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  • 什么是计算机网络体系结构

    千次阅读 2021-06-23 12:04:10
    本文的原始作者: 书呆子里科作者博客地址:本文中使用的大多数插图均来自课件“计算机网络体系结构”,并且某些插图作者已被进一步修改. 可以在我的CSDN上下载该课件,其链接为“计算机网络”体系结构. 在此,我们...

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    本文的原始作者: 书呆子里科

    作者博客地址:

    本文中使用的大多数插图均来自课件“计算机网络体系结构”,并且某些插图作者已被进一步修改. 可以在我的CSDN上下载该课件,其链接为“计算机网络”体系结构. 在此,我们感谢该课件的创建者及其传播者的无私分享.

    友情提醒:

    为了更好地理解计算机网络体系结构,作者使用两个博客文章介绍了该计算机网络中最重要的知识点: “计算机网络体系结构摘要(第1部分)”和“计算机网络体系结构摘要”. (第2部分)在本文中,我们概述了计算机网络体系结构的动机,并结合日常生活中的邮政系统介绍了设计概念,并给出了相关的基本概念和标准,并着重介绍了分层在此基础上,配套文章“计算机网络体系结构概述(第2部分)”详细介绍了两种典型的计算机网络系统体系结构标准: OSI七层模型和TCP / IP四层模型.

    众所周知,计算机网络是一个非常复杂的系统. 例如,当连接到网络的两台计算机需要通信时,由于计算机网络的复杂性和异构性,需要考虑许多复杂因素,例如:

    (1). 必须在两台计算机之间有一个传输数据的通道;

    (2). 告诉网络如何识别接收数据的计算机;

    (3). 启动通信的计算机必须确保可以在此路径上正确发送和接收要传输的数据;

    (4). 对于各种错误和意外事件,例如数据传输错误和网络中节点交换机的故障,应采取可靠而完善的措施,以确保另一方的计算机最终能够正确接收数据.

    制定计算机网络体系结构标准是为了解决这些问题,以便两台计算机(网络设备)可以准确地理解彼此的含义并像两个亲密的朋友一样优雅地回应. 换句话说,为了完成该网络通信,必须确保彼此通信的两个计算机系统达到高度的了解. 实际上,在网络通信领域中,两台计算机(网络设备)之间的通信不如人与人之间的通信自然. 计算机之间的高度默认通信(通信)需要非常复杂和完整. 作为支持. 那么,什么样的方法可以用来合理地组织网络的结构,以确保它具有清晰的结构,简化的设计和实现计算机网络体系结构主要包含,易于更新和维护,强大的独立性和适应性,从而使这种“高”“默契”呢?

    答案是分而治之,进一步讲分层思维.

    分而治之的思想可以解决上述复杂的问题. 换句话说,我们可以将这个庞大而复杂的问题转换为许多较小的,易于处理的单一局部问题,然后在不同级别上进行解决. 这是我们在分层思维中所熟悉的. 在计算机网络体系结构中,分层思维的含义是: 每一层都基于自身下层提供的服务,通过自身的内部功能实现特定的服务.

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    1. 分层思维在日常生活中的应用

    分层思维在日常生活中有很多应用,例如邮政系统,银行系统等. 让我们以邮政系统的组织结构为例:

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    从上图可以看出,用户与用户之间的通信依赖于基础服务,但是他们不需要关心快递和运输等细节,即发件人只需要写书面文件即可. 给快递员的信,收件人只需要检查快递员的信. 同样,快递员只需要从发件人处获取信件并将其交给分拣者,或者从分拣者处收取信件并将其交给收件人. 至于分拣员为什么要把这封信交给他(实际上,每个快递员将负责某个地区,检查员将根据收件人的地址将信分发给不同的快递员). 他不需要照顾或需要照顾. 显然,在这种邮政系统中,各种角色(用户,快递员...)在功能上是相互独立的,但是可以协调和合作以实现“高度默契”,这在很大程度上得益于分层思维的概念和应用. 下图更直观地反映了邮政系统的分层思维:

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    此外,我们每天使用的操作系统也是分层思维的实践者. 实际上,通常,对于庞大而复杂的系统(例如银行系统,邮政系统等),必须应用分层思维.

    2. 分层思维的优势

    (1). 低耦合(强独立性)

    上层只需要通过下层为上层提供的接口使用下层实现的服务,而无需关心下层的具体实现. 换句话说,下层是一个黑匣子,上层具有某些功能.

    (2). 适应性强

    只要每层为上层提供的服务和接口保持不变,就可以任意更改每层的实现细节.

    (3). 易于实施和维护

    将复杂的系统分解为几个范围较小,功能简单的子单元,系统结构清晰,实现,调试和维护简单易行. 也就是说,对于设计者/开发者来说,这种方法使设计者/开发者能够专注于设计和开发他们关心的功能模块. 对于调试/维护人员,此方法也方便调试/维护人员处理他们负责的功能模块.

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    如您所料,计算机网络体系结构也使用分层方法. 因此,由于计算机网络体系结构的设计使用分层思想,因此必须解决以下问题:

    (1). 网络体系结构应具有什么级别,每个级别负责什么功能? (层和功能)

    (2). 各个级别之间是什么关系,它们如何相互作用? (服务和接口)

    (3). 为了确保沟通的双方能够达到高度的了解,他们需要遵循哪些规则? (协议)

    1. 计算机网络体系结构的概念

    根据上述问题,计算机网络体系结构必须包括三个内容,即分层结构和每一层的功能,服务以及各层之间的接口和协议. 因此,计算机网络体系结构的定义为:

    在计算机网络中,层,层间接口和协议的集合称为计算机网络体系结构.

    2. 计算机网络体系结构标准

    目前,由国际标准组织ISO制定的网络体系结构的国际标准是OSI七层模型,但实践中使用最广泛的是TCP / IP体系结构. 换句话说,OSI的七层模型只是一个理论上和官方的国际标准,而TCP / IP体系结构是事实上的国际标准. 这看似不合理,但实际上存在. 这是由某些历史原因引起的. 无疑,这些原因很复杂. 作者将在这里简要介绍它计算机网络体系结构主要包含,以使读者感到满意. OSI标准的制定者主要是专家和学者. 它们缺乏实践经验和商业驱动力,并且OSI标准本身的运行效率不是很好. 同时,由于Inernet覆盖全球相当大的区域,并且占领市场的标准是TCP / IP体系结构,因此OSI标准没有市场背景,这只是理论上的成就,也没有被应用. 许多. 在实践中.

    1. 基本概念

    在介绍网络体系结构的分层原理之前,我们有必要了解以下基本概念. 对应关系如下图所示:

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    2. 网络架构模型

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    网络中的任何系统都是根据上图中的层次结构模型组织的,具有以下特点:

    3. 点对点通信的本质

    从逻辑上讲,网络分层架构的原理允许不同主机的对等实体进行通信,但禁止不同主机的非对等实体之间进行直接通信;从物理上讲,每一层都必须依靠下层提供的服务. 与另一主机的对等层进行通信是对等层通信的本质. 也就是说,模型中的上层(第n + 1层)使用下层(第n层)提供的服务,并且是下层(第n层)的服务使用者;模型中的下层(第n层)是上层(第n + 1层)提供服务,并且是上层(第n + 1层)的服务生产者(提供者).

    此外,源进程将消息传输到目标进程的过程是这样的: 首先,将消息发送到源系统的最高层,然后将消息从上到下逐层封装,最后消息“物理线路已传输到目标系统”. 当目标系统接收到信息时,它将从下到上逐层处理信息并将其拆包. 最后,最高层将消息提交给目标进程. 该过程类似于邮政通信过程,如下图所示:

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    4. 协议

    如上图所示,发件人和收件人对信件内容的共识是两者之间的协议. 正是由于这一约定,他们才能阅读该信并理解另一方的含义. 达成默契;同样,发送邮局和接收邮局也可以就投递信件达成共识,也就是说,有一套规则可以确保“邮局之间的默认协议,两者之间可以达成这种默认协议. 要么保持原封不动,要么将其原封不动地发送给收件人,或者您可以原封不动地退回给发件人;同样,运输系统也可以就如何运输信件达成共识,正是由于这种共识,信件可以到达指定的邮局. 对等实体之间的默认协议(共识)是协议.

    类似地,在计算机网络体系结构中,不同的层需要完成不同的功能或提供不同的服务. 例如,计算机网络体系结构应提供相应的错误控制,以使对等层的通信更加可靠. 另外,还应提供流控制以控制发送端的发送速率,以便接收端有时间接收消息. 分段和重装机制也是必要的,即发送方在发送消息时应将数据块分成较小的单元进行传输,接收方可以准确地重组这些数据块并恢复数据的原始外观;通信会话多路复用是相同的. 低级连接可以提高效率. 建立连接和释放连接的机制是不同主机之间通信的保证,等等. 上面列出的功能(服务)实际上是由计算机体系结构中的特定层实现的,更具体地说,这些功能主要是通过每层的相应通信协议来实现的. 也就是说,计算机之间网络中的所有通信活动都由协议控制,正是各种协议确保了计算机之间的高度隐性通信. 下图比较了人与人之间的通讯协议和计算机之间的通讯协议:

    上一部分的最后部分非常生动地介绍了协议的含义,使我们对网络通信协议有了感知上的理解. 实际上,人类在相互交流的过程中也遵守某种“协议”,但是这种协议只是一种文化. 与计算机通讯协议的比较如下:

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    1. 协议的概念

    通信协议定义了网络实体之间发送和接收消息的格式和顺序,以及在发送和接收消息时应采取的动作(规则). 该定义指定了通信协议的三个元素:

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    实际上,在网络体系结构中,每层可能有多个协议,但是一个协议仅属于一层. 在实现方面,该协议可以通过软件或硬件来实现. 例如,网络通信协议软件,网络驱动程序,网络硬件等. 常用的协议组是: TCP / IP(Windows,Unix,Linux等),NetBEUI(Windows),IPX / SPX(NetWare,Windows)等

    2. 协议数据单元(PDU)

    在计算机网络体系结构中,对等层之间交换的信息消息统称为协议数据单元(PDU). PDU由协议控制信息(协议头)和数据(SDU)组成,如下图所示.

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    其中,协议头包含完成数据传输所需的控制信息,例如地址,序列号,长度,分段标志,错误控制信息等. 传输层和后续层的PDU具有它们自己的特定名称:

    (1). PDU包装

    在计算机网络体系结构中,下层将上层PDU封装为该层的数据,然后添加该层的协议标头(和尾部)以形成该层的PDU,如下所示数字. 在这里,封装是在数据前面添加特定的协议头. 因此,从源站的顶部到底部提交数据的过程实际上是连续打包的过程,到达目的地后从底部到顶部传送数据的过程是连续拆包的过程,因为如下图所示. 此过程类似于发送信件的过程. 在传输数据时,它实际上被多层“信封”包围. 在目标站,某一层只能识别由源站的对等层封装的“信封”,并且封装在“信封”中的“数据”仅被解包并提交给上层,而这一层不做任何事情. 特别重要的是要注意,每一层仅处理该层的协议标头!

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    (2). PDU包装示例

    下图说明了TCP / IP协议套件中PDU的封装过程:

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    计算机网络体系结构标准的建立使两台计算机能够理解彼此的含义并像两个亲密朋友一样优雅地响应. 本文首先概述了计算机网络体系结构的动机,并结合日常生活中的邮政系统介绍了设计概念,并给出了相关的基本概念和标准. 此外,我们将重点介绍计算机网络体系结构的分层原理及其最重要的组成部分(协议),以便读者可以对计算网络体系结构有了新的系统的理解.

    有关OSI七层参考体系结构和TCP / IP四层协议结构以及任务,功能,协议以及与每种体系结构中其他类似层的区别的更多介绍,请移动读者. 关注我的博客“计算机网络体系结构(第2部分)”.

    计算机网络体系结构

    本文来自电脑杂谈,转载请注明本文网址:

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  • 计算机网络体系结构有哪几种

    千次阅读 2021-06-20 02:42:40
    计算机网络的组成基本上包括:计算机、网络操作系统、传输介质以及相应的应用软件四部分。1、计算机,俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能...

    计算机网络的组成基本上包括:计算机、网络操作系统、传输介质以及相应的应用软件四部分。

    1、计算机,俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器,可以进行数值计算,又可以进行逻辑计算,还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

    2、网络操作系统 ,是一种能代替操作系统的软件程序,是网络的心脏和灵魂,是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。借由网络达到互相传递数据与各种消息,分为服务器(Server)及客户端(Client)。

    而服务器的主要功能是管理服务器和网络上的各种资源和网络设备的共用,加以统合并控管流量,避免有瘫痪的可能性,而客户端就是有着能接收服务器所传递的数据来运用的功能,好让客户端可以清楚的搜索所需的资源。

    3、网络传输介质,指在网络中传输信息的载体,常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。不同的传输介质,其特性也各不相同,它们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响。

    4、应用软件,是和系统软件相对应的,是用户可以使用的各种程序设计语言,以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合,分为应用软件包和用户程序。应用软件包是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合,供多用户使用。

    扩展资料:

    中国计算机网络设备制造行业是改革开放后成长起来的,早期与世界先进水平存在巨大差距;但受益于计算机网络设备行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大,我国计算机网络设备制造行业发展十分迅速。

    近两年,随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退,计算机网络设备制造行业获得良好发展机遇,中国已成为全球计算机网络设备制造行业重点发展市场。

    我国计算机网络设备制造企业主要分布在华东和华南地区,其中又以广东、江苏、浙江三地企业分布最为集中,且是全国计算机网络设备制造行业发展领先的地区,2019年行业销售收入均在84亿元以上。与此同时,四川、湖北及上海地区的计算机网络设备制造行业也得到了快速发展,2019年销售收入增长率均在30%以上。

    (1)第一代计算机网络---远程终端联机阶段;

    (2)第二代计算机网络---计算机网络阶段;

    (3)第三代计算机网络---计算机网络互联阶段;

    (4)第四代计算机网络---国际互联网与信息高速公路阶段。

    早期年代:过去人们开始将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合起来,完成了数据通信与计算机通信网络的研究,为计算机网络的出现做好了技术准备,奠定了理论基础。

    参考资料:

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  • 网络体系结构,什么是网络体系结构通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循...

    网络体系结构,什么是网络体系结构

    通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则。

    1.网络协议(Protocol)

    为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层协议,准确地说,它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。

    网络协议的三个要素:

    1)语义(Semantics)。涉及用于协调与差错处理的控制信息。

    2)语法(Syntax)。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。

    3)定时(Timing)。涉及速度匹配和排序等。

    2.网络的体系结构及其划分所遵循的原则

    计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统,然后“分而治之”,这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。分层就是系统分解的最好方法之一。

    在(图3.1)所示的一般分层结构中,n 层是n-1层的用户,又是n+1层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务,实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。10849099_20104616302760_thumb.gif

    图3.1 层次模型

    层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。  所谓网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示(图3.2)。10849099_20104616302793_thumb.gif

    图3.2 计算机网络的层次模型

    层次结构的要点:

    1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外,其余各对等实体间进行的都是虚通信。

    2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。

    3)n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信(通常也是虚通信)来实现的。

    层次结构划分的原则:

    1)每层的功能应是明确的,并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时,只要保持上、下层的接口不变,便不会对邻居产生影响。

    2)层间接口必须清晰,跨越接口的信息量应尽可能少。

    3)层数应适中。若层数太少,则造成每一层的协议太复杂;若层数太多,则体系结构过于复杂,使描述和实现各层功能变得困难。

    网络的体系结构的特点是:

    1)以功能作为划分层次的基础。

    2)第n层的实体在实现自身定义的功能时,只能使用第n-1层提供的服务。

    3)第n层在向第n+1层提供的服务时,此服务不仅包含第n层本身的功能,还包含由下层服务提供的功能。

    4)仅在相邻层间有接口,且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

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  • 什么是网络体系结构-计算机网络1、 什么是网络体系结构网络体系结构中基本的原理是什么?答: 所谓网络体系就是为了完成计算机间的通信合作,把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次,规定了同层次进程通信的...

    什么是网络体系结构-计算机网络

    1、 什么是网络体系结构?网络体系结构中基本的原理是什么?

    答: 所谓网络体系就是为了完成计算机间的通信合作,把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次,规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务。将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构。网络体系结构中基本的原理是抽象分层。

    2、 网络协议的组成要素是什么?试举出自然语言中的相对应的要素。

    答:网络协议主要由三个要素组成:  1)语义  协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解释,也即“讲什么”。  2)语法  语法是用于规定将若干个协议元素和数据组合在一起来表达一个更完整的内容时所应遵循的格式,即对所表达的内容的数据结构形式的一种规定(对更低层次则表现为编码格式和信号电平),也即“怎么讲”。  3)时序  时序是指通信中各事件发生的因果关系。或者说时序规定了某个通信事件及其由它而触发的一系列后续事件的执行顺序。例如在双方通信时,首先由源站发送一份数据报文,如果目标站收到的是正确的报文,就应遵循协议规则,利用协议元素ACK 来回答对方,以使源站知道其所发出的报文已被正确接收,于是就可以发下一份报文;如果目标站收到的是一份错误报文,便应按规则用NAK元素做出回答,以要求源站重发该报文。

    3、 说明TCP/IP参考模型与OSI/RM相比有何优点和不足。

    答:  TCP/IP 网络体系结构的主要优点:  1) 简单、灵活、易于实现  2) 充分考虑不同用户的需求  TCP/IP 主要缺点如下:  1) 没有明显地区分出协议、接口和服务的概念  2) 不通用,只能描述它本身  3) 主机-网络层只是个接口  4) 不区分物理层和数据链路层  5) 有缺陷的协议很难被替换

    4、 TCP/IP参考模型的物理层和数据链路层并没有具体的协议,说明为什么要这样设计?

    答:为了保证通过TCP/IP 参考模型可将不同的物理网络互连起来。

    5、 IP 协议是无连接的,这意味着网络层的传输有什么样的特点?带来的问题是什么?

    答:IP 协议是无连接的,这保证了网络层的传输效率。但同时也带来了可靠性、安全性等问题。

    6、 TCP/IP参考模型在运输层同时设计了TCP和 UDP两个协议,说明两个协议的特点和适用场合。

    答:传输控制协议TCP 是一个可靠的、面向连接的传输层协议,它将源主机的数据以字节流形式无差错地传送到目的主机。发送方的TCP 将用户交来的字节流划分成独立的报文并交给网络层进行发送,而接收方的TCP 将接收的报文重新装配交给接收用户。TCP 还要进行流量控制,以防止接收方由于来不及处理发送方发来的数据而造成缓冲区溢出。用户数据报协议UDP 是一个不可靠的、无连接的运输层协议。UDP 协议将可靠性问题交给应用程序解决。UDP 协议主要面向请求/应答式的交易型应用,一次交易往往只有一来一回两次报文交换,假如为此而建立连接和撤销连接,开销是相当大的。这种情况下使用UDP 就非常有效。另外,UDP 协议也应用于那些对可靠性要求不高,但要求网络的延迟较小的场合,如话音和视频数据的传送。

    7、 应用层实体和应用程序是否是相同的概念?并说明应用层在网络体系结构中的地位。

    答:应用层实体和应用程序是不同的概念。应用层是开放系统互连参考模型的最高层。它为应用进程提供了访问OSI 环境的手段,是应用进程使用OSI 功能的唯一窗口。

    8、 在运输层中端口的作用是什么,与网络地址又有何关系?

    答:传输层一般使用端口(port)与上层进行通信,端口作为通信进程的唯一标识,在通信中起着非常重要的作用。网络地址用于指示网络中某台特定的主机,而端口用于指明主机上的某个特定应用进程。

    9、 比较数据报与虚电路两种服务各自的优缺点及适用场合。

    答: 数据报与虚电路两种服务比较如下:

    10、 路由选择的作用是什么?常用的方法有哪些?

    答:路由选择或称路径控制,是指网络中的节点根据通信网络的情况(可用的数据链路、各条链路中的信息流量),按照一定的策略(传输时间最短、传输路径最短等),为数据报选择一条可用的传输路由,将其发往目的主机。路由选择算法主要分为自适应式和非自适应式。非自适应式不能依据网络当前实际(实测或估测)的传输量和拓扑变化来为分组进行路由选择,而只能按原先设置好的路由传送分组;自适应算法能较好地适应网络中的通信量和拓扑的变化,但实现时难度大、开销多。实际上,非自适应路由的设置和更新是静态的,必须设置好才能投入运行,所以它又称为静态路由算法;而适应式路径的选择和修改是依据当前网络流量和网络拓扑而动态进行的,所以它又称为动态路由算法。

    11、 OSI/RM参考模型的研究方法是什么?

    答:OSI/RM 参考模型的研究方法如下:  1)抽象系统  抽象实系统中涉及

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  • 计算机网络体系结构

    2021-03-24 21:43:58
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