通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)休系結(jié)構(gòu)

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　　2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)休系結(jié)構(gòu)
大多數(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用層次結(jié)構(gòu)，即將一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為若干層次,處在高層次 的系統(tǒng)只是利用較低層次的系統(tǒng)提供的接口和功能，不需了解低層實(shí)現(xiàn)該功能所采用的算 法和協(xié)議;較低層次也僅是使用從高層次系統(tǒng)傳送來的參數(shù).這也就是層次間的無關(guān)性。因 為有了這種無關(guān)性，層次間的每個(gè)模塊都可以用一個(gè)新的模塊取代，只要新的模塊與舊的模 塊具有相同的功能和接口，哪怕它們使用的算法和協(xié)議都不一樣。
網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是一組標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，用來描述和定義計(jì)算機(jī)設(shè)備和其他設(shè)備如 何連接在一起以形成一個(gè)允許用戶共李信息和資源的通信系統(tǒng)。只要遵循這組標(biāo)準(zhǔn)或規(guī) 范，便可以很方便地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的互連和通信。換句話說.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)只是從功能上 描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，而不涉及每層硬件或軟件的組成.也不涉及這些硬件或軟件的實(shí)現(xiàn) 問題。由此看來，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是抽象的。
世界上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是在1974年由IBM公司提出的“系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) (SNA)”。之后，許多公司紛紛提出了各自的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如DEC的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) (DNA)。所有這些體系結(jié)構(gòu)都屬于專用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，雖然采用了分層技術(shù)，但層次的劃 分、功能的分配及采用的技術(shù)均不相同。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，不同結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連 已成為人們迫切需要解決的問題。在這個(gè)前提下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO>定義的開放系統(tǒng) 互連參考模型OSI就提出來了。理論上講，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是開放的，應(yīng)該可以向廠商們提供設(shè) 計(jì)與其他廠商產(chǎn)品具有協(xié)作能力的軟件和硬件的途徑。然而,OSI模銦還保持在模型階段. 它并不是一個(gè)已經(jīng)被完全接受的國際標(biāo)準(zhǔn)。考慮到大tt現(xiàn)存的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，許多廠商只 能簡單地決定支持許多在工業(yè)界使用的不同協(xié)議.而不是僅僅接受一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。目前TCP/ IP體系結(jié)構(gòu)使用最廣泛，已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。
在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，分層結(jié)構(gòu)是最基本的層次體系結(jié)構(gòu)。因?yàn)榉謱哟蔚捏w系結(jié)構(gòu)有助 于很好地理解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。一般的分層原則為：
各層相對(duì)獨(dú)立，某一層的內(nèi)部變化不會(huì)影響到另外的一層；
層次數(shù)應(yīng)適中，不應(yīng)過多，也不宜太少；
每層完成特定的功能，類似功能盡量集中在同一層中實(shí)現(xiàn)；
下層對(duì)上層提供的服務(wù)與下層如何完成無關(guān)；
相鄰兩層之間的接口有利于標(biāo)準(zhǔn)化工作；
不同節(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的通信。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多種類型的計(jì)算機(jī)和終端通過通信線路連接起來的復(fù)合系統(tǒng)，這些計(jì) 算機(jī)和終端就是通常所說的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間需要不斷地交換數(shù)據(jù)和控制信 息。要做到信息的正確傳輸，就要求信息的內(nèi)容、格式、傳輸順序等有一整套的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)和 約定，這些為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：
語法
協(xié)議的語法規(guī)定了將若干個(gè)協(xié)議元素和數(shù)據(jù)組合在一起來表達(dá)一個(gè)更完整的內(nèi)容時(shí)所 應(yīng)遵循的格式，亦即對(duì)所表達(dá)內(nèi)容的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的一種規(guī)定。
　　語義
協(xié)議的語義是指對(duì)構(gòu)成協(xié)議的協(xié)議元素含義的解釋，不同類型的協(xié)議元素規(guī)定了通信 雙方所要表達(dá)的不同內(nèi)容。例如，在基本型數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議中，規(guī)定協(xié)議元素SOH的語 義表示所傳輸報(bào)文的報(bào)頭開始;而協(xié)議元素ETX的語義則表示正文結(jié)束。
時(shí)序
協(xié)議的時(shí)序指規(guī)定事件的執(zhí)行順序。例如，在雙方通信時(shí),首先由源站發(fā)送一份數(shù)據(jù)報(bào) 文，如果目標(biāo)站收到的是正確的報(bào)文，就應(yīng)遵循協(xié)議規(guī)則，利用協(xié)議元素ACK來回答對(duì)方， 以使源站知道其所發(fā)出的報(bào)文已被正確接收；如果目標(biāo)站收到的是一份錯(cuò)誤的報(bào)文，就應(yīng)遵 循規(guī)則用NAK元素做出回答，以要求源站重發(fā)剛剛發(fā)過的報(bào)文。由此可見，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)質(zhì) 上是實(shí)體間通信時(shí)所使用的一種語言。
在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中.每一層都是由一些實(shí)體組成，這些實(shí)體抽象地表示了通信時(shí)的 軟件元素（例如進(jìn)程或子進(jìn)程)或硬件元素（例如智能I/O芯片等）。也可以說，實(shí)體是通信 時(shí)能發(fā)送和接收信息的任何軟、硬件設(shè)備。我們將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層及其協(xié)議的集合稱為 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（CNA，Computer Network Architecture)。具體地說，網(wǎng)絡(luò)的體系 結(jié)構(gòu)是關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)置哪幾層，每個(gè)層次又能提供哪些功能的精確定義，至于這些功 能應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)，則不屬于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)部分。
TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)自20年前確定后一直沿用至今，為Internet的發(fā)展壯大做出 了巨大貢獻(xiàn)，成為Internet事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)?；赥CP/IP協(xié)議的Internet遵循“端到端的原 則”，也就是說,Internet的網(wǎng)絡(luò)層只提供不可靠的傳輸服務(wù)，而應(yīng)用要求的可靠性和安全性 等由端系統(tǒng)自己來實(shí)現(xiàn)?這樣可以大大簡化Internet本身的復(fù)雜度。TCP/IP協(xié)議與OSI 七層協(xié)議的關(guān)系如圖2-1所示。
圖2-1 OSI體系結(jié)構(gòu)與TCP/IP體系結(jié)構(gòu)20年的實(shí)踐證明這種結(jié)構(gòu)是非常成功的，但隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益擴(kuò)大，一些局限性也開 始顯現(xiàn)出來。如網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日漸龐大而且復(fù)雜，使得網(wǎng)絡(luò)管理、資源配置、故障定位變得越來 越困難；又如，新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層出不窮，它們需要新的協(xié)議和服務(wù)的支持,而網(wǎng)絡(luò)中的傳輸節(jié) 點(diǎn)（包括路由器和交換機(jī)等設(shè)備〉的功能相對(duì)固定，導(dǎo)致協(xié)議和服務(wù)的推出始終無法跟上應(yīng) 用需求的步伐。在這種背景下,人們認(rèn)為需要在傳統(tǒng)Internet體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究新的 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

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