計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

鮑紅梅

山東省泰安市城市建設(shè)設(shè)計院，山東 泰安 271000

0 引言

幾十年來，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展相當(dāng)迅速。但計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)要解決很多復(fù)雜的技術(shù)問題:支持多種通信介質(zhì)，比如雙絞線、同軸電纜、光纖、微波、紅外線等；支持多廠商、異構(gòu)互聯(lián)，包括軟件的通信約定以及硬件接口的規(guī)范；支持多種業(yè)務(wù)，比如批處理、交互分時、數(shù)據(jù)庫等；支持高級人機(jī)接口，滿足人們對多媒體日益增長的需求。正如結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中對復(fù)雜問題的模塊化分層處理一樣，在處理計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)這種復(fù)雜系統(tǒng)時所采用的方法就是把復(fù)雜的大系統(tǒng)分層處理，每層完成特定功能，各層協(xié)調(diào)起來實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是介紹計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的層次化網(wǎng)絡(luò)研究方法。

1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念

1.1 通信協(xié)議

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為了滿足數(shù)據(jù)通信的雙方準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行通信，這就需要我們根據(jù)在通信過程中產(chǎn)生的各種問題，制定一系列的通信雙方必須遵守的規(guī)定，這就是我們所說的通信協(xié)議。從通信協(xié)議的表現(xiàn)形式來看，它規(guī)定了交互雙方用于通信的一系列語言法則和語言意義，這些相關(guān)的協(xié)議能夠規(guī)范各個功能部件在通信過程中的正確操作。

1.2 實(shí)體

每層的具體功能是由該層的實(shí)體完成的。所謂實(shí)體是指能在某一層中具有數(shù)據(jù)收發(fā)能力的活動單元（元素）。一般就是該層的軟件進(jìn)程或者實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議的硬件單元。在不同系統(tǒng)上同一層的實(shí)體互稱為對等實(shí)體。

1.3 接口

上下層之間交換信息通過接口來實(shí)現(xiàn)。一般使上下層之間傳輸信息量盡可能少，這樣使兩層之間保持其功能的相對獨(dú)立性。

1.4 服務(wù)

服務(wù)就是網(wǎng)絡(luò)中各層向其相鄰上層提供的一組功能集合，是相鄰兩層之間的界面。因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)的各個分層機(jī)構(gòu)中的單方面依靠關(guān)系，使得在網(wǎng)絡(luò)中相互鄰近層之間的相關(guān)界面也是單向性的:下層作為服務(wù)的提供者，上層作為服務(wù)的接受者。上層實(shí)體必須通過下次的相關(guān)服務(wù)訪問點(diǎn)（Service Access Point，SAP），才能夠獲得下層的服務(wù)。SAP作為上層與下層進(jìn)行訪問的服務(wù)場所，每一個SAP都會有有自己的一個標(biāo)識，并且每個層間接口可以有多個SAP。

1.5 服務(wù)原語

網(wǎng)絡(luò)中的各種服務(wù)是通過相應(yīng)的語言進(jìn)行描述的，這些服務(wù)原語可以幫助用戶訪問相應(yīng)的服務(wù)，也可以像用戶報告發(fā)生的相應(yīng)事件。

服務(wù)原語可以帶著不同的參數(shù)，這些參數(shù)可以指明需要與那臺服務(wù)器相連、服務(wù)器的類別、和準(zhǔn)備在這次連接上所使用的數(shù)據(jù)長度。假如被呼叫的用戶不同意呼叫用戶建立的連接數(shù)據(jù)大小，它會在一個“連接響應(yīng)”原語中提出一個新的建議，呼叫的一方能夠從“連接確認(rèn)”的原語中得知情況。這樣的整個過程細(xì)節(jié)就是協(xié)議內(nèi)容的一部分。

1.6 數(shù)據(jù)單元

在網(wǎng)絡(luò)中信息傳送的單位稱為數(shù)據(jù)單元。數(shù)據(jù)單元可分為:協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）、接口數(shù)據(jù)單元（IDU）和服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）。

1）協(xié)議數(shù)據(jù)單元

不同系統(tǒng)某層對等實(shí)體為實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議所交換的信息單位，稱為該層協(xié)議數(shù)據(jù)單。

其中:協(xié)議控制信息，是為實(shí)現(xiàn)協(xié)議而在傳送的數(shù)據(jù)的首部或尾部加的控制信息，如地址、差錯控制信息、序號信息等；用戶數(shù)據(jù)為實(shí)體提供服務(wù)而為上層傳送的信息。考慮到協(xié)議的要求，如時延、效率等因素，對協(xié)議數(shù)據(jù)單元的大小一般都有所限制。

2）服務(wù)數(shù)據(jù)單元

上層服務(wù)用戶要求服務(wù)提供者傳遞的邏輯數(shù)據(jù)單元稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元。考慮到協(xié)議數(shù)據(jù)單元對長度的限制，協(xié)議數(shù)據(jù)單元中的用戶數(shù)據(jù)部分可能會對服務(wù)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行分段或合并。

3）接口數(shù)據(jù)單元

在同一系統(tǒng)的相鄰兩層實(shí)體的一次交互中，經(jīng)過層間接口的信息單元，稱為接口數(shù)據(jù)單元。

其中，接口控制信息是協(xié)議在通過層間接口時，需要加一些控制信息，如通過多少字節(jié)或要求的服務(wù)質(zhì)量等，它只對協(xié)議數(shù)據(jù)單元通過接口時有作用，進(jìn)入下層后丟棄；接口數(shù)據(jù)為通過接口傳送的信息內(nèi)容。

1.7 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是以完成不同計算機(jī)之間的通信合作為目標(biāo)，把需要連接的每個計算機(jī)相互連接的功用分成明確的層次，在結(jié)構(gòu)里面它規(guī)定了同層次進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口及服務(wù)。實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是用分層研究方法定義的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各層的功能、各層協(xié)議以及接口的集合。

2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層原理

當(dāng)今社會上存在這各個年代、各個廠家、各個類型的計算機(jī)系統(tǒng)，如果將這不同的系統(tǒng)進(jìn)行連接就必須遵守某種互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則。為了減少協(xié)議設(shè)計的復(fù)雜性，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都是按照層的方式來組織的。

在網(wǎng)絡(luò)的各個不同分層結(jié)構(gòu)中，每一層都要服務(wù)于它的上層，并且呀說明服務(wù)對象的相應(yīng)接口，上層只不過是利用下層所提供的服務(wù)和相關(guān)的功能，不用知道下面的層次為了此次服務(wù)到底采用了什么樣的方法和相關(guān)的協(xié)議，下層也僅僅是知道上面一個層次傳送過來了什么參數(shù)，這就是層次間的無關(guān)性。處在各個不同的系統(tǒng)里面的相同層次之間的實(shí)體之間沒有什么直接的相互通信的能力，它們的通信必須經(jīng)過相鄰近的下面層次和更加下層的各種通信來完成。分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下:

1）獨(dú)立性強(qiáng)。各個層次之間有具體的分工，獨(dú)立性是指被分層的具有相對獨(dú)立功能的每一層只要知道下面的層次能夠?yàn)樽约禾峁┑姆?wù)是什么和自己向上面一個層次能夠提供什么服務(wù)就好，不用知道下面的層次為自己提供的服務(wù)需要什么方式；

2）適應(yīng)性強(qiáng)。層與層之間是相互獨(dú)立的，一層內(nèi)部發(fā)生了變化并不影響與他相連接的其它各層；

3）易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。整個大的系統(tǒng)進(jìn)行分層后，一個復(fù)雜的系統(tǒng)被分解成很多個功能單一、范圍較小的子系統(tǒng)，每一個層次僅僅實(shí)現(xiàn)了與自己相關(guān)的功能，不僅僅讓復(fù)雜的系統(tǒng)變得清晰明了，也是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)和調(diào)試變得簡單和容易。

3 結(jié)論

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系復(fù)雜，各個層次間的聯(lián)系多種多樣，相信只要學(xué)習(xí)好現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，一定能夠應(yīng)對各種網(wǎng)路體系問題，由于作者本身經(jīng)驗(yàn)和知識層次的欠缺，文中難免會出現(xiàn)不合理之處，望作者批評指正。

[1]謝希仁.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò).4版.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[2]常晉義等.現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.