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未來計算機網路體系結構的

發布時間: 2023-09-16 21:12:54

Ⅰ 究竟網路有幾個層次

為了使不同計算機廠家生產的計算機能夠相互通信,以便在更大的范圍內建立計算機網路,國際標准化組織(ISO)在1978年提出了「開放系統互聯參考模型」,即著名的OSI/RM模型(Open System Interconnection/Reference Model)。它將計算機網路體系結構的通信協議劃分為七層,自下而上依次為:物理層(Physics Layer)、數據鏈路層(Data Link Layer)、網路層(Network Layer)、傳輸層(Transport Layer)、會話層(Session Layer)、表示層(Presentation Layer)、應用層(Application Layer)。其中第四層完成數據傳送服務,上面三層面向用戶。

除了標準的OSI七層模型以外,常見的網路層次劃分還有TCP/IP四層協議以及TCP/IP五層協議

1)物理層(Physical Layer)

激活、維持、關閉通信端點之間的機械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性。該層為上層協議提供了一個傳輸數據的可靠的物理媒體。簡單的說,物理層確保原始的數據可在各種物理媒體上傳輸。物理層記住兩個重要的設備名稱,中繼器(Repeater,也叫放大器)和集線器。

2)數據鏈路層(Data Link Layer)

數據鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網路層提供服務,其最基本的服務是將源自網路層來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網路層。為達到這一目的,數據鏈路必須具備一系列相應的功能,主要有:如何將數據組合成數據塊,在數據鏈路層中稱這種數據塊為幀(frame),幀是數據鏈路層的傳送單位;如何控制幀在物理信道上的傳輸,包括如何處理傳輸差錯,如何調節發送速率以使與接收方相匹配;以及在兩個網路實體之間提供數據鏈路通路的建立、維持和釋放的管理。數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括:物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。

有關數據鏈路層的重要知識點:

1>數據鏈路層為網路層提供可靠的數據傳輸;

2>基本數據單位為幀;

3> 主要的協議:乙太網協議;

4> 兩個重要設備名稱:網橋和交換機。

3)網路層(Network Layer)

網路層的目的是實現兩個端系統之間的數據透明傳送,具體功能包括定址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等。它提供的服務使傳輸層不需要了解網路中的數據傳輸和交換技術。如果您想用盡量少的詞來記住網路層,那就是「路徑選擇、路由及邏輯定址」。

網路層中涉及眾多的協議,其中包括最重要的協議,也是TCP/IP的核心協議——IP協議。IP協議非常簡單,僅僅提供不可靠、無連接的傳送服務。IP協議的主要功能有:無連接數據報傳輸、數據報路由選擇和差錯控制。與IP協議配套使用實現其功能的還有地址解析協議ARP、逆地址解析協議RARP、網際網路報文協議ICMP、網際網路組管理協議IGMP。具體的協議我們會在接下來的部分進行總結,有關網路層的重點為:

1> 網路層負責對子網間的數據包進行路由選擇。此外,網路層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能;

2> 基本數據單位為IP數據報;

3> 包含的主要協議:

IP協議(Internet Protocol,網際網路互聯協議);

ICMP協議(Internet Control Message Protocol,網際網路控制報文協議);

ARP協議(Address Resolution Protocol,地址解析協議);

RARP協議(Reverse Address Resolution Protocol,逆地址解析協議)。

4> 重要的設備:路由器

4)傳輸層(Transport Layer)

第一個端到端,即主機到主機的層次。傳輸層負責將上層數據分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。此外,傳輸層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。

傳輸層的任務是根據通信子網的特性,最佳的利用網路資源,為兩個端系統的會話層之間,提供建立、維護和取消傳輸連接的功能,負責端到端的可靠數據傳輸。在這一層,信息傳送的協議數據單元稱為段或報文。

網路層只是根據網路地址將源結點發出的數據包傳送到目的結點,而傳輸層則負責將數據可靠地傳送到相應的埠。

有關網路層的重點:

1>傳輸層負責將上層數據分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸以及端到端的差錯控制和流量控制問題;

2> 包含的主要協議:TCP協議(Transmission Control Protocol,傳輸控制協議)、UDP協議(User Datagram Protocol,用戶數據報協議);

3> 重要設備:網關。

5)會話層

會話層管理主機之間的會話進程,即負責建立、管理、終止進程之間的會話。會話層還利用在數據中插入校驗點來實現數據的同步。

6)表示層

表示層對上層數據或信息進行變換以保證一個主機應用層信息可以被另一個主機的應用程序理解。表示層的數據轉換包括數據的加密、壓縮、格式轉換等。

7)應用層

為操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。

會話層、表示層和應用層重點:

1> 數據傳輸基本單位為報文;

2> 包含的主要協議:FTP(文件傳送協議)、Telnet(遠程登錄協議)、DNS(域名解析協議)、SMTP(郵件傳送協議),POP3協議(郵局協議),HTTP協議(Hyper Text Transfer Protocol)。

摘抄

Ⅱ 計算機網路的體系結構

計算機網路的體系結構

計算機網路體系結構關注三方面內容:網路協議如何分層、各層協議、層間介面。下面是我整理的關於計算機網路的體系結構,希望大家認真閱讀!

一、計算機網路體系結構分層思想

首先,你要對計算機網路有一個模糊的認識---計算機網路是一個十分復雜的系統⊙﹏⊙。看看你電腦上有多少服務,那些服務有著各種協議,小白問度娘都不一定能弄懂。可想而知,對於那些計算機科學家(我覺得當年應該有很多玩通信的工程師吧,臆想而已。對這段歷史感興趣可以參考央視《互聯網時代》)來說,設計一種網路體系結構應該可能也是很難的,復雜度不是一般高啊。

可能你學沒學過匯編語言(Assembly Language),那麼請自行查資料。如果你學過匯編語言,不管學沒學好,從一開始接觸匯編語言你就會有感覺---這是什麼鬼。然後隨著歷史的發展,在匯編語言的基礎上出現了結構化程序設計語言,比如Fortran、Basic、C。這些結構化編程語言有別於上一代的是書上說的出現了"函數"的概念,從此寫代碼有了質的改變。自上而下,分而治之便是結構化程序設計的核心思想。

同樣,對於計算機網路來說也是這種思路。計算機網路體系結構可以看成一個很大的面向過程程序。如果將所有的內容都寫在一個main函數中,那麼這個程序就太尷尬了,到最後都不知道在寫些什麼了,大大加劇了程序設計的復雜度,以及後來程序維護的.復雜度...等等問題。也就是說不採用分治思想的計算機網路協調性差,設計復雜度高,網路通信出錯可能性也陡增。基於此原因,計算機網路體系結構的"分層"思想誕生了。

"分層"思想,通俗將就是常說的"分而治之"。ARPANET設計時提出的"分層"方法可將龐大而復雜的計算機網路問題,轉化為若干個局部的問題,而這些局部問題可以通過研究逐一攻破,那麼計算機之間通信就成為了可能。

二、OSI/RM模型和TCP/IP協議族的較量

1. OSI/RM

OSI/RM是英文Open System Interconnection Reference Model的縮寫,中文翻譯為"開放系統互聯基本參考模型"。在1983年,ISO發布正式文件後,也就有了現在所謂的七層協議的體系。

2. TCP/IP

TCP/IP並不是單一的協議,而是協議族。分為四層:應用層、運輸層、網際層、網路介面層。

OSI/RM和TCP/IP協議的PK中失敗了,究其原因,我認為主要有如下幾點:

1)OSI/RM 模型各層協議之間有重復功能。這就像寫代碼的時候有重復的代碼,上頭就想抽你倆嘴巴子,錢這么好賺么→_→。

2)OSI/RM 模型層數太多。也就是要說要實現網路互聯,你需要的硬體以及軟體就相對會更多。而且數據傳來傳去多了,運行效率也會降低。

3)OSI/RM 那幫人可能是棒通信領域的專家,這玩意比TCP/IP在實現上得多花不少錢。

基於這些事實,TCP/IP成了非法律上國際標準的事實上國際標准。

三、採用分層體系網路原因總結

1)並不是所有的設備都需要這么多層次。計算機網路中不同設備完成的任務不同,需要的功能也不同。除了計算機網路邊緣部分的端系統需要所有層次協議,其餘計算機網路核心部分部分則不需要這么多層次的協議。而且可以想像,多一層次就意味著多了部分硬體和軟體,成本就會增加。

PS:這里兩圖只是為了說明三層交換機比二層交換機價格高,至於高多少還取決於品牌和帶寬等因素。

2)每層設計實現相對獨立的功能,在層次設計(硬體和軟體設計)完成後,只需要提供向上的介面可供上層調用,。這樣做的好處是就像編程中的函數模塊化設計,我們只要知道高手設計的庫函數的API就行了,不需要具體軟體開發再編寫同樣高質量的代碼,從而服務了代碼搬運工。

3)模塊化協議層次大大的好啊。哪好了?雕版印刷術和活字印刷術的區別。如果某一層的技術發生變化後,只要層間介面不變,只要對某層提供的服務進行修改(添加和修改)即可。你想,這可以省多少錢啊。就像你電腦顯示屏壞了,你總不可能去新買個電腦吧,差不多就這意思。

4)降低實現和維護網路難度。如果那種服務不能使用了,那就查提供此種服務對應的那層,而不需再從頭查起。

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Ⅲ 計算機網路體系結構的體系結構

計算機網路是一個復雜的具有綜合性技術的系統,為了允許不同系統實體互連和互操作,不同系統的實體在通信時都必須遵從相互均能接受的規則,這些規則的集合稱為協議(Protocol)。
系統指計算機、終端和各種設備。
實體指各種應用程序,文件傳輸軟體,資料庫管理系統,電子郵件系統等。
互連指不同計算機能夠通過通信子網互相連接起來進行數據通信。
互操作指不同的用戶能夠在通過通信子網連接的計算機上,使用相同的命令或操作,使用其它計算機中的資源與信息,就如同使用本地資源與信息一樣。
計算機網路體系結構為不同的計算機之間互連和互操作提供相應的規范和標准。

Ⅳ 計算機網路的組成和體系結構

一、計算機網路的基本組成

計算機網路是一個很復雜的系統,它由許多計算機軟體、硬體和通信設備組合而成。下面對一個計算機網路所需的主要部分,即伺服器、工作站、外圍設備、網路軟體作簡要介紹。

1.伺服器(Server)

在計算機網路中,伺服器是整個網路系統的核心,一般是指分散在不同地點擔負一定數據處理任務和提供資源的計算機,它為網路用戶提供服務並管理整個網路,它影響著網路的整體性能。一般在大型網路中採用大型機、中型機和小型機作為網路伺服器,可保證網路的可靠性。對於網點不多,網路通信量不大,數據安全性要求不太高的網路,可以選用高檔微機作網路伺服器。根據伺服器在網路中擔負的網路功能的不同,又可分為文件伺服器、通信伺服器和列印伺服器等。在小型區域網中,最常用的是文件伺服器。一般來說網路越大、用戶越多、伺服器負荷越大,對伺服器性能要求越高。

2.工作站(Workstation)

工作站有時也稱為「節點」或「客戶機(Client)」,是指通過網路適配器和線纜連接到網路上的計算機,是網路用戶進行信息處理的個人計算機。它和伺服器不同,伺服器是為整個網路提供服務並管理整個網路,而工作站只是一個接入網路的設備,它保持原有計算機的功能,作為獨立的計算機為用戶服務,同時又可按一定的許可權訪問伺服器,享用網路資源。

工作站通常都是普通的個人計算機,有時為了節約經費,不配軟、硬碟,稱為「無盤工作站」。

3.網路外圍設備

是指連接伺服器和工作站的一些連線或連接設備,如同軸電纜、雙絞線、光纖等傳輸介質,網卡(NIC)、中繼器(Repeater)、集線器(Hub)、交換機(Switch)、網橋(Bridge)等,又如用於廣域網的設備:數據機(Modem)、路由器(Router)、網關(Gateway)等,介面設備:T型頭、BNC連接器、終端匹配器、RJ45頭、ST頭、SC頭、FC頭等。

4.網路軟體

前面介紹的都是網路硬體設備。要想網路能很好地運行,還必須有網路軟體。

通常網路軟體包括網路操作系統(NOS)、網路協議軟體和網路通信軟體等。其中,網路操作系統是為了使計算機具備正常運行和連接上網的能力,常見的網路操作系統有UNIX、Linux、Novell Netware、Windows NT、Windows 2000 Server、Windows XP等;網路協議軟體是為了各台計算能使用統一的協議,可以看成是計算機之間相互會話使用的語言;而運用協議進行實際的通信則是由通信軟體完成的。

網路軟體功能的強弱直接影響到網路的性能,因為網路中的資源共享、相互通信、訪問控制和文件管理等都是通過網路軟體實現的。

二、計算機網路的拓撲結構

所謂計算機網路的拓撲結構是指網路中各結點(包括連接到網路中的設備、計算機)的地理分布和互連關系的幾何構形,即網路中結點的互連模式。

網路的拓撲結構影響著整個網路的設計、功能、可靠性和通信費用等指標,常見的網路拓撲結構有匯流排型、星型、環型等,通過使用路由器和交換機等互連設備,可在此基礎上構建一個更大網路。

1.匯流排型

在匯流排型結構中,將所有的入網計算機接入到一條通信傳輸線上,為防止信號反射,一般在匯流排兩端連有終端匹配器如圖6-1(a)。匯流排型結構的優點是信道利用率高,可擴充性好,結構簡單,價格便宜。當數據在匯流排上傳遞時,會不斷地「廣播」,第一節點均可收到此信息,各節點會對比數據送達的地址與自己的地址是否相同,若相同,則接收該數據,否則不必理會該數據。缺點是同一時刻只能有兩個網路結點在相互通信,網路延伸距離有限,網路容納的節點數有限。在匯流排上只要有一個結點連接出現問題,會影響整個網路運行,且不易找到故障點。

圖6-1 網路拓撲結構

2.星型

在星型結構中,以中央結點為中心,其他結點都與中央結點相連。每台計算機通過單獨的通信線路連接到中央結點,由該中央結點向目的結點傳送信息,如圖6-1(b),因此,中央結點必須有較強的功能和較高的可靠性。

在已實現的網路拓撲結構中,這是最流行的一種。跟匯流排型拓撲結構相比,它的主要的優勢是一旦某一個電纜線段被損壞了,只有連接到那個電纜段的主機才會受到影響,結構簡單,建網容易,便於管理。缺點是該拓撲是以點對點方式布線的,故所需線材較多,成本相對較高,此外中央結點易成為系統的「瓶頸」,且一旦發生故障,將導致全網癱瘓。

3.環型

在環型結構中,如圖6-1(c)所示,各網路結點連成封閉環路,數據只能是單向傳遞,每個收到數據包的結點都向它的下一結點轉發該數據包,環游一圈後由發送結點回收。當數據包經過目標結點時,目標結點根據數據包中的目標地址判斷出是自己接收,並把該數據包拷貝到自己的接收緩沖中。

環型拓撲結構的優點是:結構簡單,網路管理比較簡單,實時性強。缺點是:成本較高,可靠性差,網路擴充復雜,網路中若有任一結點發生故障都會使整個網路癱瘓。

三、計算機網路的體系結構

要弄清網路的體系結構,需先弄清網路協議是什麼。

網路協議是兩台網路上的計算機進行通信時使用的語言,是通信的規則和約定。為了在網路上傳輸數據,網路協議定義了數據應該如何被打成包、並且定義了在接收數據時接收計算機如何解包。在同一網路中的兩台計算機為了相互通信,必須運行同一協議,就如同兩個人交談時,必須採用對方聽得懂的語言和語速。

由於網路結點之間的連接可能是很復雜的,因此,為了減少協議設計的復雜性,在制定協議時,一般把復雜成分分解成一些簡單成分,再將它們復合起來,而大多數網路都按層來組織,並且規定:(1)一般是將用戶應用程序作為最高層,把物理通信線路作為最低層,將其間再分為若干層,規定每層處理的任務,也規定每層的介面標准;(2)每一層向上一層提供服務,而與再上一層不發生關系;(3)每一層可以調用下一層的服務傳輸信息,而與再下一層不發生關系。(4)相鄰兩層有明顯的介面。

除最低層可水平通信外,其他層只能垂直通信。

層和協議的集合被稱為網路的體系結構。為了幫助大家理解,我們從現實生活中的一個例子來理解網路的層次關系。假如一個只懂得法語的法國文學家和一個只懂得中文的中國文學家要進行學術交流,那麼他們可將論文翻譯成英語或某一種中間語言,然後交給各自的秘書選一種通信方式發給對方,如圖6-2所示。

圖6-2 中法文學家學術交流方式

下面介紹兩個重要的網路體系結構:OSI參考模型和TCP/IP參考模型。

1.OSI參考模型

由於世界各大型計算機廠商推出各自的網路體系結構,不同計算機廠商的設備相互通信困難。為建立更大范圍內的計算機網路,必然要解決異構網路的互連,因而國際標准化組織ISO於1977年提出「開放系統互連參考模型」,即著名的OSI(Open system interconnection/Reference Model)。它將計算機網路規定為物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、應用層等七層,受到計算機界和通信界的極大關注。

2.TCP/IP參考模型

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet protocol)協議是Internet使用的通信協議,由ARPANET研究中心開發。TCP/IP是一組協議集(Internet protocol suite),而TCP、IP是該協議中最重要最普遍使用的兩個協議,所以用TCP/IP來泛指該組協議。

TCP/IP協議的體系結構被分為四層:

(1)網路介面層 是該模型的最低層,其作用是負責接收IP數據報,並通過網路發送出去,或者從網路上接收網路幀,分離IP數據報。

(2)網路層 IP協議被定義駐留在這一層中,它負責將信息從一台主機傳到指定接收的另一台主機。主要功能是:定址、打包和路由選擇。

(3)傳輸層 提供了兩個協議用於數據傳輸,即傳輸控制協議TCP和通用數據協議UDP,負責提供准確可靠和高效的數據傳送服務。

(4)應用層 位於TCP/IP最高層,為用戶提供一組常用的應用程序協議。例如:簡單郵件傳輸協議SMTP、文件傳協議FTP、遠程登錄協議Telnet、超文本傳輸協議HTTP(該協議是後來擴充的)等。隨著Internet的發展,又開發了許多實用的應用層協議。

圖6-3是TCP/IP模型和OSI模型的簡單比較:

圖6-3 TCP/IP模型和OSI模型的對比

Ⅳ 什麼是計算機網路的體系結構

計算機網路體系結構可以從網路體系結構、網路組織、網路配置三個方面來描述,網路組織是從網路的物理結構和網路的實現兩方面來描述計算機網路,網路配置是從網路應用方面來描述計算機網路的布局,硬體、軟體和通信線路來描述計算機網路,網路體系結構是從功能上來描述計算機網路結構。
它是一個分層次的模塊式結構。
從宏觀角度著重剖析了它們之間的聯系,數據通信原理,各層的數據傳輸單元,各層數據封裝原理,以及共同的各層主要功能,各層主要功能實現原理、主要通信協議,以及相關的計算機網路基礎知識。
相互通信的兩個計算機系統必須高度協調工作才行,而這種「協調」是相當復雜的。
「分層」可將龐大而復雜的問題,轉化為若干較小的局部問題,而這些較小的局部問題就比較易於研究和處理。
(5)未來計算機網路體系結構的擴展閱讀:
網路體系結構的設計考慮:
層次之間的先後次序、任務是按照什麼先後順序來完成、層次之間的通信介面、任務的每個步驟之間如何協調
網路體系結構分層的好處:
促進標准化、各層相互獨立,技術升級和擴展靈活性好、便於方案設計和維護
參考資料:
網路-計算機網路體系結構