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1、分层思想 想一想:
要在一台计算机上安装一个网络协议,首先要安装好网络适配器(网卡),然后安装网络适配器对应的驱动程序。有了这个前提保证,才有可能安装协议软件。网络协议软件安装完成后,还可能需要安装其他软件。那么我们可不可以将网络适配器驱动程序、网络协议软件和今后用到的网络软件都打包成一个软件,让人们在安装过程中省不少的麻烦呢?
事实证明,在计算机网络的设计中,如果把以上的软件都合为一体,将会导致很多问题。只要硬件设备或应用软件稍作改动,整个软件将要重新设计。
对于复杂问题的解决和分析,可以采用一种分层的思想来解决。我们首先来看一个例子:
寄信的过程。其实寄信的过程并不是人们通常理解的写好信件,投递到邮筒中就结束了。它本身就是一个复杂的过程。如下图所示:
 寄信过程虽然复杂,但人们采用分层分步方法很好地解决了。下一层次为上一层次提供服务,对等层完成对应功能。
人们想出通过分层设计来解决计算机网络的设计问题,特别是在网络协议的设计中,就是采用了这种分层设计的思想。 2、分层体系结构
要实现网络之间的数据通信,它的模型结构也可以采用一种分层结构进行描述。
对等层之间执行相同的操作,较低层向它的上一层提供服务。
一个网络系统的总体结构,可以用一种体系结构(Architecture)来描述。前面所相应措施三种协议NETBEUI、IPX/SPX、TCP/IP等都是一种分层的体系结构,不同协议的分层结构是不同的。
以下文字摘自“中国科普博览_电信博物馆 ”网站:
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计算机网络结构中采用了分层描述的方法,将整个网络的通信功能划分为多个层次,每层各自完成一定的任务,而且功能相对独立;相邻两层有接口联接,以便实现功能的过渡,该过渡条件是接口协议,使本层通过接口向上一层提供服务;依靠层间接口联接和各层特定功能,可实现有机组合,完成不同类别及要求的两个系统(或计算机用户)间的信息传递。
举个例子,某间公司由上至下有总经理、部门经理、项目组长、小职员四个“层次”,他们各自的职能不一样,他们之间有对上服务、对下管辖的关系。假如这间公司想与另外一间具有同样架构的公司进行合作,并且合作是在两公司的小职员之间进行实际接触的话(就是让他们来接头并传话),那么合作的指示将从这公司的总经理开始下达,一路通过部门经理、项目组长到小职员,然后由小职员与对方的小职员碰面洽谈(可能包括一些细节问题),然后对方的小职员又向那边的公司的项目组长进行汇报,再经过部门经理把合作意向反映到总经理那里。
这个例子说明了网络分层通信的一个简单过程。不过要注意的是,要最后拍板还得由老总来面谈,而实际的网络通信中一切数据则都是通过底层传送的。
一般来讲,网络分层时要注意如下原则:若层次过少,各层的任务就多,实现功能就有一定的困难(累死职员);若层次过多,总的服务开销也就增大(要多请职员)。类似的功能尽可能集中在一个层内实现(没必要重复建设)。当某一层的功能发生更改时,不能影响其他层功能的执行(部门合并不会影响公司运作)。同一层内可设若干子层(比如设正副职)。
两个系统之间要进行通信,一则要求两系统必须是对等层,就好象经理跟经理谈,小职员跟小职员谈;二则要求两对等层通信时,要遵守一系列的约定(“协议”),正如双方会谈时,要按事先安排好的程序进行。
层间数据信息的流动过程可以打个比方,如果A公司老总(最高层)要发一封信(数据)给B公司老总(对等层),他先在信封(协议单元)上写上对方老总的姓名地址,然后传给A公司部门经理(次高层),部门经理又在外面套了一个信封,写上对方部门经理的姓名地址,然后传给A公司项目组长,如此类推,直到A公司小职员(最底层)把信发给对方的小职员,对方收到信后又一层层拆开写给自己的信封并把里面的信封上交,最后B公司老总收到的就是原来A老总所写的信。
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为了解决不同标准的网络之间进行通信的问题,国际标准化组织ISO认识到需要建立一种有助于网络建设者们实现网络,并用于通信和协同工作的网络模型OSI/RM,即OSI层次模型。
ISO / OSI,念起来有点像绕口令。它究竟代表什么呢?答案是:“开放系统互连”(Open
System Interconnection),也就是“开放系统互连参考模型”,即有名的OSI模型。OSI标准是由一个称为ISO(国际标准化组织),即“International
Standards Organization”的组织制定的。因此,从技术上说,它可以被称为ISO / OSI标准。
OSI模型将计算机网络的各个方面分成了互相独立的七层。这些层就像洋葱的层次一样:每一层都将其下面的层遮起来。在上面的层里,下面层次的细节被隐藏起来。如果你将洋葱皮剥开往里看,你一定会流下许多眼泪,OSI模型也是如此(因为越往下,你会看得越费劲,不过你应该不会放弃吧)。
下面让我们来简单看看ISO / OSI这个七层大蛋糕里面有什么好吃的馅:
物理层:OSI模型的最底层。它提出了网络的物理特性,比如连接的电缆类型。这里是二进制值0和1的世界,也就是数据以信号的电特性(高低电平)来表示。网卡、集线器、中继器等都工作在物理层。
数据链路层:指明将要发送的每个数据包的大小、每个数据包的地址以使它们送到指定的接收者那里。也能提供基本的错误识别和校正机制,以确保发送的数据和接收的数据一样。交换机工作在OSI参考模型的第二层——数据链路层上,主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。
网络层:就是告诉数据包从一个网络到另一个网络怎样走(术语叫“路由”)。路由器工作在OSI模型中的第三层,即网络层。
传输层:通过一个唯一的地址指明计算机网络上的每个节点(可能就是你的计算机),并管理节点之间的连接。同时将大的信息分成小块信息,并在接收节点将信息重新组合起来。
会话层:在网络节点之间建立“会话”(你理解为谈判前的准备工作也行)。
表示层:负责把网络上传输的数据从一种陈述类型转换到另一种类型,也能在数据传输前将其打乱,并在接收端将其恢复,这里使用了复杂的技术,甚至连福尔摩斯也难以将其弄明白。
应用层:OSI的最高层,讨论应用程序用于同网络通信所需要的技术。在这里,我们可以看到很多熟面孔,比如HTTP(超文本传输协议),FTP(文件传输协议),WAP(无线应用协议),SMTP(简单邮件协议)等等。
OSI层次模型的优点: (1)分层中的每一模块便于研发,更易于理解。 (2)网络部件能够标准化。
(3)允许不同类型的网络硬件和软件相互通信。 (4)各层功能相对独立,易于维护。
(5)各层使用下层提供的接,同时也为它的上层提供接口。
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