交換技術(shù)體系結(jié)構(gòu)原理分層類型

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1.分層
分層就是將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的子功能；每層完成一個(gè)子功能；下層為上層服務(wù)，上層是下層的用戶。前面已經(jīng)說(shuō)明了分層帶來(lái)的許多好處。分層時(shí)應(yīng)注意使每一層的功能非常明確，且層數(shù)要適當(dāng)。若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層或某些層的功能過(guò)千復(fù)雜；但層數(shù)太多了又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。
根據(jù)多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特別是互聯(lián)網(wǎng)（Intonet)的建設(shè)、發(fā)展和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，將復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能分為如圖5-3所示的五層是比較適當(dāng)?shù)?。這五層，從上往下，分別是應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

現(xiàn)在簡(jiǎn)單地介紹一下各層的主要功能。
1）物理層(PhysicalLayer)
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(wú)線電等傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路。
“透明”是一個(gè)很重要的概念。它表示，某一個(gè)實(shí)際存在的事物看起來(lái)好像不存在一樣?！巴该鞯貍鬏敱忍亓鳌北硎窘?jīng)實(shí)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(jiàn)”這個(gè)信道的存在。當(dāng)然，實(shí)際信道對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)是有損傷的，其中最主要的損傷是信號(hào)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(cuò)。物理層的任務(wù)就是要通過(guò)信號(hào)處理來(lái)盡可能地減小這些損傷，達(dá)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(shí)同步、糾錯(cuò)編碼等內(nèi)容都屬于物理層要采用的技術(shù)。
物理層要規(guī)定與信道（傳輸媒質(zhì)）的接口，包括接口的電氣特性、機(jī)械特性、功能特性和工作時(shí)序。例如，要規(guī)定用多大的電壓代表“1”或“0”，每個(gè)比特持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間；要確定連接電纜的插頭和插座用多少引腳，各引腳的用途及如何連接。
2）數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer)
數(shù)據(jù)鏈路層的基本任務(wù)是在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鏈路上實(shí)現(xiàn)以幀（Frame)為單位的“無(wú)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(cuò)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(cuò)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(wú)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(wú)誤”傳輸，鏈路層的差錯(cuò)控制（ErrorControl)對(duì)于許多信道是必要的。差錯(cuò)控制的基本方法是檢錯(cuò)重傳（ARQ),即在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中，若接收點(diǎn)檢測(cè)到所收到的數(shù)據(jù)幀中有差錯(cuò)，就要設(shè)法通知發(fā)方重發(fā)，直到這一幀被正確無(wú)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(cuò)的實(shí)際鏈路，轉(zhuǎn)變成為讓網(wǎng)絡(luò)層向下看起來(lái)好像是一條不出差錯(cuò)的鏈路。當(dāng)然，實(shí)際上即使經(jīng)過(guò)ARQ,仍然會(huì)存在剩余差錯(cuò)，但差錯(cuò)率已變得非常小，以至于可近似看作“無(wú)誤”。在采用光纖鏈路的條件下，因?yàn)楣饫w傳輸?shù)牟铄e(cuò)率非常小（通常小于1(T9),鏈路層的差錯(cuò)控制功能可以取消。
流量控制是為了實(shí)現(xiàn)傳輸速率的適配，保證數(shù)據(jù)發(fā)送速率不會(huì)超過(guò)接收點(diǎn)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(shí)現(xiàn)時(shí)流量控制和差錯(cuò)控制往往結(jié)合進(jìn)行。
3）網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer)
網(wǎng)絡(luò)層的基本任務(wù)是將數(shù)據(jù)從源（節(jié)）點(diǎn)傳送到目的（節(jié)）點(diǎn)。在源點(diǎn)與目的點(diǎn)（或稱終點(diǎn)）之間可能要經(jīng)過(guò)許多個(gè)節(jié)點(diǎn)和鏈路，還可能要經(jīng)過(guò)好幾個(gè)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（Packet〉，又稱為包。因此，網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是實(shí)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(guò)沿途節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)準(zhǔn)確無(wú)誤地到達(dá)終點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)層為它的上一層提供面向連接的服務(wù)或無(wú)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(diǎn)到目的點(diǎn)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(dá)終點(diǎn)。在無(wú)連接的方式下，各個(gè)數(shù)據(jù)分組獨(dú)立選擇路由，因而可能經(jīng)過(guò)不同的路由到達(dá)終點(diǎn)。
　　4）運(yùn)輸層（TransportLayer)
這一層曾有過(guò)幾個(gè)譯名，如傳送層、傳輸層?，F(xiàn)在比較一致的意見(jiàn)是譯為運(yùn)輸層。在運(yùn)輸層，信息的傳送單位是報(bào)文（Message)。當(dāng)報(bào)文較長(zhǎng)時(shí)，先要把它分割成若干段，然后再交給下一層（網(wǎng)絡(luò)層）進(jìn)行傳送。運(yùn)輸層的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)主機(jī)進(jìn)程到主機(jī)進(jìn)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(jì)的方式，透明地傳送報(bào)文。運(yùn)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(wú)連接非可靠的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，可以根據(jù)應(yīng)用層的需要選擇使用。為了實(shí)現(xiàn)可靠傳送，運(yùn)輸層要完成靖到端的連接控制、差錯(cuò)控制、流量控制和擁塞控制等功能。
5）應(yīng)用層（ApplicationLayer)
應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的較高層。應(yīng)用層確定進(jìn)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(qǐng)求）。應(yīng)用層不僅要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換和遠(yuǎn)地操作，而且還要作為互相作用的應(yīng)用進(jìn)程的用戶代理（UserAgent),來(lái)完成一些為進(jìn)行語(yǔ)義上有意義的信息交換所必須的功能。應(yīng)用層直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。需要注意的是，應(yīng)用層協(xié)議并不是解決用戶各種具體應(yīng)用的協(xié)議。典型的應(yīng)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(wàn)維網(wǎng)（WWW)的HTTP協(xié)議。
運(yùn)輸層和應(yīng)用層的功能只在主機(jī)或端系統(tǒng)中完成。在通信子網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)交換節(jié)點(diǎn)以及連接各子網(wǎng)的路由器中，都沒(méi)有運(yùn)輸層和應(yīng)用層。在運(yùn)輸層以上就不再關(guān)心信息傳輸?shù)膯?wèn)題了。
在上述五層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用層和運(yùn)輸層合稱為髙層；相應(yīng)地，網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合稱為低層。主機(jī)或端系統(tǒng)要完成所有各層的功能；而通信子網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)和子網(wǎng)之間的路由器中只需完成低層功能。

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