2018通信交換技術(shù)知識點之計算機網(wǎng)絡(luò)各層的功能

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       計算機網(wǎng)絡(luò)各層的功能

       根據(jù)多個計算機網(wǎng)絡(luò)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)、發(fā)展和運行的經(jīng)驗，將復雜的計算機網(wǎng)絡(luò)的功能分為五層是比較適當?shù)?。這五層，從上往下，分別是應用層、運輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

       （1）物理層

       物理層的任務(wù)就是利用物理信道透明地傳輸比特流。在物理層上所傳數(shù)據(jù)的基本單位是比特。傳輸信息利用的物理信道是以雙絞線、同軸電纜、光纖、微波無線電等傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通路。

       “透明”是一個很重要的概念。它表示，某一個實際存在的事物看起來好像不存在一樣?！巴该鞯貍鬏敱忍亓鳌北硎窘?jīng)實際信道可以傳輸任意的比特組合，因而比特流的發(fā)送者和接收者就“看不見”這個信道的存在。當然，實際信道對所傳輸?shù)男盘柺怯袚p傷的，其中最主要的損傷是信號波形發(fā)生畸變和加人了噪聲，從而引起傳輸比特發(fā)生差錯。物理層的任務(wù)就是要通過信號處理來盡可能地減小這些損傷，達到“透明”傳輸。在通信原理課程中所講的基帶傳輸、調(diào)制解調(diào)、定時同步、糾錯編碼等內(nèi)容都屬于物理層要采用的技術(shù)。

       （2）數(shù)據(jù)鏈路層

       數(shù)據(jù)鏈路層的基本任務(wù)是在兩個相鄰節(jié)點之間的鏈路上實現(xiàn)以幀（Frame)為單位的“無誤”數(shù)據(jù)傳輸。幀有兩種類型：數(shù)據(jù)幀和控制幀。數(shù)據(jù)幀包含數(shù)據(jù)和必要的控制信息；控制幀主要包含控制信息，但也可搭載少童數(shù)據(jù)信息。在每一偵所包括的控制信息中，有用于幀同步、尋址、差錯控制以及流最控制等的信息。

       數(shù)據(jù)鏈路層的具體功能包括鏈路連接控制、差錯控制和流量控制等。鏈路層可為上一層提供兩種服務(wù)方式，面向連接方式和無連接方式。鏈路連接控制只在有連接方式下采用。

       為了保證“無誤”傳輸，鏈路層的差錯控制（ErrorControl)對于許多信道是必要的。差錯控制的基本方法是檢錯重傳（ARQ),即在傳送數(shù)據(jù)過程中，若接收點檢測到所收到的數(shù)據(jù)幀中有差錯，就要設(shè)法通知發(fā)方重發(fā)，直到這一幀被正確無誤地收到為止。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層就把一條有可能出差錯的實際鏈路，轉(zhuǎn)變成為讓網(wǎng)絡(luò)層向下看起來好像是一條不出差錯的鏈路。當然，實際上即使經(jīng)過ARQ,仍然會存在剩余差錯，但差錯率已變得非常小，以至于可近似看作“無誤”。在采用光纖鏈路的條件下，因為光纖傳輸?shù)牟铄e率非常?。ㄍǔＰ∮?-9),鏈路層的差錯控制功能可以取消。

       流量控制是為了實現(xiàn)傳輸速率的適配，保證數(shù)據(jù)發(fā)送速率不會超過接收點能夠接受的程度，即保證接收數(shù)據(jù)緩沖器不發(fā)生溢出。在具體實現(xiàn)時流量控制和差錯控制往往結(jié)合進行。

       （3）網(wǎng)絡(luò)層

       網(wǎng)絡(luò)層的基本任務(wù)是將數(shù)據(jù)從源（節(jié)）點傳送到目的（節(jié)）點。在源點與目的點（或稱終點）之間可能要經(jīng)過許多個節(jié)點和鏈路，還可能要經(jīng)過好幾個不同的子網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)傳送的基本單位是分組，又稱為包。因此，網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是實現(xiàn)分組交換，即根據(jù)分組首部所提供的尋址信息，選擇合適的路由，使數(shù)據(jù)分組經(jīng)過沿途節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)準確無誤地到達終點。

       網(wǎng)絡(luò)層為它的上一層提供面向連接的服務(wù)或無連接的服務(wù)。在面向連接的方式下，在數(shù)據(jù)分組流開始傳送之前，要先建立從源點到目的點之間的通路連接，即確定這一批分組的路由，然后這些分組就遵循相同的路由，按照一定的順序到達終點。在無連接的方式下，各個數(shù)據(jù)分組獨立選擇路由，因而可能經(jīng)過不同的路由到達終點。

       (4）運輸層

       這一層曾有過幾個譯名，如傳送層、傳輸層。現(xiàn)在比較一致的意見是譯為運輸層。在運輸層，信息的傳送單位是報文（Message)。當報文較長時，先要把它分割成若干段，然后再交給下一層（網(wǎng)絡(luò)層）進行傳送。運輸層的基本任務(wù)是實現(xiàn)主機進程到主機進程之間的信息傳送。為此，就要根據(jù)通信子網(wǎng)的特性最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠和經(jīng)濟的方式，透明地傳送報文。運輸層向上一層提供面向連接的可靠數(shù)據(jù)傳送服務(wù)或無連接非可靠的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，可以根據(jù)應用層的需要選擇使用。為了實現(xiàn)可靠傳送，運輸層要完成靖到端的連接控制、差錯控制、流量控制和擁塞控制等功能。

       (5）應用層

       應用層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的較高層。應用層確定進程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要(這反映在用戶所產(chǎn)生的服務(wù)請求）。應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理（UserAgent),來完成一些為進行語義上有意義的信息交換所必須的功能。應用層直接為用戶的應用進程提供服務(wù)。需要注意的是，應用層協(xié)議并不是解決用戶各種具體應用的協(xié)議。典型的應用層協(xié)議有支持文件傳送的FTP協(xié)議、支持電子郵件的SMTP協(xié)議、支持萬維網(wǎng)（WWW)的HTTP協(xié)議。

       運輸層和應用層的功能只在主機或端系統(tǒng)中完成。在通信子網(wǎng)內(nèi)的各個交換節(jié)點以及連接各子網(wǎng)的路由器中，都沒有運輸層和應用層。在運輸層以上就不再關(guān)心信息傳輸?shù)膯栴}了。

       在上述五層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，應用層和運輸層合稱為髙層；相應地，網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合稱為低層。主機或端系統(tǒng)要完成所有各層的功能；而通信子網(wǎng)的各個節(jié)點和子網(wǎng)之間的路由器中只需完成低層功能。

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