系结构的

计算机网络都能互连

国际标准化组织ISO

在1977年成立了专门的机构

来解决这个问题

他们提出了一个

试图使各种计算机在世界范围内

互连成为网络的标准框架

也就是著名的

开放系统互连基本参考模型OSI/RM

简称为OSI

只要遵循OSI标准

一个系统就可以和位于世界上

任何地方的

也遵循这一标准的

其他任何系统进行通信

OSI只获得了一些理论研究的成果

在市场化方面却失败了

互联网没有选择它作为标准

有以下几个原因

第一

OSI的专家们在完成OSI标准时

没有商业驱动力

第二

OSI的协议实现起来过于复杂

并且运行效率很低

第三

OSI标准的制定周期太长

因而使得按OSI标准生产的设备

没有办法及时进入市场

第四

OSI的层次划分也不是非常合理

有些功能在多个层次中重复出现

OSI的国际标准失败了

那么哪个标准胜出了呢

非国际标准叫做TCP/IP

符合OSI的商业产品还没出来

那么基于TCP/IP的互联网

已经抢先在全球大范围成功运行了

非国际标准TCP/IP

却获得了最广泛的应用

TCP/IP我们把它称为

事实上的国际标准

结构采用层次式

大家都达成了共识

下面举例说明划分层次的概念

主机1向2通过网络发送文件

可以将要做的工作做如下的划分

第一类工作与传送文件直接相关

确信对方已做好接收和存储文件的准备

双方已协调好一致的文件格式

两个主机将文件传送模块

作为最高的一层

剩下的工作由下面的模块负责

文件传送模块

把文件交给下层模块进行发送

只看这两个文件传送模块

好像文件及文件传送命令

是按照水平方向的虚线传送的

再来设计一个通信服务模块

通信服务模块

把文件交给下层模块进行发送

只看这两个通信服务模块

好像可直接把文件可靠地传送给对方

再来设计一个网络接入模块

网络接入模块负责做

与网络接口细节有关的工作

比如说

规定传输的帧格式

帧的最大长度等等

这样分层好处非常多

各层与各层之间是独立的

灵活性好

结构上可分割开

易于实现和维护

能促进标准化工作

但同时也存在一些缺点

例如降低了效率

有些功能会在不同的层次中重复出现

因而出现了额外开销

层次多少要适当

层数太少

就会使每一层的协议太复杂

层次太多

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

基于分层的模式

我们下面来总结下各层完成的主要功能

基本上要完成五大功能

第一个差错控制

使相应层次对等方的通信更加可靠

第二个流量控制

发送端的发送速率

必须使接收端来得及接收

不要太快

第三 分段和重装

在发送端将要发送的数据块

划分为更小的单位

在接收端将其还原

第四 复用和分用

发送端的几个高层会话

复用一条低层的连接

在接收端再进行分用

最后一个功能

连接建立和释放

交换数据前先建立一条逻辑连接

数据传送结束后释放这个连接

下面我们通过这幅图来了解

三种体系结构

中间的图b就是

今天的互联网采用的TCP/IP结构

TCP/IP它是四层体系结构

哪四层呢

应用层

运输层

网际层

和网络接口层

左边的图a

就是OSI的七层协议体系结构

它概念非常清楚

理论也非常完善

但是它太复杂了不实用

所以淘汰了

最右边的图c是五层体系结构

这种体系结构实际上并不存在

为了教学的方便

往往采取折中的办法

即综合OSI和TCP/IP的优点

采用五层协议的体系结构

来介绍计算机网络的原理

下面以五层协议的体系结构为例

来演示一下

主机1向主机2发送数据的详细过程

主机1的应用进程数据先传送给应用层

加上应用层的首部

成为应用层的叫做PDU

应用层PDU再传送到运输层

加上运输层首部

成为运输层的叫做报文

运输层报文再传送到网络层

加上网络层首部

成为IP数据报

还有一种说法叫做分组

IP数据报再传送给数据链路层

加上链路层首部和尾部

成为数据链路层帧我们称之为帧

数据链路层帧再传给物理层

最下面的物理层

把比特流传送到物理媒体

电信号或者光信号

在物理媒体中传播

从发送端物理层传送到接收端物理层

物理层接收到比特流

上交给数据链路层

数据链路层剥去帧首部和帧尾部

取出数据部分

再交给它的上层网络层

网络层剥去首部

取出数据部分上交给运输层

运输层剥去首部

取出数据部分上交给应用层

应用层剥去首部

取出应用程序数据上交给应用进程

到了这里

主机2就收到了AP1发来的应用程序数据

主机1向主机2

发送数据的过程就完成了

下面加上

剥去首部和尾部的层次来演示

主机1向主机2发送的过程

请大家注意观看