一 計算機網路體系結構

2021-10-09 07:07:40 字數 3660 閱讀 8081

謝仁希老師的計算機網路

計算機網路中要做到有條不紊地交換資料,就必須遵守一些事先約定好的規則。這些規則明確規定了所交換的資料的格式以及有關的同步問題。這裡所說的同步不是狹義的(即同頻或同頻同相)而是廣義的,即在一定的條件下應當發生什麼事件(如傳送乙個應答資訊),因而同步含有時序的意思。這些為進行網路中的資料交換而建立的規則、標準或約定稱為網路協議(network protocol)。網路協議也可簡稱為協議。更進一步講,網路協議主要由以下三個要素組成

(1)語法,即資料與控制資訊的結構或格式;

(2)語義,即需要發出何種控制資訊,完成何種動作以及做出何種響應;

(3)同步,即事件實現順序的詳細說明。

協議通常有兩種不同的形式,一種是使用便於人來閱讀和理解的文字描述;另一種是使用讓計算機能夠理解的程式**

通常各層所要完成的功能主要有以下一些(可以只包括一種,也可以包括多種):

① 差錯控制使得和網路對等端的相應層次的通訊更加可靠。

② 流量控制使得傳送端的傳送速率不要太快,要使接收端來得及接收。

③ 分段和重灌傳送端把要傳送的資料塊劃分為更小的單位,在接收端將其還原。

④ 復用和分用傳送端幾個高層會話復用一條低層的連線,在接收端再進行分用。

⑤ 連線建立和釋放交換資料前先建立一條邏輯連線。資料傳送結束後釋放連線。分層當然也有一些缺點,例如,有些功能會在不同的層次中重複出現,因而產生了額外開銷。

應用層是體系結構中的最高層。應用層的任務是通過應用程序間的互動來完成特定網路應用。應用層協議定義的是應用程序間通訊和互動的規則。這裡的程序(process)就是指主機中正在執行的程式。對於不同的網路應用需要有不同的應用層協議。在網際網路中的應用層協議很多,如支援全球資訊網應用的http協議,支援電子郵件的smtp協議,支援檔案傳送的ftp協議,等等。我們將應用層互動的資料單元稱為報文(message)

(2) 運輸層(transport layer)

運輸層的任務就是負責向兩個主機中程序之間的通訊提供通用的資料傳輸服務。應用程序利用該服務傳送應用層報文。所謂通用,是指並不針對某個特定網路應用,而是多種應用可以使用同乙個運輸層服務。由於一台主機可同時執行多個程序,因此運輸層有復用和分用的功能。復用就是多個應用層程序可同時使用下面運輸層的服務,分用與復用相反,是運輸層把收到的資訊分別交付上面應用層中的相應程序。

運輸層主要使用以下兩種協議

(3) 網路層(network layer)

網路層負責為分組交換網上的不同主機提供通訊服務。在傳送資料時,網路層把運輸層產生的報文段或使用者資料報封裝成分組或包(packet)進行傳送。在tcp/ip體系中,由於網路層使用ip協議,因此分組也叫作 ip資料報,或簡稱為資料報(datagram)。

網路層的另乙個任務就是要選擇合適的路由,使源主機運輸層所傳下來的分組能夠通過網路中的路由器找到目的主機。

(4) 資料鏈路層(data link layer)

資料鏈路層常簡稱為鏈路層。我們知道,兩台主機之間的資料傳輸,總是在一段一段的鏈路上傳送的,這就需要使用專門的鏈路層的協議。在兩個相鄰結點之間傳送資料時,資料鏈路層將網路層交下來的ip資料報組裝成幀(framing),在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀(frame)。每一幀包括資料和必要的控制資訊(如同步資訊、位址資訊、差錯控制等)

注意控制資訊(其實就是其它層加的首部資訊,鏈路層會加首尾部資訊,物理層不加)

控制資訊作用:

在接收資料時,控制資訊使接收端能夠知道乙個幀從哪個位元開始和到哪個位元結束。這樣,資料鏈路層在收到乙個幀後,就可從中提取出資料部分,上交給網路層。

控制資訊還使接收端能夠檢測到所收到的幀中有無差錯。如發現有差錯,資料鏈路層就簡單地丟棄這個出了差錯的幀,以免繼續在網路中傳送下去白白浪費網路資源。如果需要改正資料在資料鏈路層傳輸時出現的差錯(這就是說,資料鏈路層不僅要檢錯,而且要糾錯),那麼就要採用可靠傳輸協議來糾正出現的差錯。這種方法會使資料鏈路層的協議複雜些。

(5) 物理層(physical layer)

物理層上所傳資料的單位是位元。傳送方傳送1(或0)時,接收方應當收到1(或0)而不是0(或1)。因此物理層要考慮用多大的電壓代表「1」或「0」,以及接收方如何識別出發送方所傳送的位元。物理層還要確定連線電纜的插頭應當有多少根引腳以及各條引腳應如何連線。當然,解釋位元代表的意思,就不是物理層的任務。請注意,傳遞資訊所利用的一些物理**,如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線通道等,並不在物理層協議之內而是在物理層協議的下面。因此也有人把物理**當作第0層

資料在各層之間傳遞資料的過程:

這裡每層加的首部資訊就是控制資訊,首部資訊裡含有檢錯和糾錯的功能。

主機1的應用程序ap1向主機2的應用程序ap2傳送資料。ap1先將其資料交給本主機的第5層(應用層)。第5層加上必要的控制資訊h5就變成了下一層的資料單元。第4層(運輸層)收到這個資料單元後,加上本層的控制資訊h4,再交給第3層(網路層),成為第3層的資料單元。依此類推。不過到了第2層(資料鏈路層)後,控制資訊被分成兩部分,分別加到本層資料單元的首部(h2)和尾部(t2);而第1層(物理層)由於是位元流的傳送,所以不再加上控制資訊。請注意,傳送位元流時應從首部開始傳送。

osi參考模型把對等層次之間傳送的資料單位稱為該層的協議資料單元 pdu(protocol data unit)。這個名詞現已被許多非osi標準採用。

當這一串的位元流離開主機1的物理層經網路的物理**(傳輸通道)傳送到路由器時,就從路由器的第1層(物理層)依次上公升到第3層(網路層)。每一層都是根據控制資訊進行必要的操作,然後將控制資訊剝去,將該層剩下的資料單元上交給更高的一層。當分組上公升到了第3層時,就根據首部中的目的位址查詢路由器中的路由表,找出**分組的介面,然後往下發送到第2層(鏈路層),加上新的首部和尾部後,再到最下面的第1層,然後在物理**上把每乙個位元傳送出去。

當這一串的位元流離開路由器到達目的站主機2時,就從主機2的第1層按照上面講過的方式,依次上公升到第5層。最後,把應用程序ap1傳送的資料交給目的站的應用程序ap2。

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