当前课程知识点：网络技术与应用 > 第1讲 概论 > 1.4 计算机网络体系结构和协议 > 分层结构
通过分层来解决实际问题是我们经常用的方法
那么分层到底有什么好处呢
在实际问题当中 我们怎么样来进行分层呢
下面我们就来学习分层结构
我们首先学习分层结构的含义
然后学习分层的原则
最后通过两个分层结构的实例来说明分层结构的优点
高校是大家非常熟悉的场所
每一个高校都有它自己的培养任务
为了完成这样一个总体的任务
常常会把高校分为学院 系 教研室等等这样一些多级的结构
而且我们还常常会说高层 中层 基层
由不同的层来完成不同的功能
然后各层之间协调完成总体的功能
其实这就是一个分层结构
所以 所谓分层结构就是把一个复杂的功能体
分解成若干层功能子体
每一层功能子体完成功能体的部分功能
所有功能子体协调完成功能体的全部功能
那么在分层的时候 每一层有什么要求呢
层与层之间又有什么要求呢
不管实际的问题分成多少层
首先要对每一层进行定义
每一层定义包括这样三个方面
一个是下层为本层提供什么样的服务
第二个 本层为上一层提供什么样的服务
第三 本层要完成什么样的功能
因为通常上一层完成的功能和下一层完成的功能之间是有差的
而本层完成的功能就是来补充这个差
定义了每一层以后
还要对两个相邻层之间定义一个接口
对这个接口的定义要符合这样两个要求
一个就是上一层对下一层提出服务请求
下一层对上一层提供服务响应
这个跟我们现实生活当中很相像的
通常是上级对下级下达指示
而下一级为上一级汇报所做的工作
这是第一点
第二点
只要相邻两层之间的接口不变
其它层的功能变化对这层完成的功能没什么影响
比如说 这个层次结构当中第一层和第二层合二为一
只要第n层和第n-1层之间的接口不变
那么对于第n层功能的实现就不受影响
好 这是对每一层以及相邻两层之间要求上的定义
那么对于一个具体的系统应该分层多少层合适呢
那么分层应该是有这样两个原则
首先 每一层的功能要相对独立
然后相邻层之间的功能划分要非常清晰
第一个 功能层越多每一层功能层实现就越简单
但是功能层太少的话 每一层功能层实现就有难度
所以在划分功能层的过程当中
必须要考虑实现难度和运行效率
因为功能层越多 网络运行效率就越低
所以 在分层的时候 应该综合考虑这样两个因素
这是分层的原则
下面 我们通过两个实例说明分层的好处
首先 我们来看一下大家熟悉的个人电脑PC的结构
电脑第一个为我们服务的就是操作系统
操作系统的功能就是为用户提供一个良好的操作接口
为应用程序设计者提供高效的应用程序开发和运行环境
我们知道任何一个程序代码
计算机里都要通过硬件来实现
而计算机当中一个最重要的硬件就是主板
我们知道不同的计算机的主板的差别是很大的
可以有多种类型的主板
那么主板的功能主要是执行指令
然后控制数据的输入输出
那么为什么不同的主板可以运行同样一个操作系统
是因为在操作系统和主板之间加了一个基本输入输出系统
就是BIOS 这样一层
这层是通过一组程序
就是以统一的接口向操作系统提供基本的输入输出服务
我们来详细看一下
比如说有不同类型的主板
那么每一个主板相应地有一个BIOS
然后 不同主板BIOS是不一样的
但是它提供给操作系统的接口是一样的
因此使得操作系统看起来跟所有的主板是相同的
这是一个例子
我们来看一下第二个例子
这是一个通过邮政系统传递信件的过程的例子
假设 在南京的一个人要给芝加哥的一个人发一封信
那么这个人显然不是直接把信送到收信人手上
而是把信写好以后 按照邮局的要求封装在一个信封里面
并且按邮局的规则写上邮编 收信人地址以及姓名等信息
而邮局也不是直接送到对方的邮局
而是通过公共的运输系统
通过公共运输系统寄信也不是直接把信扔到车上或飞机上
而是分门别类完了之后 把相应的信封装成信袋
比如说南京到芝加哥 没有直接的交通运输工具
那么可以先采用铁路运输的方式把信送到上海
然后上海把信重新分装 通过航空进行传输
把数据封装成航空要求的邮包
然后通过飞机运输到芝加哥
然后芝加哥的邮局取到邮包以后
把邮包打开 从里面取出信
然后把信交到收信人手上
从这个例子我们可以看出来这样几点
发件人和邮局之间是存在接口的
就是邮局有些要求 发信人按照邮局要求让邮局为他寄信
另外 比如说收信人和寄信人之间
他们是有相应的约定的
我们是采用中文来写呢英文来写呢
还是按照什么样双方都能够认识理解的文字和格式来写
这是相应的一些约定
这个例子跟刚才的例子有不一样的地方
与刚才那个PC的分层结构有不一样的地方
首先 这个例子里存在寄信人和收信人这样两端
而且两端都是分成三层
是寄信人或者收信人 还有邮局和公共运输系统
第三个 两端位于相同位置层的功能是相同的
比如说寄信人和收信人这一层是相同的
就是这次收信人下次可能变成收信人
两端邮局功能是相同的
还有 我们可以通过公共运输系统提供运输服务
邮局对下一层请求提供运输服务
而为上一层提供信件投递服务
对于最底层的公共运输系统提供的运输服务
对于寄信人和收信人是透明的
而无论你是采用什么样的交通工具
收信人和寄信人并不关心这个事情
总体来说
从这个例子和刚才的那个例子
不一样的地方就是
它不光是有垂直方向的分层结构
还存在水平方向两端功能相同的层之间的协议 协调 和约定
通过这两个例子 我们可以看出
分层结构有这样一些优点
一个就是分层可以简化复杂系统的实现过程
第二个 每一层的实现技术对其它层是透明的
比如说每一个主板实现的技术
对于操作系统来说是透明的
第三 分层可以屏蔽底层差异
那么我们前面PC结构是一个很典型的例子
第四 我们分层以后可以借用已有的公共服务
比如说邮政系统这个例子
为了要寄信 不会专门建立一个运输系统
而是借用已有的公共运输系统
第五点 分层容易使每一层功能实现过程专业化
我可以独立地发展
比如主板可以发展主板的功能
最后 分层很容易使每一层功能实现过程标准化
比如说 BIOS对操作系统的接口肯定是有标准的
那么这样的话
使得不同厂家生产的操作系统可以在同样一个计算机上运行
最后 我们对这个做个简单的小结
我们前面说复杂系统可以通过分层来实现
第二个 相邻层之间存在接口
每一层要清楚地定义这一层的功能
然后层与层之间的功能划分要非常的清晰
而层的划分要综合考虑时间难度和运行效率
这样两个方面的关系
-课程先导语
--先导语
-1.1 网络内涵
--网络内涵
-1.2 互联网发展过程
--互联网发展过程
-1.2 互联网发展过程--作业
-1.3 交换方式
--电路交换
-- 虚电路交换
--数据报交换
--三种交换方式比较
--html
-1.3 交换方式--作业
-1.4 计算机网络体系结构和协议
--分层结构
--OSI体系结构
-1.4 计算机网络体系结构和协议--作业
-第一讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-2.1 数据传输系统
-2.1 数据传输系统--作业
-2.2 信号
--2.2 信号
-2.2 信号--作业
-2.3 编码和调制
--2.3-1 编码
--2.3-2 调制
-2.3 编码和调制--作业
-2.4 差错控制
-2.4 差错控制--作业
-2.5 传输媒体
--2.5 传输媒体
-2.5 传输媒体--作业
-2.6 Packet Tracer6.2使用说明
-第二讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-以太网发展过程与内容简介
-以太网发展过程与内容简介--作业
-3.1 总线形以太网
-3.1 总线形以太网--作业
-3.2 网桥与冲突域分割
-3.2 网桥与冲突域分割--作业
-3.3 交换式以太网与VLAN
-3.3 交换式以太网与VLAN--作业
-3.4 以太网标准
-3.4 以太网标准--作业
-第三讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-案例设计
--案例设计
-测验--作业
-本讲内容简介
--无线局域网
-4.1 无线局域网概述
-4.1 无线局域网概述--作业
-4.2 无线局域网应用方式
-4.2 无线局域网应用方式--作业
-4.3 无线局域网MAC层
-4.3 无线局域网MAC层--作业
-4.4 终端接入无线局域网过程
-4.4 终端接入无线局域网过程--作业
-4.5 无线局域网设计和分析
-第四讲内容的启示
--html
-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-- IP与网络互连
-5.1 网络互连机制
-5.1 网络互连机制--作业
-5.2 网际协议
-5.2 网际协议--作业
-5.3 IP分组传输过程
-5.3 IP分组传输过程--作业
-5.4 路由表建立过程
-5.4 路由表建立过程--作业
-5.5 IP over以太网
-5.5 IP over以太网--作业
-5.6 三层交换机与VLAN间通信过程
-5.7 Internet控制报文协议
-5.7 Internet控制报文协议--作业
-第五讲内容启示
--html
-案例设计
--案例设计
-例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
--本讲内容简介
-6.1 Internet接入控制机制
-6.1 Internet接入控制机制--作业
-6.2 以太网和ADSL接入技术
-6.2 以太网和ADSL接入技术--作业
-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器
-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器--作业
-6.4 接入综合演示实验
-6.4 接入综合演示实验--作业
-第六讲内容的启示
--html
-例题分析
--第六讲 例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
--传输层
-7.1 传输层服务特性
--传输层服务特性
-7.1 传输层服务特性--作业
-7.2 端口号
--端口号
-7.3 用户数据报协议UDP
-7.3 用户数据报协议UDP--作业
-7.4 传输控制协议TCP
--TCP特点和格式
-- TCP的几点说明
-7.4 传输控制协议TCP--作业
-第七讲内容启示
--html
-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-- 应用层
-8.1 应用结构
--应用结构
-8.1 应用结构--作业
-8.2 域名解析
-8.2 域名解析--作业
-8.3 动态主机配置协议
-8.3 动态主机配置协议--作业
-8.4 万维网
-- 万维网
-8.4 万维网--作业
-8.5 电子邮件
--html
-8.6 文件传输协议
--html
-例题分析
--例题分析
-案例设计
--CH8 案例设计
-应用层启示
--html
-测验--作业
-本讲内容简介
-9.1 网络安全概述
-9.1 网络安全概述--作业
-9.2 网络安全基础
-9.2 网络安全基础--作业
-9.3 病毒检测与防御技术
-9.3 病毒检测与防御技术--作业
-9.4 以太网安全技术
-9.4 以太网安全技术--作业
-9.5 无线局域网安全技术
-9.5 无线局域网安全技术--作业
-9.6 防火墙
-9.6 防火墙--作业
-9.7 安全协议
--9.7 安全协议
-9.7 安全协议--作业
-例题分析
--例题分析
-防火墙演示实验
-- 防火墙演示实验
-案例设计
--案例设计
-网络安全的启示
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-测验--作业
-附录1：综合应用分析
--综合应用分析
-附录2：Cisco实际设备网络构建与配置
-期末考试--考试试题
