2. 计算机网络体系结构与参考类型
2.1 计算机网络的分层结构
体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构。体系结构是计算机网络中的层次、各层的协议及层间接口的集合。体系结构是抽象的，而实现是真正运行的计算机硬件和软件
计算机网络体系结构分层的基本原则：
- 每层都实现一种相对独立的功能
- 各层之间界面自然清晰，易于理解
- 各层可以采用最合适的技术来实现
- 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
- 整个分层机构应能促进标准化工作
实体： 第n层中的活动元素通常称为第n层实体。具体来说，实体指任何可发送或接受信息的硬件或软件进程，通常是一个特定的软件模块。不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体
在计算机网络体系结构的各个层次中，每个报文都分为两个部分：一是数据部分，SDU；二是控制信息部分，PCI，共同组成PDU，成为下一层的SDU
服务数据单元（SDU）：为完成用户所要求的功能而应传送的数据
协议控制信息（PCI）：控制协议操作的信息
协议数据单元（PDU）：对等层次之间传送的数据单位
层次结构的含义包括以下几个方面：
- 第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自身定义的功能，还要向第n+1层提供本层的服务，该服务是第n层及其下面各层提供的服务总和
- 最低层只提供服务，是整个层次结构的基础；中间各层既是下一层的服务使用者，又是上一层的服务提供者；最高层面向用户提供服务
- 上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务，而不能调用其他层的服务，下一层所提供服务的实现细节对上一层透明
- 两台主机通信时，对等层在逻辑上有一条直接信道，表现为不经过下层就把信息传送到对方
注：网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
2.2 计算机网络协议，接口，服务的概念
- 协议
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，它是控制两个 （或多个）对等实体进行通信的规则的集合，是水平的。不对等实体之间没有协议
协议由语法、语义和同步三部分组成：
- 语法规定了传输数据的格式
- 语义规定了所要完成的功能
- 同步规定了执行各操作的顺序
- 接口
接口是同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，是一个系统内部的规定。每层只 能为紧邻的层次之间定义接口，不能跨层定义接口。在典型的接口上，同一结点相 邻两层的实体通过==服务访问点（SAP）==进行交互。服务是通过SAP提供给上层 使用的，第n层的SAP就是第n+1层可以访问第n层服务的地方
- 服务
服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的
注：
“协议”是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则
服务是“垂直的”，即服务是由下次通过层间接口向上层提供的
只有能被高一层实体“看得见”的功能才称为
服务
计算机网络提供的服务可分为三类：
- 面向连接服务与无连接服务
面向连接： 面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立 连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。当数 据传输完毕，必须释放连接。如TCP
无连接： 直接进行数据传输，不保证通信的可靠性。如IP、UDP
- 可靠服务和不可靠服务
可靠服务： 指网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据正确、可靠地传送到目 的地
不可靠服务： 指网络只是尽量正确、可靠的传送，而不能保证数据正确、可靠地传 送到目的地，尽力而为地服务
- 有应答服务和无应答服务
有应答服务：指接收方在收到数据后向发送方给出相应地应答，该应答由传输系统 内部自动实现，不由用户实现
无应答服务：指接收方收到数据后不自动给出应答。
2.3 ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 模型
- OSI参考模型（7层，法定标准）
国际标准化组织（ISO）于1984年提出的网络体系结构模型，称为开放系统互连参考 模型（OSI/RM），通常简称为OSI参考模型。
OSI参考模型有7层，自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、 会 话层、表示层、应用层。低三层统称通信子网，是为了联网而附加的通信设备， 完成数据的传输功能；高三层统称为资源子网，相当于计算机系统，完成数据的处 理等功能。传输层承上启下
1.物理层
传输单位是比特，任务是透明的传输比特流，功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输原始比特流。
注：透明传输——指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送
（物理层协议）物理层接口标准如：EIA-232C、EIA/TIA RS-449、CCITT的X.21等
2.数据链路层
传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装成帧。功能可以概况为成 帧、差错控制、流量控制和传输管理等
数据链路层的协议有：SDLC、HDLC、PPP、STP和帧中继等
3.网络层
传输单位是数据报，主要任务是把网络层的协议数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。功能有对分组进行路由选择，实现流量控制，拥塞控制，差别控制和 网际互连等
网络层的协议有：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP和OSPF等
4.传输层（运输层）
传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP），任务是负责主机中两个进程之间的通信，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务
注：数据链路层提供的是点到点的通信，传输层提供的是端到端的通信。
点到点可以理解为主机到主机之间的通信，一个点是指一个硬件地址或IP地址，网络中参与通信的主机是通过硬件地址或IP地址标识的；
端到端的通信是指运行在不同主机内的两个进程之间的通信，一个进程由一个端口来标识。
传输层还具有复用和分用的功能。复用是指多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务；分用是指传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程
传输层的协议有：TCP、UDP
5.会话层
会话层允许不同主机上的各个进程之间进行会话。会话层利用传输层提供的端到端的服务向表示层提供它的增值服务。这种服务主要为表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地传输数据，这就是会话，也称建立同步
6.表示层
表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。数据格式变换、数据加密解密、数据压缩和恢复
7.应用层
应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的界面。所有能和用户交互产生的网络流量的程序
应用层的协议有：FTP、SMTP、HTTP
TCP/IP 模型（事实标准 4层）
TCP/IP模型从低到高依次为网络接口层（对应OSI模型中的物理层和数据链路 层）、网际层、传输层和应用层（对应OSI模型中的会话层、表示层和应用层）
- 网络接口层
表示与物理网络的接口，只是指出主机必须使用某种协议与网络连接。具体的物理网络可以是各种类型的局域网或公共数据网络。网络接口层的作用是从主机或结点接收IP分组，并把它们发送到指定的物理网络上 - 网际层（主机—主机）
网际层是TCP/IP体系结构的关键部分。网际层将分组发往任何网络，并为之独 立地选择合适的路由，但它不保证各个分组有序的到达，各个分组的有序交付由高 层负责。网际层定义了标准的分组格式和协议，即IP。当前采用的IP协议是IPv4。
- 传输层（应用—应用或进程—进程）
使发送端和目的端主机上的对等实体进行会话。主要使用两种协议：
传输控制协议（TCP）：面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付
用户数据报协议（UDP）：无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付
- 应用层（用户—用户）
包含所有的高层协议
注：IP协议是因特网中的核心协议；TCP/IP允许IP协议在由各种网络构成的互联网上运行
TCP/IP模型与OSI模型的比较
相同点：
- 都采取分层的体系结构
- 都是基于独立的协议栈的概念
- 都可以实现异构网络互联
不同点：
- OSI定义三点：服务、协议、接口
- OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
- TCP/IP考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次
- OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信；TCP/IP模型在网络层仅有无连接的通信，但在传输层支持无连接和面向连接
- 5层参考模型
