電腦網路體繫結構

標籤：電腦網路

電腦網路定義為以能夠相互共用資源的方式互連起來的自治電腦系統的集合，主要表現：分布在不同地理位置的多台獨立“自治電腦”遵循共同的網路通訊協定實現電腦資源的共用。簡單地說就是由兩台或兩台以上電腦通過傳輸介質、網路裝置和軟體直接或間接串連在一起，利用相應的網路通訊協定進行網路通訊的電腦裝置集合體。

一、網路通訊協定

網路通訊協定：電腦網路各節點之間必須遵守事先約定好的規則交換資料和控制資訊，這些規則精確定地定義了所交換資料的格式和時序，為網路資料交換而制定的規則、約定與標準稱之為網路通訊協定。

1、網路通訊協定有3個要素：

文法：涉及資料及控制資訊的格式、編碼及訊號電平等。

語義：涉及用於協調與差錯處理的控制資訊。

時序：涉及速度匹配和排序。

網路體系劃分層次的優點：各層是獨立的、靈活性好、結構上可分隔開、易於實現和維護和能促進標準化工作。

二、OSI/RM七層參考模型

在OSI/RM中有七個層次，由低到高依次是：物理層、資料連結層、網路層、傳輸層、會話層、展示層、應用程式層。

1、七層模型

（1）物理層（位元流）

物理層規定了物理傳輸介質有關的機械、電氣特性和介面，提供相鄰裝置間的位元流傳輸，它是利用物理通訊介質，為上一層資料連結層提供一個物理串連，通過物理串連透明地傳輸位元流。所謂透明傳輸就是指經實際電路後傳送的位元流沒有變化，任意組合的位元流都可以在這個電路上傳輸，物理層並不知道位元的含義。物理層的主要裝置：中繼器、集線器。

（2）資料連結層（幀）

資料連結層把原始不可靠的物理層串連變成無差錯的資料通道，負責在兩個相鄰節點間的線路上無差錯地傳送以幀為單位的資料，每一幀包括一定的資料和必要的控制資訊，在接收點接收到資料出錯時要通知發送方重發，直到這一幀無誤的到達接收節點。資料連結層就是把一條有可能出錯的實際鏈路變成讓網路層看來好相不出錯的連結。資料連結層主要功能：資料鏈路串連的建立與釋放；構成資料鏈路的資料單元；資料鏈路串連的分裂；幀定界與同步；流量控制和差錯的檢測與恢複。資料連結層協議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、框架轉送等。主要裝置二層交換器、橋接器。

（3）網路層（分組）

將資料分成一定長度的分組，負責路由（通訊子網到目標路徑）的選擇，主要解決數據傳輸單元分組在通訊子網中的路由選擇、擁塞控制及多個網路互聯的問題，通常提供資料報服務和虛電路服務。網路層有以下主要功能：路由選擇和中繼；網路連接的啟用、終止；網路連接多工；差錯檢測與恢複；排序、流量控制；服務選擇。網路層協議的代表包括：IP、IPX、OSPF等，主要裝置：路由器。

（4）傳輸層（報文）

傳輸層的任務是根據通訊子網的特性最佳地利用網路資源，並以可靠和經濟的方式成為兩個端系統的會話層之間建立一條傳輸串連，透明地傳輸報文。傳輸層向上一層提供一個可靠的端到端的服務，使會話層不知道傳輸層以下的資料通訊的細節，傳輸層只存在於端系統（主機）中，傳輸層以上層就不再管資訊傳輸的問題。傳輸層的主要功能如下：映像傳輸地址到網路地址；多工與分割；差錯控制及恢複；分段與重新組裝；組塊與分塊；傳輸串連的建立與釋放；序號及流量控制。傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。

（5）會話層

會話層不參與具體的資料轉送，但它對資料進行管理，是最薄的層，常被省略。主要功能：會話串連到傳輸串連的映射；資料傳送；會話串連的恢複和釋放；對會話參數進行協商；選擇合適的QoS；活動管理；

（6）展示層

展示層提供端到端的資訊傳輸，處理的OSI系統間使用者資訊的文法表達形式。主要功能包括：資料文法轉換；資料加密和資料壓縮；文法表示；表示串連管理。

（7）應用程式層

是OSI/RM的最高層，是直接面向使用者的一層，是電腦網路與終端使用者間的介面。包括FTP（20/21）、SMTP（25）、POP（110）等協議。

2、OSI/RM工作原理

在整個通訊網路中，一般是把網路層以下的三層劃分為通訊子網，負責為網路通訊提供平台，建立網路連接，而把會話層、展示層、應用程式層這三層稱為資源子網，負責具體的資料通訊任務。在OSI/RM中，層與層之間通過服務存取點（SAP）的邊界來隔離的，所有的請求都通過服務存取點從一層傳遞到另外一層，每一層都是建立在它下面的一層的標準和活動的基礎之上的，同時每一層為它的上一層提供一些服務，下一層實現服務的細節對上一層是屏蔽的。也就是說各層的功能實現方式是獨立的。下層通過服務存取點（SAP）為上層提供服務，相同層次傳輸的協議同步單元。

在OSI/RM資料通訊的發送端是資料自上而下傳輸的，而接收端的資料則是從下而上傳輸的，這也是OSI的基本通訊流程。

通過OSI層，資訊可以從一台電腦的軟體應用程式傳輸到另一台的應用程式上。電腦A上的應用程式要將資訊發送到電腦B的應用程式，則電腦A中的應用程式需要將資訊先發送到其應用程式層（第七層），然後將資訊添加應用程式層首部發送到展示層（第六層），展示層將資料轉送到會話層（第五層），如此繼續，直至物理層（第一層）。在物理層，資料被放置在物理網路媒介中並被發送至電腦B。電腦B的物理層接收來自物理媒介的資料，然後將資訊向上發送至資料連結層（第二層），資料連結層再轉送給網路層，依次繼續直到資訊到達電腦B的應用程式層。最後，電腦B的應用程式層再將資訊傳送給應用程式接收端，從而完成通訊過程。

資料連結層的服務存取點LLC（鏈路控制子層）。

網路層的服務存取點是IP資料報。

傳輸層的服務存取點是連接埠號碼。

二、TCP/IP協議體繫結構

Internet網路體繫結構是以TCP/IP協議為核心，TCP協議為應用程式提供端到端的通訊和控制功能，IP協議為各種不同的通訊子網或區域網路提供一個統一的互聯平台。TCP/IP協議參考模型從高到低的四個層次是：應用程式層（Application Layer）、傳輸層（Transport Layer）、網際互連層（Internet Layer，也有稱互連網層）和網路訪問層（Network Access Layer，也有稱主機至網路層）。

（1）網路訪問層：提供IP資料報的發送和接收，該層採用的協議為各通訊子網本身固有的協議。乙太網路、令牌環、框架轉送和ATM。

（2）網際互連層：提供電腦間的分組傳輸，主要功能包括高層資料的分組產生、底層資料報的分組組裝以及處理路由、流控、擁塞等問題，IP協議提供統一的地址格式和IP資料報格式，以消除各通訊子網的差異，從而為資訊發送方和接收方提供透明通道。IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP等協議。

（3）傳輸層：提供應用程式間的通訊，功能包括格式化資訊流以及提供可靠傳輸，傳輸層協議主要是傳輸控制通訊協定TCP和使用者資料包通訊協定UDP，TCP協議提供連線導向的可靠的位元組流傳輸；UDP協議提供不需連線的不可靠的資料包傳輸。

（4）應用程式層：提供常用的應用程式。

TCP：POP3：110，HTTP：80，FTP：21、20，SMTP：25，Telnet：23。

UDP：DHCP：67/68，TFTP：69，SNMP：161、162，DNS：53。

三、區域網路體繫結構

區域網路體繫結構只定義了相當於ISO模型中的低兩層，分為物理層和資料連結層，其中資料連結層又分為兩個子層，介質存取控制（Media Access Control，MAC）子層和邏輯鏈路控制（Logical Link Control，LLC）子層。

（1）物理層

主要處理物理線路上傳輸的位元流，實現位元流的傳輸、接收和同步；物理串連的建立、維護和撤消；處理機械、電氣和過程的特性；為資料連結層提供服務。物理層規定了所使用的訊號、編碼、傳輸介質、傳輸速率以及電平和功能特性。

（2）介質存取控制（MAC）子層

MAC子層是區域網路中資料連結層（DLL）的下層部分，它提供MAC地址定址和介質存取（也就是資料的接收和發送）的控制方式，即處理區域網路中各網站對共用通訊介質的爭用問題

（3）邏輯鏈路控制（LLC）子層

提供對高層的支援，它屏蔽了具體的媒體和存取控制方法，為連到區域網路上的端系統提供端到端的差錯控制和流量控制。

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