第二章计算机网络体系结构

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1、网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。例如，网络中一个微机用户和一个大型 主机的操作员进行通信，由于这两个数据终端所用字符集不同，因此操作员所输入的命令彼此不认识。为了能进行 通信，规定每个终端都要将各自字符集中的字符先变换为标准字符集的字符后，才进入网络传送，到达目的终端之 后，再变换为该终端字符集的字符。当然，对于不相容终端，除了需变换字符集字符外还需转换其他特性，如显示 格式、行长、行数、屏幕滚动方式等也需作相应的变换。网络协议是由三个要素组成：(1) 语义。语义是解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。(2

2、) 语法。语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。(3) 时序。时序是对事件发生顺序的详细说明。(也可称为“同步”)。人们形象地把这三个要素描述为：语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。工作方式：网络上的计算机之间又是如何交换信息的呢？就像我们说话用某种语言一样，在网络上的各台计算机之间也有 一种语言，这就是网络协议，3不同的计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。网络协议是网络上所有设备(网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等)之间通信规则的集合，它规 定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。大多数网络都采用分层的体系结构，每一层都建立在它

3、的下层 之上，向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。一台设备上的第n层与另 一台设备上的第n层进行通信的规则就是第n层协议。在网络的各层中存在着许多协议，接收方和发送方同层的协 议必须一致，否则一方将无法识别另一方发出的信息。网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息。常见的协议 有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。当然了，网络协议也有很多种，具体选择哪一种协议则要看情况而定。Internet上的计算机使用的是TCP/IP 协议。ARPANET成功的主要原因是因为它使用了 TCP/IP标准网络协议，TCP/IP(Transmissio

4、n Control Pro to col/In terne t Pro tocol)传输控制协议/互联网协议是Int ernet采用的一种标准网络协议。它是由ARPA于1977年到1979年推出的一种网络体系结构和协议规范。随着Internet网的发展，TCP/IP也得到进一步的研究 开发和推广应用，成为Internet网上的通用语言。常用网络协议TCP/IP协议毫无疑问是这三大协议中最重要的一个，作为互联网的基础协议，没有它就根本不可能上网， 任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。不过TCP/IP协议也是这三大协议中配置起来最麻烦的一个，单 机上网还好，而通过局域网访问互联网的话，

5、就要详细设置IP地址，网关，子网掩码，DNS服务器等参数。TCP/IP尽管是目前最流行的网络协议，但TCP/IP协议在局域网中的通信效率并不高，使用它在浏览“网上 邻居”中的计算机时，经常会出现不能正常浏览的现象。此时安装NetBEUI协议就会解决这个问题。Net BEUI 即 Ne tBios Enhanced User In terface，或 Net Bios 增强用户接口。它是 Net BIOS 协议的增强版本， 曾被许多操作系统采用，例如Windows for Workgroup、Win 9x系列、Windows NT等。NETBEUI协议在许多情形 下很有用，是WINDOWS98之

6、前的操作系统的缺省协议。NetBEUI协议是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议， 安装后不需要进行设置，特别适合于在“网络邻居”传送数据。所以建议除了 TCP/IP协议之外，小型局域网的 计算机也可以安上NetBEUI协议。另外还有一点要注意，如果一台只装了 TCP/IP协议的WINDOWS98机器要想加 入到WINNT域，也必须安装NetBEUI协议。IPX/SPX协议本来就是Novell开发的专用于NetWare网络中的协议，但是也非常常用一大部分可以联机的 游戏都支持IPX/SPX协议，比如星际争霸，反恐精英等等。虽然这些游戏通过TCP/IP协议也能联机，但显然还 是通过IPX/SPX

7、协议更省事，因为根本不需要任何设置。除此之外，IPX/SPX协议在非局域网络中的用途似乎并 不是很大如果确定不在局域网中联机玩游戏，那么这个协议可有可无。层次结构由于网络节点之间联系的复杂性，在制定协议时，通常把复杂成分分解成一些简单成分，然后再将它们复合起 来。最常用的复合技术就是层次方式，网络协议的层次结构如下：（1）结构中的每一层都规定有明确的服务及接口标准。（2）把用户的应用程序作为最高层（3）除了最高层外，中间的每一层都向上一层提供服务，同时又是下一层的用户。（4）把物理通信线路作为最低层，它使用从最高层传送来的参数，是提供服务的基础。OSI （Open System Interco

8、nnect）,即开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型，是ISO （国际标准化组织） 组织在1985年研究的网络互联模型。该体系结构标准定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、 传输层、会话层、表示层和应用层），即ISO开放系统互连参考模型。在这一框架下进一步详细规定了每一层的功 能，以实现开放系统环境中的互连性、互操作性和应用的可移植性开放系统OSI标准定制过程中所采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分 层的体系结构方法。在OSI中，采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规定说明。OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系

9、及各层所包含的可能的服务。它是作为一个框架来 协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精练的概括与描述进行整体修改。OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它通过接口提供给 更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。同时，各种服务定义还定义了层与层之间的接口和各 层的所使用的原语，但是不涉及接口是怎么实现的。OSI标准中的各种协议精确定义了应当发送什么样的控制信息，以及应当用什么样的过程来解释这个控制信息。协 议的规程说明具有最严格的约束。ISO/OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法。ISO/OSI参考模型只是描述了一些概念

10、，用来协调进程间通信 标准的制定。在OSI范围内，只有在各种的协议是可以被实现的而各种产品只有和OSI的协议相一致才能互连。这 也就是说，OSI参考模型并不是一个标准，而只是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。在历史来看，在制定计算机网络标准方面起着很大作用的两大国际组织是CCITT和ISO。CCITT与ISO TC97的工 作领域是不同的,CCITT主要是从通信角度考虑一些标准的制定，而ISO的TC97则关心信息的处理与网络体系结构。 但是随着科学技术的发展，通信与信息处理的界限变得比较模糊了。于是，通信与信息处理就都成为了 CCITT与TC97 共同关心的领域。CCITT的建议书X.20

11、0就是开放系统互连的基本参考模型，它和ISO 7498基本是相同的。 最早的时候网络刚刚出现的时候，很多大型的公司都拥有了网络技术，公司内部计算机可以相互连接。可是却不能 与其它公司连接。因为没有一个统一的规范。计算机之间相互传输的信息对方不能理解。所以不能互联。分层分层的好处是利用层次结构可以把开放系统的信息交换问题分解到一系列容易控制的软硬件模块一层中，而各层可 以根据需要独立进行修改或扩充功能，同时，有利于个不同制造厂家的设备互连，也有利于大家学习、理解数据通 讯网络。OSI参考模型中不同层完成不同的功能，各层相互配合通过标准的接口进行通信。第7层应用层：OSI中的最高层。为特定类型的网

12、络应用提供了访问OSI环境的手段。应用层确定进程之间通信的 性质，以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用 户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。它包括：文件传送访问和管理FTAM、虚拟终端VT、事务处理 TP、远程数据库访问RDA、制造报文规范MMS、目录服务DS等协议；应用层能与应用程序界面沟通，以达到展示给 用户的目的。在此常见的协议有:HTTP, HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等。第6层表示层：主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式。为上层用户解决用户信息的语法问题。它包括 数据格式交换、

13、数据加密与解密、数据压缩与终端类型的转换。第5层会话层：在两个节点之间建立端连接。为端系统的应用程序之间提供了对话控制机制。此服务包括建立连接 是以全双工还是以半双工的方式进行设置，尽管可以在层4中处理双工方式；会话层管理登入和注销过程。它具 体管理两个用户和进程之间的对话。如果在某一时刻只允许一个用户执行一项特定的操作，会话层协议就会管理这 些操作，如阻止两个用户同时更新数据库中的同一组数据。第4层传输层：一常规数据递送一面向连接或无连接。为会话层用户提供一个端到端的可靠、透明和优化的数据传 输服务机制。包括全双工或半双工、流控制和错误恢复服务；传输层把消息分成若干个分组，并在接收端对它们进

14、 行重组。不同的分组可以通过不同的连接传送到主机。这样既能获得较高的带宽，又不影响会话层。在建立连接时 传输层可以请求服务质量，该服务质量指定可接受的误码率、延迟量、安全性等参数，还可以实现基于端到端的流 量控制功能。第3层网络层：本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换节 点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。它包括通过互连网络来路由和中继数据；除了选择路由之外， 网络层还负责建立和维护连接，控制网络上的拥塞以及在必要的时候生成计费信息。第2层数据链路层：在此层将数据分帧，并处理流控制。屏蔽物理层，为网络层提供一个数据链路的连接，在一条 有可

15、能出差错的物理连接上，进行几乎无差错的数据传输(差错控制)。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址。常用 设备有网桥、交换机；第1层物理层：处于OSI参考模型的最底层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接， 以便透明的传送比特流。常用设备有(各种物理设备)网卡、集线器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴 电缆。数据发送时，从第七层传到第一层，接收数据则相反。上三层总称应用层，用来控制软件方面。下四层总称数据流层，用来管理硬件。除了物理层之外其他层都是用软件 实现的。数据在发至数据流层的时候将被拆分。在传输层的数据叫段，网络层叫包，数据链路层叫帧，物理层叫比特流，这样的叫法叫P

16、DU (协议数据单元)划分原则ISO为了更好的使网络应用更为普及，就推出了 OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。 这样所有公司都有相同的规范，就能互联了。提供各种网络服务功能的计算机网络系统是非常复杂的。根据分而治 之的原则，ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分原则是：(1) 网路中各节点都有相同的层次；(2) 不同节点的同等层具有相同的功能；(3) 同一节点内相邻层之间通过接口通信；(4) 每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；(5) 不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。(6) 根据功能需要进行分层，每层应当实现定义明确的功能。(7) 向应用程序提供服务各层功能(1) 物理层(Physical Layer)物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。它主要关心的是通