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分層協(xié)議概念

計算機網(wǎng)絡是一種非常復雜的系統(tǒng)，其中既涉及通信技術又涉及計算機技術。在通信技術中涉及不同的分組交換技術，在計算機技術中涉及異種機器、異種操作系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡既要保證不同通信技術和不同計算機系統(tǒng)之間的互通，又要保證這種互通的可靠性和效率?？傊嬎銠C網(wǎng)絡要解決的問題紛繁復雜。為了對問題進行簡化，人們利用“分而治之”的思想，將計算機網(wǎng)絡劃分為不同的層次，每個層次完成一組功能，各個層次配合共同完成計算機網(wǎng)絡通信的功能。這就為網(wǎng)絡協(xié)議的設計和實現(xiàn)提供了極大的方便。按照層次結構思想，對計算機網(wǎng)絡的模塊化結果是一組從上到下單向依賴的協(xié)議族，又叫協(xié)議棧( protocol stack)。協(xié)議棧這一術語非常準確地表達了各層協(xié)議之間的關系。

協(xié)議包含的主要內容

協(xié)議主要包含以下內容：

消息類型和格式、編碼；

各種操作對應的消息收發(fā)順序；

收到消息后節(jié)點應采取的動作；

相鄰層之間的層間原語類型和參數(shù)

OSI參考模型簡介

1977年，國際標準化組織(ISO)在分析和消化已有網(wǎng)絡的基礎上，考慮到聯(lián)網(wǎng)的方便和靈活性等要求，提出了一種不基于特定機型、操作系統(tǒng)或公司的網(wǎng)絡體系結構，即開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI， Open Systems Interconnection)。OSI定義了異種機聯(lián)網(wǎng)的標準框架，為連接分散的“開放”系統(tǒng)提供了基礎。這里的“開放”表示任何兩個遵守OSI標準的系統(tǒng)可以進行互聯(lián)。

OSI參考模型

OSI參考模型如圖2-1-1所示。它采用分層結構技術，將整個網(wǎng)絡的通信功能分為7個層次，由低層至高層分別是：物理層數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。

OSI中各層的基本功能

(1)物理層

物理層是最底的一層，它和物理傳輸媒介有直接的關系，它定義了設備之間的物理接口，為它的上一層(數(shù)據(jù)鏈路層)提供一個物理連接，以便透明地傳輸比特流。在物理層上傳輸數(shù)據(jù)的單位是比特。

(2)數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的功能是負責在兩個相鄰節(jié)點的線路上以幀為單位的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層將物理層上透明傳輸?shù)谋忍亓鲃澐譃閿?shù)據(jù)幀，對每個數(shù)據(jù)幀進行差錯檢測及差錯校正，并提供流量控制功能。網(wǎng)絡層提供系統(tǒng)之間的連接，它負責將兩個終端系統(tǒng)經過網(wǎng)絡中的節(jié)點用數(shù)據(jù)鏈路連。

(3)網(wǎng)絡層

接起來，實現(xiàn)兩個終端系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)幀的透明傳輸。網(wǎng)絡層的主要功能是尋址和路由選擇。傳輸層可以看作是用戶和網(wǎng)絡之間的接口，它利用低三層提供網(wǎng)絡服務并向高層提。

(4)傳輸層

供端到端的透明數(shù)據(jù)傳輸，它根據(jù)發(fā)端和終端的地址定義一個跨過網(wǎng)絡的邏輯連接，定義主機中的端口地址，并完成端到端(而不是第二層處理的一段數(shù)據(jù)鏈路)的差錯控制和流量控制功能。

(5)會話層

會話層的作用是協(xié)調兩端用戶(通信進程)之間的對話過程。例如，確定數(shù)據(jù)交換操作方式(全雙工、半雙工或單工)，確定會話連接故障中斷后對話從何處開始恢復等。

(6)表示層

表示層負責定義信息的表示方法。表示層將欲交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語法變換為適合于OSI系統(tǒng)內部使用的傳送語言。表示層的典型服務有：數(shù)據(jù)翻譯(信息編碼、加密和解密)、格式化(數(shù)據(jù)格式的修改及文本壓縮)和語法選擇(語法的定義及不同語言之間的翻譯)等。

(7)應用層

應用層確定進程之間通信的性質以滿足用戶的需要，負責用戶信息的語義表示，并在兩個通信進程之間進行語義匹配。以上七層功能按其特點又可分為低層功能和高層功能。低層包括1~3層的全部功能，其目的是保證系統(tǒng)之間跨過網(wǎng)絡的可靠信息傳輸。高層指4~7層的功能，是面向應用的信息處理和通信功能。

OsI參考模型提出的分層結構思想和設計原則已被一致認同，有關術語也被廣泛采用，但是實際上并沒有一個協(xié)議是按照七層結構去實現(xiàn)的，原因是其過于復雜。例如，表示層和會話層很少有用。而因特網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議棧采用簡化的結構，卻獲得了極大的成功。本書2.2節(jié)將詳細介紹TCP/P協(xié)議棧。

3。開放系統(tǒng)相互通信的過程

采用層次結構的計算機通信系統(tǒng)中的通信包含同層通信和層間接口這樣兩個方面。同層通信是不同節(jié)點的對等層之間的通信，同層通信必須嚴格遵循該層的通信協(xié)議。層間接口是同一節(jié)點的相鄰層之間的通信，相鄰層的通信采用通信原語。上圖示出了在兩個開放系統(tǒng)中的應用進程通信的過程。為了實現(xiàn)這個通信，兩個系統(tǒng)的對等層(即具有相同序號的層)之間必須執(zhí)行相同的功能并按照相同的協(xié)議(同層協(xié)議)來進行通信。