计算机网络体系结构

计算机网络是一个十分复杂的的系统，涉及到许多组成部分：

• 主机
• 路由器
• 各种链路
• 应用
• 服务
• 硬件与软件
• …

计算机网络的体系结构

• 从功能上 描述计算机网络结构
• 是分层结构
• 每层都遵循某个/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，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件

分层网络体系结构的基本概念

• 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，即两个对等实体之间的
• 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务，服务是“垂直”的，即下层向上层的
• 协议的实现保证了能够向上一层提供服务
• 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下层的协议的实现对上层的服务用户是透明的
• 上层使用服务原语获得下层所提供的服务

上图是三种计算机网络体系结构的示意图，本文简要地介绍具有五层协议的体系结构中，各层的主要功能

应用层(application layer)

应用层是体系结构中的域高层。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。这里的进程就是指主机中正在运行的程序。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。在互联网中的应用层协议很多，如域名系统DNS,支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，等等。我们把应用层交互的数据单元称为报文(message)。

运输层(transport layer)

运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。所谓“通用的”，是指并不针对某个特定网络应用，而是多种应用可以使用同一个运输层服务。由于一台主机可同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务，分用和复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
运输层主要使用以下两种协议：

• 传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol) 提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段(segment)。
• 用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol) 提供无连接的、尽最大努力(best-effort)的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报。

网络层(network layer)

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。本书把“分组”和“数据报”作 为同义词使用。
网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机。

数据链路层(data link layer)

数据链路层常简称为链路层。我们知道，两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing),在两个相邻结点间的链路上传送帧(frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等)。
在接收数据时，控制信息使接收端能够知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样，数据链路层在收到一个帧后，就可从中提取出数据部分，上交给网络层。
控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续在网络中传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正数据在数据链路层传输时出现的差错（这就是说，数据链路层不仅要检错，而且要纠错），那么就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链路层的协议复杂些。

物理层(physical layer)

在物理层上所传数据的单位是比特。发送方发送1 (或0)时，接收方应当收到1 (或 0)而不是0 (或1)。因此物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及接收方如何识 别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各引脚应如何连接。当然，解释比特代表的意思，就不是物理层的任务。请注意，传递信息所利用的 一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下面。因此也有人把物理层下面的物理媒体当作第0层。

• 未知全貌，不予置评