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计算机网络体系结构

互联网 diligentman 3小时前 1次浏览

目录

一、为什么提出计算机网络体系结构

二、OSI体系结构、TCP/IP体系结构

​​

三、原理体系结构

物理层

数据链路层

网络层

运输层

应用层


一、为什么提出计算机网络体系结构

计算机之间的相互通信需要有通信内容、接收方所在网络地址、该网络内的地址、校验码等多种内容。若现在计算机A想访问某个网址就要请求服务器B,服务器B接受请求并发送内容,这其中至少有2次通信,每次通信都要填写一次内容、地址、校验码等信息,但是实际上只有内容是改变的,为减少冗余,则提出了分层结构。分层后可以将庞大而复杂的问题,转化为若干个较小的局部问题,而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理。举个例子,假设现在其分为了4层(并非实际分层),第一层是要通信的内容,第二层

是填写接收方的网络地址及网络内部的地址,第三层填写校验码,第四层解决传输介质对应的01转化。如此A与B的每次通信只需要修改第一层的通信内容,至于之后的地址之类的信息,则无需填写了,也就是说你无需知道内部的具体实现(详细的通信过程)。

二、OSI体系结构、TCP/IP体系结构

OSI体系结构,意为开放式系统互联
。国际标准组织
制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工作分为7层,从下到上分别为物理层数据链路层网络层运输层表示层会话层应用层。可以说是法律上的国际标准。虽然OSI体系结构已经制定,但因特网从1983年开始使用TCP/IP协议族,并逐步演变成TCP/IP参考模型,该模型是一个四层体系结构的模型,从下到上分别为网络接口层网际层运输层应用层。由于因特网当时占据的多数的市场,使得该模型成为了事实上的国际标准(在过去制定标准的组织中往往以专家和学者为主,但由于许多公司纷纷挤进各种各样的标准化组织,使得技术标准有着非常浓厚的商业性)。

计算机网络体系结构 OSI失败的原因:

1.OSI制定的专家学者缺乏实际经验,在完成OSI标准时没有商业驱动力。

2.OSI协议实现起来过分复杂,而且运行效率很低。

3.OSI标准制定周期过长。

4.OSI的一些层次划分不太合理,有些内容在多个层次中重复出现

TCP/IP结构详解:

由于TCP/IP的网络接口层并没有规定什么具体内容,这样的目的是可以互联全世界各种不同的的网络接口。如有限的以太网接口、无线的WiFi接口,并不限定使用一种或几种接口,因此本质上TCP/IP协议只有上面的三层。IP协议可以将不同的网络接口进行互联,并向其上的TCP、UDP协议提供网络互联服务。TCP协议在享受IP协议提供网络互联服务基础上,可以向应用层的相应协议提供可靠传输服务;UDP协议在享受IP协议提供网络互联服务基础上,可以向应用层的相应协议提供不可靠传输服务。IP协议作为TCP/IP协议中的核协议,一方面互联不同的网络接口,也就是IP over everything,另一方面为各种网络应用提供服务,也就是everything over IP.

计算机网络体系结构

 由于要互联各种不同的网络接口,导致TCP/IP协议并能没有规定详细的网路接口层的协议,对于学习完整的网络结构会缺少一部分内容,由此有了5层体系结构的原理体系结构从下到上为物理层数字链路层网络层运输层应用层

三、原理体系结构

物理层

将一个一个比特从一个结点移动到下一个结点,在这层中的协议仍然是链路相关的,并且进一步与该链路的实际传输媒体相关。主要解决:

1、解决采用怎样的传输介质(如:光纤、双绞线、同轴电缆等)
      严格的说传输截至并不属于物理层 

2、计算机上采用怎么样的物理接口(如RJ45接线头、USB)

3、使用怎么样的信号来表示比特0和比特1(如光信号、方波信号)

数据链路层

数据链路层主要是为了将分组从一个结点移动到另一个结点。假设我们已经完成了物理层,可以在主机之间传输比特0和比特1。现以总线型网络为例。若主机A想传输信息给主机B,将会将信息传输到总线上,这时候所有的主机都会接收到该信息,但每个主机如何知道,这个信息是否是传输给自己的呢?这就需要标识网络中的主机。标识主机之后,又引发一个问题,主机如何从信号所表示的一串比特流中区分地址和数据?由于是总线型网络,很容易发生如下场景:主机A想传输信息给主机B,主机D也想传输信息给主机B,这就导致了总线上的信息碰撞,因此要协调各主机争用总线

计算机网络体系结构

值得一提的是,总线型网络基本已经淘汰,现在常用的是使用以太网交换机将多台主机互连形成的交换式以太网。

 计算机网络体系结构

 综上数据链路层主要解决的问题是:

1、标识网络中的主机

2、如何从信号所表示的一串比特流中区分地址和数据

3、协调各主机争用总线

网络层

网络层负责将称为数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。

如下图是一个由3个路由器和4个主句互连成的小型互联网,是因特网很小的一部分,若主机A下能向主机C传输信息,则会面临不知道如何找到主机C的问题,这时候我们就需要将标识各个网络(IP地址),如N1,N2…标识完之后,我们可以很快确定主机C位于网络N2中我们只需要将信息传输到N2即可完成信息传输(网络内的信息传输由数据链路层完成)。而将信息传输到N2需要路由器的中转,这就需要路由器进行适当的路由选择(路由表)。

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 1、主要解决问题如下:

1、标识网络及网络中的各主机(网络和主机共同编址问题)

2、路由器如何转发分组,如何进行路由选择

运输层

在网络层假设的情景下我们继续分析,如果此时实现了主机A传输消息到主机B,但此时主机B上同时运行了2个进程:进程1和进程2,那么这个信息是要交给进程1处理还是交给进程2处理。这就阿要求引出我们如何标识与网络通信相关的应用进程,进而解决进程之间网络通信的问题。另外如果传输过程中信息发生错误(0->11->0)或者由于路由器繁忙导致丢包这也是需要运输处理的。运输层主要解决问题如下:

1、如何解决进程之间基于网络通信的问题

2、出现传输错误如何处理

应用层

在运输层基础上,制定各种应用层协议,并按协议标准编写相应的应用程序,通过应用进程间的交互,来完成特定的网络应用

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