通信互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識點(diǎn)精講之網(wǎng)絡(luò)分層模型

       下面是由希賽小編整理的通信互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識點(diǎn)精講之網(wǎng)絡(luò)分層模型，希望能幫助學(xué)友們。具體內(nèi)容如下：

       網(wǎng)絡(luò)分層模型

       網(wǎng)絡(luò)分層的一些基本概念，本節(jié)將介紹兩種具體的網(wǎng)絡(luò)分層參考模型：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定的開放系統(tǒng)互連參考模型(OpenSystemInterconnectionReferenceModel,OSI/RM)和TCP/IP參考模型。

       OSI參考模型

       1.OSI參考模型概述

       開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM)是一個開放式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)模型?！伴_放”表示任何兩個遵守了參考模型及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都可以進(jìn)行互連。這個模型定義了異種計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)間的互連。之所以提出這樣一個參考模型，是由于在1974年IBM公司提出了世界上第一個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(SystemNetworkArchitecture,SNA)之后，各廠商紛紛提出自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。為了避免各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)之間在互連、互操作和可移植性方面可能出現(xiàn)的問題，ISO在1978年提出了OSI/RM.此標(biāo)準(zhǔn)在1983年成為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)。遵循這個標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)可以和其他任何遵守該標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進(jìn)行通信。因此稱其為“開放”系統(tǒng)互連參考模型。

       OSI參考模型僅僅提出了對于系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)、服務(wù)定義(ServiceDefinition)和協(xié)議規(guī)格說明(ProtocolSpecification)的描述，并沒有提出任何具體協(xié)議，也沒有給出任何具體的實(shí)現(xiàn)方法。因此實(shí)現(xiàn)這樣一個參考模型時(shí)，還需要對具體的協(xié)議和實(shí)現(xiàn)協(xié)議的具體辦法進(jìn)行研究。這是一個非常龐雜的任務(wù)，到目前為止，世界上還沒有任何一個廠商或者組織真正實(shí)現(xiàn)了這個參考模型。事實(shí)上，這個參考模型具有雙重意義，它為人們研究相關(guān)的協(xié)議提供了一個很好的參考，但是從另外一個意義上講，過分關(guān)注這個模型可能會使人們的研究走入困境。也正因?yàn)槿绱?，人們提到網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時(shí)都要說到七層模型，但實(shí)際中使用的標(biāo)準(zhǔn)卻不是這個七層模型，而是TCP/IP參考模型。

       OSI參考模型對系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范三個方面進(jìn)行了定義。它定義了一個七層模型，用以進(jìn)行進(jìn)程間的通信，并作為一個框架來協(xié)調(diào)各層標(biāo)準(zhǔn)的制定：OSI的服務(wù)定義描述了各層所提供的服務(wù)，以及層與層之間的抽象接口和交互用的服務(wù)原語：OSI各層的協(xié)議規(guī)范精確地定義了應(yīng)當(dāng)發(fā)送何種控制信息以及應(yīng)該通過何種過程對此控制信息進(jìn)行解釋。

       (1)七層結(jié)構(gòu)。OSI/RM將系統(tǒng)分成了七層，從下到上分別為物理層(PhysicalLayer,PH)、數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer,DL)、網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer,N)、傳輸層(TransportLayer,T)、會話層(SessionLayer.S)、表示層(PresentationLayer,P)和應(yīng)用層(ApplicationLayer,A)，如圖3-2所示。

       (2)數(shù)據(jù)傳遞過程。分層模型是對系統(tǒng)功能進(jìn)行的抽象劃分，那么，系統(tǒng)中兩臺主機(jī)之間的信息又是如何通過這些分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行流通的呢?在介紹每層的具體功能之前，先介紹分層模型中數(shù)據(jù)的傳遞過程。

       ①OSI中使用的數(shù)據(jù)單元。在OSI參考模型中用到的數(shù)據(jù)單元有如下幾種。

       服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ServiceDataUnit,SDU)：指第iV層中等待傳送和處理的數(shù)據(jù)單元。

       協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ProtocolDataUnit,PDU)：指同等層水平方向上傳送的數(shù)據(jù)單元。

       接口數(shù)據(jù)單元(InterfaceDataUnit,IDU)：指在相鄰層接口之間傳送的數(shù)據(jù)單元，它是由SDU和一些控制信息組成的。

       ②數(shù)據(jù)傳遞過程。如圖3-3所示，數(shù)據(jù)在發(fā)送端從上到下逐層傳遞，在傳遞過程中，每層都要加上適當(dāng)?shù)目刂菩畔?頭部)，即圖中的AH、PH、SH、TH、NH、DH及DT(數(shù)據(jù)鏈路層加的尾部)。到物理層轉(zhuǎn)換成為由“0”、“I”組成的比特流，然后轉(zhuǎn)換為電信號在物理介質(zhì)上傳輸至接收端。在接收端逐層向上傳遞時(shí)，過程正好相反，要逐層剝?nèi)グl(fā)送端相應(yīng)層加上的頭部控制信息。對任意一層來說，都不會收到其下各層的控制信息，而其上各層的控制信息對它來說只是透明的數(shù)據(jù)，所以它只需將本層的控制信息剝離出來，并按照信息指示進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議操作即可。

       2.各層功能概述

       (1)物理層。物理層是數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE,希望通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連的設(shè)備，即入網(wǎng)設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、終端等)和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE,網(wǎng)絡(luò)中含有的通信設(shè)備，即網(wǎng)內(nèi)設(shè)備，包括通信處理機(jī)等)之間的接口。物理層定義了建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。其目的是在物理介質(zhì)上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特流。

       機(jī)械特性：接口部件的尺寸、規(guī)格、插腳數(shù)和分布等。

       電氣特性：接口部件的信號電平、阻抗、傳輸速率等。

       功能特性：接口部件信號線(數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線等)的用途。

       規(guī)程特性：接口部件的信號線建立、維持、釋放物理連接和傳輸比特流的時(shí)序。

       物理層要實(shí)現(xiàn)實(shí)體之間的按位傳輸，保證按位傳輸?shù)恼_性，并向數(shù)據(jù)鏈路層提供透明的比特流傳輸。但物理層僅僅負(fù)責(zé)將比特流從一臺計(jì)算機(jī)傳輸?shù)搅硪慌_計(jì)算機(jī)，并不關(guān)心這些比特的含義。

       物理介質(zhì)可以選擇光纖、同軸電纜、雙絞線、紅外線等。介質(zhì)的選擇主要取決于用戶需要以多快的速率將數(shù)據(jù)傳輸多遠(yuǎn)。

       (2)數(shù)據(jù)鏈路層，物理層的目的是提供可靠的比特流傳輸，不考慮這些比特之間的聯(lián)系，以及所傳輸數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。因而在物理層中無法解決數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生的異常情況、差錯控制和恢復(fù)以及信息格式等問題。數(shù)據(jù)鏈路層是建立在物理層基礎(chǔ)上的，通過使用物理層提供的服務(wù)，建立通信聯(lián)系，將比特流組織成名為幀的協(xié)議數(shù)據(jù)單元進(jìn)行傳輸。幀中除了包含上層傳遞來的數(shù)據(jù)之外，還包括一些地址、控制以及校驗(yàn)碼信息。兩個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)鏈路層通過這些控制信息，實(shí)現(xiàn)停止等待協(xié)議和窗口等流景控制機(jī)制和差錯處理機(jī)制，對物理設(shè)備的傳輸速率進(jìn)行匹配，在比特流傳輸?shù)幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)間的可靠數(shù)據(jù)傳輸。

       IEEE將數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)一步劃分成了兩個子層(參見第4章)：介質(zhì)訪問控制(MAC)子層和邏輯鏈路控制(LLC)子層?這兩個子層分擔(dān)了數(shù)據(jù)鏈路層的功能。其中，LLC子層與網(wǎng)絡(luò)層相鄰，是MAC子層的上一層。LLC子層具有差錯控制、流量控制等功能，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的可靠傳輸。MAC子層主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)共享信道的動態(tài)分配，控制和管理信道的使用，保證多個用戶能向共享信道發(fā)送數(shù)據(jù)，并能從共享信道中識別并正確接收到發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)。

       (3)網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)鏈路層只實(shí)現(xiàn)了相鄰節(jié)點(diǎn)間的可靠通信，而源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的信息通道往往是由很多中間節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，在這種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中使用適當(dāng)?shù)穆酚蛇x擇算法為數(shù)據(jù)選路，建立邏輯鏈路進(jìn)行分組傳輸，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連則是網(wǎng)絡(luò)層的功能。另外，為了避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，還要對流入的分組數(shù)量進(jìn)行控制。當(dāng)分組要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達(dá)目的地時(shí)，還要解決網(wǎng)際互連的問題。

       對路由選擇算法的基本要求是正確、簡單、健壯、穩(wěn)定和公平。擁塞控制首先是要通過選擇適當(dāng)?shù)穆酚伤惴?，防止大量信息堆積在一條鏈路上，延誤信息的傳遞：同時(shí)如果信息堆積過多，還要考慮通過丟棄部分分組等方式減少信息的擁塞量。

       物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層是七層協(xié)議的基礎(chǔ)層次，也是目前最為成熟的三個層次。無論是在廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)上，都是以這幾個層次為基礎(chǔ)的。它們主要是面向數(shù)據(jù)通信的，因此基于這三層通信協(xié)議構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通常被稱為通信網(wǎng)絡(luò)或通信子網(wǎng)。

       (4)傳輸層。在網(wǎng)絡(luò)層，可能產(chǎn)生整包的數(shù)據(jù)差錯，無法保證端到端傳輸?shù)目煽啃?。傳輸層則通過對數(shù)據(jù)單元錯誤、數(shù)據(jù)單元次序以及流量控制等問題的處理為用戶提供了可靠的端到端服務(wù)。傳輸層處于分層結(jié)構(gòu)體系高低層之間，是高低層之間的接口，是非常關(guān)鍵的一層。

       為了實(shí)現(xiàn)可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸，傳輸層主要采用了以下技術(shù)手段。

       分流技術(shù)：利用多條網(wǎng)絡(luò)連接來支持一條信道的數(shù)據(jù)傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，使得具有低吞吐量、低速率和高傳輸延遲的網(wǎng)絡(luò)能夠滿足高速數(shù)據(jù)的傳輸要求。

       復(fù)用技術(shù)：將多條信道上的數(shù)據(jù)匯集到一條網(wǎng)絡(luò)連接上傳輸，使得具有高吞吐量、高速率和低傳輸延遲、高費(fèi)用的網(wǎng)絡(luò)能夠支持用戶的低傳輸成本要求。

       差錯檢測與恢復(fù)：使差錯率較高的網(wǎng)絡(luò)能夠滿足用戶對高可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

       流量控制：對連續(xù)傳輸?shù)目ёh數(shù)據(jù)單元個數(shù)進(jìn)行限制，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。

       (5)會話層。會話層是進(jìn)程一進(jìn)程間的通信協(xié)議，主要功能是組織和同步不同主機(jī)上各種進(jìn)程間的通信。會話層負(fù)責(zé)在兩個會話層實(shí)體之間進(jìn)行對話連接的建立和拆除。為了建立會話，該層執(zhí)行了名稱及用戶權(quán)限識別功能。

       (6)表示層。表示層在網(wǎng)絡(luò)需要的格式和計(jì)算機(jī)可處理的格式之間進(jìn)行數(shù)據(jù)翻譯。表示層執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)翻譯、壓縮與加密、字符轉(zhuǎn)換以及圖形命令的解釋功能。

       應(yīng)用層。應(yīng)用層包含利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的應(yīng)用程序進(jìn)程以及應(yīng)用程序接口(API)。應(yīng)用層提供的服務(wù)包括文件服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、電子郵件及其他網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)。

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