5 计算机网络体系结构

• 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
• 计算机网络体系结构简称网络体系结构
  (network architecture)是分层结构
• 每层遵循某个/些网络协议完成本层功能
• 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
• 体系结构是一个计算机网络的功能层次及其关系的定义
• 体系结构是抽象的

Q： 为什么使用分层模型？

• 结构清晰，有利于识别复杂系统的部件及其关系
• 分层的参考模型(reference model )模块化的分层易于系统更新、维护
  • 任何一层服务实现的改变对于系统其它层都是透明的
  • 例如，登机过程的改变并不影响航空系统的其它部分（层)
• 有利于标准化

• 实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
• 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合，协议是“水平的”。
• 任一层实体需要使用下层服务，遵循本层协议，实现本层功能，向上层提供服务，服务是“垂直的”。
• 下层协议的实现对上层的服务用户是透明的。
• 同系统的相邻层实体间通过接口进行交互，通过服务访问点SAP (Service Access Point)，交换原语，指定请求的特定服务。

OSI 参考模型

• 开放系统互连(OSI)参考模型是由国际标准化组织(ISO)于1984年提出的分层网络体系结构模型
• 目的是支持异构网络系统的互联互通
• 异构网络系统互连的国际标准
• 理解网络通信的最佳学习工具(理论模型)
  • 理论成功，市场失败
• 7层(功能）,每层完成特定的网络功能

Q：为什么需要数据封装？

A：增加控制信息

• 构造协议数据单元(PDU)
• 控制信息主要包括:
  • 地址（Address):标识发送端/接收端
  • 差错检测编码（Error-detecting code):用于差错检测或纠正
  • 协议控制( Protocol control):实现协议功能的附加信息，如:优先级( priority）、服务质量（QoS）、和安全控制等

物理层功能

• 接口特性
  • 机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
• 比特编码
• 数据率
• 比特同步
  • 时钟同步
• 传输模式
  • 单工(Simplex)
  • 半双工(half-duplex)
  • 全双工(full-duplex)

数据链路层功能

• 负责结点-结点(node-to-node）数据传输
• 组帧（(Framing)
• 物理寻址(Physical addressing)
  • 在帧头中增加发送端和/或接收端的物理地址标识数据帧的发送端和/或接收端
• 流量控制(Flow control)
  • 避免淹没接收端
• 差错控制(Error control)
  • 检测并重传损坏或丢失帧，并避免重复帧
• 访问(接入)控制(Access control)
  • 在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路（物理介质）控制使用权

网络层功能

• 负责源主机到目的主机数据分组(packet）交付
  • 可能穿越多个网络
• 逻辑寻址(Logical addressing)
  • 全局唯一逻辑地址，确保数据分组被送达目的主机，如 IP 地址
• 路由（Routing)
  • 路由器(或网关)互连网络，并路由分组至最终目的主机
  • 路径选择
• 分组转发

传输层功能

负责源-目的（端-端)(进程间)完整报文传输

• 分段与重组
• SAP寻址
  • 确保将完整报文提交给正确进程，如端口号

• 连接控制
• 流量控制
• 差错控制

会话层功能

• 对话控制(dialog controlling)
  • 建立、维护
• 同步(synchronization)
  • 在数据流中插入“同步点”
• 最“薄”的一层

表示层功能

• 处理两个系统间交换信息的语法与语义(syntax and semantics)问题`
• 数据表示转化
  • 转换为主机独立的编码
• 加密/解密
• 压缩/解压缩

应用层功能

• 支持用户通过用户代理（如浏览器）或网络接口使用网络（服务)
• 典型应用层服务:
  • 文件传输（FTP)
  • 电子邮件（SMTP)
  • Web (HTTP)

TCP/IP参考模型

五层参考模型

• 综合OSI和 TCP/IP的优点
• 应用层:支持各种网络应用
  • FTP,SMTP,HTTP
• 传输层:进程-进程的数据传输
  • TCP,UDP
• 网络层:源主机到目的主机的数据分组路由与转发
  • IP协议、路由协议等
• 链路层 : 相邻网络元素（主机、交换机、路由器等）的数据传输
  • 以太网(Ethernet） 、 802.11 (WiFi)、
    PPP
• 物理层：比特传输

五层模型的数据封装