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分層協(xié)議概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一種非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其中既涉及通信技術(shù)又涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)。在通信技術(shù)中涉及不同的分組交換技術(shù)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)中涉及異種機(jī)器、異種操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)既要保證不同通信技術(shù)和不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的互通，又要保證這種互通的可靠性和效率。總之，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要解決的問題紛繁復(fù)雜。為了對(duì)問題進(jìn)行簡化，人們利用“分而治之”的思想，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的層次，每個(gè)層次完成一組功能，各個(gè)層次配合共同完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的功能。這就為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了極大的方便。按照層次結(jié)構(gòu)思想，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的模塊化結(jié)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(shù)語非常準(zhǔn)確地表達(dá)了各層協(xié)議之間的關(guān)系。

協(xié)議包含的主要內(nèi)容

協(xié)議主要包含以下內(nèi)容：

消息類型和格式、編碼；

各種操作對(duì)應(yīng)的消息收發(fā)順序；

收到消息后節(jié)點(diǎn)應(yīng)采取的動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)在分析和消化已有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)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(jī)型、操作系統(tǒng)或公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI， Open Systems Interconnection)。OSI定義了異種機(jī)聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架，為連接分散的“開放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。這里的“開放”表示任何兩個(gè)遵守OSI標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)可以進(jìn)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(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信功能分為7個(gè)層次，由低層至高層分別是：物理層數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)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(guān)系，它定義了設(shè)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(gè)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(fù)責(zé)在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)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(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行差錯(cuò)檢測及差錯(cuò)校正，并提供流量控制功能。網(wǎng)絡(luò)層提供系統(tǒng)之間的連接，它負(fù)責(zé)將兩個(gè)終端系統(tǒng)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)用數(shù)據(jù)鏈路連。

(3)網(wǎng)絡(luò)層

接起來，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)終端系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)幀的透明傳輸。網(wǎng)絡(luò)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(luò)之間的接口，它利用低三層提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(gè)跨過網(wǎng)絡(luò)的邏輯連接，定義主機(jī)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(cuò)控制和流量控制功能。

(5)會(huì)話層

會(huì)話層的作用是協(xié)調(diào)兩端用戶(通信進(jìn)程)之間的對(duì)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(huì)話連接故障中斷后對(duì)話從何處開始恢復(fù)等。

(6)表示層

表示層負(fù)責(zé)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(nèi)部使用的傳送語言。表示層的典型服務(wù)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(yīng)用層

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，負(fù)責(zé)用戶信息的語義表示，并在兩個(gè)通信進(jìn)程之間進(jìn)行語義匹配。以上七層功能按其特點(diǎn)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(luò)的可靠信息傳輸。高層指4~7層的功能，是面向應(yīng)用的信息處理和通信功能。

OsI參考模型提出的分層結(jié)構(gòu)思想和設(shè)計(jì)原則已被一致認(rèn)同，有關(guān)術(shù)語也被廣泛采用，但是實(shí)際上并沒有一個(gè)協(xié)議是按照七層結(jié)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)的，原因是其過于復(fù)雜。例如，表示層和會(huì)話層很少有用。而因特網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議棧采用簡化的結(jié)構(gòu)，卻獲得了極大的成功。本書2.2節(jié)將詳細(xì)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(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)中的通信包含同層通信和層間接口這樣兩個(gè)方面。同層通信是不同節(jié)點(diǎn)的對(duì)等層之間的通信，同層通信必須嚴(yán)格遵循該層的通信協(xié)議。層間接口是同一節(jié)點(diǎn)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(gè)開放系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)程通信的過程。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)通信，兩個(gè)系統(tǒng)的對(duì)等層(即具有相同序號(hào)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(jìn)行通信。