网络体系结构分层研究
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网络的体系结构:计算机网络各层次及其协议的集合。
其层次结构一般以垂直分层模型来表示。
网络通常按层或级的方式来组织,每一层都建立在它的下层之上。
不同的网络,层的名字、数量、内容和功能都不尽相同。
但是每一层的目的都是向它的上一层提供服务,这一点是相同的。
层和协议的集合被称为网络体系结构。
作为具体的网络体系结构,当前重要的和使用广泛的网络体结构有OSI体系结构和TCP/IP体系结构。
OSI是开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open System Interconnection ReferenceModel)缩写,它被分成7层,这7个层次分别定义了不同的功能。
几乎所有的网络都是基于这种体系结构的模型进行改进并定义的,这些层次从上到下分别是应用层、表示层、会话层、运输层、网络层,数据链路层和物理层,其中物理层是位于体系结构的最低层,它定义了OSI网络中的物理特性和电气特性。
OSI是Open System Interconnect的缩写,意为开放式系统互联。
国际标准组织(国际标准化组织)制定了OSI模型。
这个模型把网络通信的工作分为7层,分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议和互连网协议)缩写,TCP/IP体系结构是当前应用于Internet网络中的体系结构,它是由OSI结构演变来的,它没有表示层,只有应用层、运输层,网际层和网络接口层。
物理层:第一层是物理层(也即OSI模型中的第一层),它看起来似乎很简单。
物理层实际上就是布线、光纤、网卡和其它用来把两台网络通信设备连接在一起的东西。
甚至一个信鸽也可以被认为是一个1层设备。
网络故障的排除经常涉及到1层问题数据链路层:第2层是数据链路层,运行以太网等协议。
交换机可以看成网桥,人们现在都这样称呼它。
网桥都在2层工作,仅关注以太网上的MAC 地址。
网络体系结构网络体系结构,简称网络架构,指的是互联网整体架构的逻辑架构、物理架构和协议架构,它决定了互联网的功能、性能、可靠性和安全性,同时也为互联网的拓展和发展提供了基础支持。
一、逻辑架构网络逻辑架构是指网络系统中各个部分的功能和互相之间的关系。
它是网络系统最基本的部分,以分层的方式进行组织,从上至下分别是:应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
1. 应用层应用层是网络体系结构中最靠近用户的一层,它主要负责处理和管理用户与网络之间的信息交互。
在这一层上,包括了很多常见的协议,如HTTP、FTP、SMTP等。
2. 传输层传输层主要负责网络数据的传输和速率的控制,它负责把数据分成若干个数据包,并负责传输和接收。
这一层也包括了两个主要的协议:TCP和UDP。
3. 网络层网络层主要负责寻找最佳的路径,实现不同网络之间的数据传输,强调数据包在网络中的传输。
在这一层上最常见的协议是IP协议。
4. 数据链路层数据链路层位于物理层和网络层之间,主要负责将网络层传过来的数据包转换成适合物理层传输的数据包。
最常见的协议是以太网协议。
5. 物理层物理层负责传输和接收网络中的数据以及硬件的控制。
它决定了数据的传输速率、数据的格式和传输媒介等。
最常见的传输媒介是有线和无线两种。
二、物理架构网络物理架构是指网络系统中各个设备之间的连接方式和传输媒介等硬件设备的布局、位置和组成。
物理架构包括以下几种架构方式:1. 局域网(LAN)局域网是指在一个较小范围内的计算机网络,其覆盖范围通常在一个建筑物或者一个校园内。
局域网的传输速率非常快,最常常用的网线是双绞线。
2. 城域网(MAN)城域网是指在一个城市或者地理范围比较大的区域内的计算机网络。
城域网常用的传输媒介是光纤。
3. 广域网(WAN)广域网是指在一个大范围的区域内的计算机网络,它由多个局域网和城域网组成。
广域网的传输媒介是电话线路或者无线电波。
三、协议架构网络协议架构是指网络系统中使用的通信协议以及协议之间的关系。
计算机网络体系结构和网络功能的分层介绍计算机网络是由一组相互连接的计算机和网络设备组成,通过通信线路和交换设备相互连接,共享资源和信息。
为了有效管理和提供灵活的功能,计算机网络通常被组织成分层的体系结构。
本文将介绍计算机网络体系结构的分层以及每个层次的网络功能。
OSI模型最常用的计算机网络体系结构模型是国际标准化组织(ISO)制定的“开放式系统互连”(Open Systems Interconnection,简称OSI)模型。
该模型将计算机网络分为七个不同的层次,每个层次都有特定的功能和任务。
下面是OSI模型的七个层次:1.物理层:负责传输比特流,处理硬件的物理接口以及基本的电信号传输。
2.数据链路层:负责可靠传输数据帧,增加了流控制和差错检测等功能。
3.网络层:负责将数据分组(通常称为数据包或数据报)从源主机传输到目标主机,进行路径选择和数据包转发。
4.传输层:负责建立端到端的连接,提供数据传输的可靠性和流量控制。
5.会话层:负责建立、管理和终止不同计算机之间的会话。
6.表示层:负责数据的格式转换、加密和压缩等安全性和可读性相关的功能。
7.应用层:为用户提供各种网络应用程序,例如电子邮件、远程登录和文件传输等。
每个层次在进行通信时只与相邻的上下层进行交互,通过协议进行数据的传递和控制。
TCP/IP模型除了OSI模型外,另一个常用的计算机网络体系结构是TCP/IP模型。
TCP/IP模型是实际应用中最常见的网络体系结构,它是互联网的基础。
TCP/IP模型将计算机网络分为四个层次:1.网络接口层:负责通过物理媒介(例如以太网)传输数据,处理硬件寻址和数据包的物理传输。
2.网际层:负责将数据包从源主机传输到目标主机,进行路由选择和数据包转发。
3.运输层:负责建立端到端的连接,提供数据传输的可靠性和流量控制。
4.应用层:为用户提供各种网络应用程序,例如HTTP、FTP和DNS等。
与OSI模型相比,TCP/IP模型将会话层、表示层和应用层合并到了单一的应用层中。
osi七层模型的分层结构OSI(开放系统互联)七层模型是国际标准化组织(ISO)制定的网络协议体系结构,用于规范计算机网络的设计和实现。
该模型将网络通信分为七个不同的层次,每一层都有其特定的功能和责任。
以下是对OSI七层模型的分层结构的详细说明:1. 物理层(Physical Layer):物理层是整个网络通信的起点,它是处理网络硬件和传输介质的层次。
在物理层中,传输的是比特流(0和1)的电子信号,主要用于传输数据。
在物理层中,主要的设备包括网线、光纤、集线器等。
这一层主要关注的是信号的传输速率和物理连接的形式,并不关心数据包的内部结构。
2. 数据链路层(Data Link Layer):数据链路层提供了通过物理连接进行数据传输的功能。
它负责将比特流转换为数据帧,并在传输过程中进行差错检测和纠正。
数据链路层主要分为两个子层:逻辑链路控制(LLC)子层和介质访问控制(MAC)子层。
逻辑链路控制子层负责建立和维护链路的逻辑连接,而介质访问控制子层负责调度数据帧的传输,以及解决多个设备同时访问网络的冲突问题。
3. 网络层(Network Layer):网络层负责将数据包从源主机传输到目标主机。
它通过路由选择算法来确定数据包的传输路径,并对数据包进行分组和寻址。
网络层中最重要的协议是Internet协议(IP),它是整个互联网通信的基础。
网络层还提供了一些其他的功能,如流量控制、拥塞控制、分片和重组等。
4. 传输层(Transport Layer):传输层主要负责端到端的数据传输和可靠性保证。
它处理端口号、会话管理、流量控制以及错误恢复等功能。
在传输层中,最常用的协议是传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。
TCP提供了可靠的数据传输服务,确保数据包的有序性、完整性和可靠性;而UDP提供了不可靠的数据传输服务,适用于实时性要求较高的应用。
5. 会话层(Session Layer):会话层主要负责建立、管理和终止会话。
网络中的七层模型、五层模型、四层模型一:ISO 七层模型OSI模型有7层结构,每层都可以有几个子层。
70年代以来,国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构,但它们都属于专用的。
为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信,以便在更大的范围内建立计算机网络,有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准。
国际标准化组织ISO 于1981年正式推荐了一个网络系统结构----七层参考模型,叫做开放系统互连模型(Open System Interconnection,OSI)。
由于这个标准模型的建立,使得各种计算机网络向它靠拢, 大大推动了网络通信的发展。
下面我简单的介绍一下这7层及其功能。
OSI的7层从上到下分别是:7 应用层6 表示层5 会话层4 传输层3 网络层2 数据链路层1 物理层其中高层,既7、6、5、4层定义了应用程序的功能,下面3层,既3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。
(1)应用层:与其他计算机进行通讯的一个应用,它是对应应用程序的通信服务的。
例如,一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码,从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。
但是,如果添加了一个传输文件的选项,那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。
示例:telnet,HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。
(2)表示层:这一层的主要功能是定义数据格式及加密。
例如,FTP允许你选择以二进制或ASCII 格式传输。
如果选择二进制,那么发送方和接收方不改变文件的内容。
如果选择ASCII格式,发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。
在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。
示例:加密,ASCII等。
(3)会话层:他定义了如何开始、控制和结束一个会话,包括对多个双向小时的控制和管理,以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用,从而使表示层看到的数据是连续的,在某些情况下,如果表示层收到了所有的数据,则用数据代表表示层。
计算机网络体系层次结构的划分计算机网络系统是独立的计算机通过已有通信系统连接形成的,其功能是实现计算机的远程访问和资源共享。
因此,计算机网络的问题主要是解决异地独立工作的计算机之间如何实现正确、可靠的通信,计算机网络分层体系结构模型正是为解决计算机网络的这一关键问题而设计的。
分层的原则计算机网络体系结构的分层思想主要遵循以下几点原则:1.功能分工的原则:即每一层的划分都应有它自己明确的与其他层不同的基本功能。
2.隔离稳定的原则:即层与层的结构要相对独立和相互隔离,从而使某一层内容或结构的变化对其他层的影响小,各层的功能、结构相对稳定。
3.分支扩张的原则:即公共部分与可分支部分划分在不同层,这样有利于分支部分的灵活扩充和公共部分的相对稳定,减少结构上的重复。
4.方便实现的原则:即方便标准化的技术实现。
层次的划分计算机网络是计算机的互连,它的基本功能是网络通信。
网络通信根据网络系统不同的拓扑结构可归纳为两种基本方式:第一种为相邻结点之间通过直达通路的通信,称为点到点通信;第二种为不相邻结点之间通过中间结点链接起来形成间接可达通路的通信,称为端到端通信。
很显然,点到点通信是端到端通信的基础,端到端通信是点到点通信的延伸。
点到点通信时,在两台计算机上必须要有相应的通信软件。
这种通信软件除了与各自操作管理系统接口外,还应有两个接口界面:一个向上,也就是向用户应用的界面;一个向下,也就是向通信的界面。
这样通信软件的设计就自然划分为两个相对独立的模块,形成用户服务层US和通信服务层CS两个基本层次体系。
端到端通信链路是把若干点到点的通信线路通过中间结点链接起来而形成的,因此,要实现端到端的通信,除了要依靠各自相邻结点间点到点通信联接的正确可靠外,还要解决两个问题:第一,在中间结点上要具有路由转接功能,即源结点的报文可通过中间结点的路由转发,形成一条到达目标结点的端到端的链路;第二,在端结点上要具有启动、建立和维护这条端到端链路的功能。