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  • 计算机网络分层结构

    千次阅读 2019-10-02 16:47:34
    为什么要分层呢? 假设一个场景: 我们发送一个文件给别人,这里就要经过一条链路,才能发送过去,不然中间没有介质到不了。除了需要链路外,我们还需要几个完成的工作: 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行...

    为什么要分层呢?

    假设一个场景:
    我们发送一个文件给别人,这里就要经过一条链路,才能发送过去,不然中间没有介质到不了。除了需要链路外,我们还需要几个完成的工作:

    1. 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活(就是发送一些命令,保证我要传送的数据,这个文档能正确的发送和接收,确定是能通过的。)
    2. 要告诉网络如何识别目的主机的。
    3. 发送通信的计算机要查明目的主机是否开机,并且与网络连接正常。
    4. 发起通信的计算机要弄清楚,对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
    5. 确保差错和意外可以解决。
    6. 。。。。。。

    从上面的这么多的大问题很难解决,所以计算机网络要把它分解成小问题解决。

    分层原则

    • 各层之间要相互独立,每层只要实现一种相对独立的功能。
    • 每层之间的界面自然清晰,易于理解,相互交流尽可能少。
    • 结构上可分隔开,每层都采用最合适的技术分开
    • 保持下层上层的独立性,上层单向使用下层提供的服务
    • 整个分层结构能促进标准化工作。

    元素

    实体

    第 n 层中的活动元素称为 n 层实体。同一层的实体叫对等实体

    协议

    为网络中的对等实体数据交换而建立的规则,标准或约定称为网络协议。

    • 语法: 规定传输数据的格式。
    • 语义:规定所要完成的功能。
    • 同步:规定各种操作的顺序。

    接口(访问服务端SAP)

    上层使用下层服务的入口。

    服务

    下层为相邻的上层提供的功能调用。

    举例:

    image
    如图。我们查看它们的数据传输关系。

    SDU 服务数据单元

    为完成用户所要求的功能应传送的数据。
    说白了,就是我们每一层所有传送的数据,有用的数据部分。

    PCI 协议控制信息

    控制协议操作的信息
    简单的理解称为一些控制信息,这些控制信息加上我们有效的数据SDU( 含金量比较高的数据 )就得到了PDU

    PDU 协议数据单元

    对等层次之间传送到数据单元

    然后每层的PDU就成为下一层的SDU,然后加上下一层的PCI称为新的PDU。

    概念总结

    • 网络体系架构是从功能上描述计算机网络结构。
      • 根据功能的不同来划分,而不是从物理层(硬件等),因为我们从功能分成各个小问题解决。
    • 计算机网络结构简称网络体系结构是分层结构
    • 每层要遵循某个/些网络协议以完成本层的功能。
    • 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。
    • 第 n 层向 n+1 层提供服务时,此服务不仅包括第 n 层本身的功能,还包括由下层服务提供的功能。
    • 相邻层间有接口,且所提供的服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
    • 体系结构是抽象的,而实现的指能运行的一些软件和硬件。

    分层结构

    image
    这里的5层只是便于我们理解的五层。

    OSI 参考模型

    ISO/OSI 参考模型-怎么来的?

    为了解决计算机网络复杂的大问题 —> 分层结构(按功能
    提出了第一个网络体系结构的是:
    IBM公司提出的 SNA ,之后其他开始效仿,比如,DEC公司和美国国防部等等,还有很多。

    graph LR
    IBM的SNA-->DEC的DNA
    IBM的SNA-->美国国防部的TCP/IP
    

    但是比如IBM的只能在它们的产品上才能够用这个体系结构,这样对于全世界的所有人互联互通很困难。
    目的:为了支持异构网络系统的互联互通。就产生了国际标准化组织(ISO)于1984年提出的开放系统互连(OSI)参考模型。可是,理论成功,市场失败。主要由于:制定协议的专家缺乏实际经验,实现复杂,运行效率低,标准制定周期长,层次划分比较不合理,对于市场不大合理。但是对于学习和借鉴还是用很高的学习价值。

    OSI一共有七层

    • 应用层 7
    • 表示层 6
    • 会话层 5
    • 传输层 4
    • 网络层 3
    • 数据链路层 2
    • 物理层 1

    其中 5-7 层位资源子网(数据处理)1-3 为通信子网(数据通信)。4 为资源子网和通信子网中间的接口一样。

    OSI/ISO 参考模型解释通信过程

    image
    如图,A 向 B 发送消息。由应用层的 DATA(SDU)加上 H7(PCI)就是成为 7-PDU,然后传到下一层第六层成为第六层的 SDU,在加上第六层的 PCI 成为新的 PDU,一步一步下去,直到数据链路层,头尾都有加,而物理层只是转换成了 01010101010 的形式放到传输介质上。
    之后到达 B 端则开始解析,一步一步拆开。

    展开全文
  • 1、计算机网络分层的的原因和概念 两个系统间实体的通讯是很复杂的过程,为了降低协议设计和调试过程的复杂性,也为了便于对网络进行研究、实现和维护,促进标准化工作,通常对计算机网络的体系结构以分层的方式...

    目录

    1、计算机网络分层的的原因和概念 

    2、计算机网络分层的基本原则

    3、实体

    3.1、对等层和对等实体

    3.2、协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)


    1、计算机网络分层的的原因和概念 

    两个系统间实体的通讯是很复杂的过程,为了降低协议设计和调试过程的复杂性,也为了便于对网络进行研究、实现和维护,促进标准化工作,通常对计算机网络的体系结构以分层的方式进行建模。

    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。换言之,计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其所完成的功能的精确定义,它是计算机网络中的层次、各层的协议及层口接口的集合。

    2、计算机网络分层的基本原则

    • 每层都实现一种相对独立的功能,降低大系统的复杂性
    • 各层之间界面自然清晰、易于理解,相互交流尽可能少(耦合性要低)
    • 各层功能的精确定义独立于具体的实现方法,可以采用最适合的技术来实现
    • 保持下层对上层的独立性,上层单向使用下层提供的服务
    • 整个分层结构应该能促进标准化工作。

    分层之后各层之间相对独立,灵活性好,因而分层的体系结构易于更新(替换单个模块)

    3、实体

    在计算机网络中,第n层中的活动元素通常称为n层实体。具体来说,实体是指任何可发送或接收信息的硬件或者软件进程,通常是一个特定的软件模块。

    3.1、对等层和对等实体

    不同机器上的同一层称为对等层,同一层的的实体称为对等实体。 n层实体实现的服务被n+1层使用,n层被称为服务提供者,n+1层则服务于用户。

    3.2、协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)

    在计算机网络体系结构的每个层次中,每个报文都被分为两部分:一是数据部分,即SDU(Server Data Unit,服务数据单元);二是控制信息部分,即PCI(Protocol Control Information,协议控制信息),共同组成PDU。

    服务数据单元(SDU):为完成用户所要求的功能而传送的数据。比如在发送数据阶段,第三层的SDU就是上一层也就是第四层的PDU。 第n层的服务数据单元记为n-SDU.

    协议控制信息(PCI):控制协议操作的信息。比如在发送数据阶段,第三层会接收到第四层的PDU,也就是第三层的SDU,然后第三层要做的是将第三层的PCI加在接收到的数据上面,形成完整的PDU。 简单来理解,PCI就是本层特有的报文头。 第n层的PCI记为n-PCI。

    协议数据单元(PDU):对等层次之间传送的数据单元称为该层的的PDU。第n层的协议数据单元记为n-PDU。在实际的网络中,每一层的协议数据单元都有一个通俗的名称,如物理层的PDU称为比特,链路层的PDU称为帧,网络层的PDU称为分组,传输层的PDU称为报文。

    看一下网络各层数据单元的联系

    在各层发送数据时,把从n+1层收到PDU作为第n层的SDU,加上第n层的PCI,组成了第n层的PDU,交给第n-1层作为SDU发送。接收数据过程与发送数据过程正好相反,就是层层包-层层拆的那么一种感觉。

    具体的,层次结构的含义包括以下几个方面:

    1. 第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自身定义的功能,还要向第n+1层提供本层的服务,该服务是第n层及其下面各层提供的服务总和
    2. 最低层只提供服务,是整个层次结构的基础;中间各层即是下一层服务的使用者,也是上一层的服务提供者。最高层向用户提供服务
    3. 上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务,而不能调用其它层的服务;下一层所提供服务的实现细节对上一层透明
    4. 两台主机通信时,对等层在逻辑上有一条直接通信,表现为不经过下层就把信息传送到对方。

     

    人,总是要有一点精神的,不是吗

     

      

     

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  • 计算机网络分层结构概述

    计算机网络分层结构概述

    前言

    本文讲解计算机网络分层结构,首先,计算机网络为什么需要分层,而又有哪些分层模型,并具体讲解每种分层模型中具体每层的意义、功能和相关协议。本文是后续计算机网络相关知识的框架基础,了解了计算机网络结构,后续文章我们会针对具体每个层次进行学习讲解。

    一、为什么要分层

    在这里插入图片描述

    • 计算机网络需要处理的问题太多了,考虑把大问题分解为多个小问题进行解决,所以需要进行分层。每一层解决对应的问题,逐层解决整个问题。

    • 以寄快递为例形象化的说明计算机分层网络结构中的一些概念和分层的基本原则。
      在这里插入图片描述
      对于上图中的一瓶红酒,你要发送给对方:首先需要将这瓶红酒软包装一下,然后再用盒子装起来,然后再寄到对方手中;对方拿到后,需要对应的把你做的处理一一去掉才能最终拿到这瓶红酒:首先,把盒子拆掉(如何拆?这就需要协议告诉对方),然后再把软包装去掉(如何去掉?这也需要对应的协议告诉对方),最后才能享受这瓶红酒。

    二、分层结构的相关概念

    在这里插入图片描述

    • SDU(service data unit):服务数据单元,满足对方要求的最基本的所需要发送的数据
    • PCI(protocol control information):协议控制信息,即控制对等实体相互操作的信息(类似快递中一个装一个拆,而如何装,如何拆的操作信息都在PCI中记录着)
    • PDU(protocol data unit):协议数据单元,由SDU和PCI组成,它是对等层次之间传送的数据单位。因为无论是SDU还是PCI,单独传送给对方都没有意义(好比你发给对方一个包装着的东西,如果你不把如何拆包装的方法告诉对方,对方拿到了这个东西也拆不开,自然也没有意义了),只有把这两部分组成一个整体PDU,同时发送给对方才有意义。
    • 因此计算机网络分层结构中,每层都会为上一层新添加一定的信息,用于数据传输。
      在这里插入图片描述
      网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构、是分层结构、是计算机网络的各层及其协议的集合、是抽象的,且具体的实现是指能运行的一些软件和硬件。

    三、七层分层结构:ISO/OSI参考模型

    1. 概述

    在这里插入图片描述

    • 七层分层结构包括哪些?
      在这里插入图片描述

    • ISO/OSI参考模型通信过程
      在这里插入图片描述
      端到端的层次结构,在发送端完成后,不要再中间过程再处理,直接原样发送到接收端,因此称为端到端。(这就好比你包装好的包裹,路途中肯定不能给你拆了,而是应该直接原样送到对方手中,由对方来拆)
      点到点的层次结构,在发送端完成后,还需要经过中间过程的再处理,即一步一步的完成,直至发送到接收端,因此成为点对点。(这就好比,你把包裹给了快递公司,快递公司先给你运到下一个快递点,然后再从下一个快递点继续运送,直至运送到对方手中)

    • 具体通信示例(省略了中间路由过程):
      在这里插入图片描述
      注意,数据链路层,不仅要在尾部添加信息,还需要在头部添加信息。

    2. 应用层

    所有能与用户交互并产生网络流量的程序,比如qq、邮箱、网页等等(如单击游戏,它不产生网络流量,因此不属于应用层)

    功能协议
    文件传输FTP
    电子邮件SMTP
    万维网HTTP

    3. 表示层

    用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式(语法:规定传输数据的格式。和语义:规定所要完成的功能)

    功能主要协议
    数据格式变换;数据加密解密;数据压缩和恢复 …JPEG、ASCII …

    4. 会话层

    向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据。这是会话,也是建立同步(规定各种操作的顺序)

    功能主要协议
    建立、管理、终止会话;使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信,实现数据同步ADSP、ASP

    校验点:为数据分段,并为每段添加一个标记,如果数据传输失败,可以从最近的标记处重新传输,保证之前的传输不会废弃。

    5. 传输层

    负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。

    功能解释
    可靠传输,不可靠传输可靠传输是指等待接收方的确认信息再继续发送,否则一直询问接收方;不可靠传输是指不管接收方是否接收到,直接把数据全部丢给接收方
    差错控制如果传输过程出现错误,则及时处理
    流量控制控制发送方的速度,保证接收方来得及接收
    复用分用复用:多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务(接收方接收的数据可供多个应用复用)。分用:运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程(接收方接收的数据可区分为多个应用分用,比如收到的数据,既可以一部分是微信的数据,也可以一部分是QQ的数据)

    主要协议:TCP、UDP

    6. 网络层

    主要任务是把分组从源端传到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。

    功能
    路由选择选择最佳路径
    流量控制控制发送分组的速度
    差错控制控制发送错误
    拥塞控制若所有节点都不来及接受分组,而要丢弃大量分组的话,网络就处于用塞状态,因此要采取一定的措施,缓解这种拥塞

    主要协议:IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF

    7. 数据链路层

    主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层的传输单位是帧。

    功能解释
    成帧包括定义帧的开始和结束
    差错控制包括帧错和位错
    流量控制
    访问(接入)控制控制对信道的访问

    主要协议:SDLC、HDLC、PPP、STP

    8. 物理层

    主要任务是在物理媒介上实现比特流的透明传输(指不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能在链路上传送)。物理层的传输单位是比特。

    功能
    定义接口特性
    定义传输特性
    定义传输速率
    比特同步
    比特编码

    四、四层分层结构:TCP/IP参考模型

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    五、五层分层结构:5层参考模型

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    六、总结

    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 一、分层基本原则、 二、分层结构、 三、"协议" 三要素、 四、数据、 五、计算机网络体系结构、 六、分层相关概念、





    一、分层基本原则



    分层 基本原则 :

    ① 相互独立 : 各分层之间 , 相互独立 , 每层只有一个独立功能 ;

    ② 界限清晰 : 每层之间界限清晰 , 层级之间的交流尽量减少 ;

    ③ 实现技术 : 每层都采用合适的技术实现 , 每层的结构要分开 ;

    ④ 独立特定 : 下层对上层是独立的 , 上层需要使用下层的服务 ;

    ⑤ 标准工作 : 分层的结构可以促进标准化工作 ;





    二、分层结构



    分层结构 :

    ① 实体 : 每一层 的活动 元素 是实体 ; 同一层的实体称为对等实体 ;

    ② 协议 : 对等实体 之间 数据交换 一系列规则 , 标准 , 约定 , 称为 网络协议 ; 协议是水平方向的 ;

    ③ 接口 : 每两层之间的位置 , 称为 接口 , 上层使用下层服务的入口 ;

    ④ 服务 : 每两层之间提供的操作 , 称为 服务 ; 计算机网络中 , 上层使用下层的服务 ; 服务是垂直方向的 ;





    三、“协议” 三要素



    "协议" 三要素 :

    ① 语法 : 数据传输格式

    ② 语义 : 要完成的功能

    ③ 同步 : 各种操作顺序





    四、数据



    在这里插入图片描述


    SDU 服务数据单元 : 为完成用户要求的功能 , 传输的数据 , 是本层原始的数据 ;

    PCI 协议控制信息 : 本层的协议相关信息 ;

    PDU 协议数据单元 : 这是同一层对等实体间传输的数据 ;





    五、计算机网络体系结构



    计算机网络体系结构 :

    ① 描述 : 网络体系结构 , 是 从 功能上 描述 计算机网络结构 ;

    ② 结构 : 计算机网络体系结构 , 简称 网络体系结构 , 该结构 是 分层结构 ;

    ③ 组成 : 计算机网络体系结构 , 是 计算机网络 , 各层 , 及 各层协议集合 ;

    ④ 实现 : 体系结构是 抽象的 , 其是 由可以运行的软件 , 硬件 实现 ;





    六、分层相关概念



    计算机网络 分层相关概念 :

    ① 计算机网络每层功能 : 计算机网络 每层 遵循 网络协议 , 完成本层的功能 ;

    ② 计算机网络每层服务内容 : n n n 层 , 向 第 n + 1 n + 1 n+1 层 , 提供服务时 , 除了 n n n 层本身的功能外 , 还包括 n n n 层以下的层提供的服务 ;

    ③ 服务透明 : 计算机网络 只在 相邻的 层 之间有接口 , 下层提供的服务 , 对上层完全透明 ;

    展开全文
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计算机网络分层结构