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(hosts)
- 路由器(routers)
- 各种链路(links)
- 应用(applications)
- 协议(protocols)
- 硬件、软件
- ……
分层结构:
每层完成一种(类)特定服务/功能,每层依赖底层提供的服务,通过层内动作完成相应功能。
计算机网络的体系结构
- 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
- 计算机网络体系结构简称网络体系结构(network architecture)是分层结构
- 每层遵循某个/些网络协议完成本层功能
- 计算机网络体系结构是计算机网络的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
- 体系结构是抽象的
分层好处:
- 结构清晰,有利于识别复杂系统的部件及其关系
分层的参考模型(reference model ) - 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
例如,登机过程的改变并不影响航空系统的其它部分(层) - 有利于标准化
分层网络体系结构基本概念
- 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
- 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合,协议是 “ 水平的” 。
- 任一层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。
- 同系统的相邻层实体间通过接口进行交互,通过服务访问点 SAP(Service Access Point) ,交换原语,指定请求的特定服务。
一、OSI参考模型
- 开放系统互连 (OSI)参考模型是由国际标准化组织 (ISO) 于1984年提出的分层网络体系结构模型
- 目的是支持异构网络系统的互联互通
- 异构网络系统互连的国际标准
- 理解网络通信的最佳学习工具(理论模型)
理论成功,市场失败 - 7层(功能),每层完成特定的网络功能
OSI 参考模型解释的通信过程
OSI参考模型数据封装与通信过程
数据封装
- 增加控制信息
构造协议数据单元 (PDU) - 控制信息主要包括:
地址(Address): 标识发送端/接收端
差错检测编码(Error-detecting code): 用于差错检测或纠正
协议控制(Protocol control): 实现协议功能的附加信息,如: 优先级(priority)、服务质量(QoS)、 和安全控制等
1.物理层
单位:比特、数据位、流、比特流
- 接口特性
机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 - 比特编码
- 数据率
- 比特同步
时钟同步 - 传输模式
单工(Simplex)
半双工(half-duplex)
全双工(full-duplex)
2.数据链路层
单位:帧、数据帧
- 负责点 结点- 结点(node-to-node) ) 数据输传输
- 组帧(Framing )
- 物理寻址(Physical addressing )
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
- 流量控制(Flow control)
避免淹没接收端 - 差错控制(Error control)
检测并重传损坏或丢失帧,并避免重复帧 - 访问(接入)控制(Access control)
在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路(物理介质)控制使用权
3.网络层
单位:数据报、数据包、分组、包
- 负责源主机到目的主机数据分组(packet)交付
可能穿越多个网络 - 逻辑寻址(Logical addressing)
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 - 路由(Routing)
路由器(或网关)互连网络,并路由分组至最终目的主机
路径选择 分组转发
4.传输层
单位:数据段、分段、报文段
负责 源- - 目的(端- - 端)(进程间) 完整报文传输
功能:
- 分段与重组
- SAP寻址
确保将完整报文提交给正确进程,如端口号 - 连接控制
- 流量控制
- 差错控制
5.会话层
- 对话控制(dialog controlling)
建立、维护 - 同步(synchronization)
在数据流中插入“同步点” - 最“薄”的一层
6.表示层
处理两个系统间交换信息的( 语法与语义(syntax and semantics ) 问题
功能:
- 数据表示转化
转换为主机独立的编码 - 加密/解密
- 压缩/解压缩
7.应用层
单位:报文
- 支持用户通过用户代理(如浏览器)或网络接口使用网络(服务)
- 典型应用层服务:
文件传输(FTP)
电子邮件(SMTP)
Web(HTTP)
……
二、TCP/IP参考模型
1.四层参考模型
IP over Everything
IP 可为各式各样的应用程序提供服务
2.五层参考模型
- 综合 OSI 和 TCP/IP 的优点
- 应用层 : 支持各种网络应用
FTP, SMTP, HTTP - 传输层 : 进程-进程的数据传输
TCP, UDP - 网络层 : 源主机到目的主机的数据分组路由与转发
IP协议、路由协议等 - 链路层 : 相邻网络元素(主机、交换机、路由器等)的数据传输
以太网(Ethernet)、802.11 (WiFi)、PPP - 物理层 :比特传输
五层模型的数据封装