計算機網絡體系結構

鮑紅梅

山東省泰安市城市建設設計院，山東 泰安 271000

0 引言

幾十年來，計算機網絡發展相當迅速。但計算機網絡的實現要解決很多復雜的技術問題:支持多種通信介質，比如雙絞線、同軸電纜、光纖、微波、紅外線等；支持多廠商、異構互聯，包括軟件的通信約定以及硬件接口的規范；支持多種業務，比如批處理、交互分時、數據庫等；支持高級人機接口，滿足人們對多媒體日益增長的需求。正如結構化程序設計中對復雜問題的模塊化分層處理一樣，在處理計算機網絡這種復雜系統時所采用的方法就是把復雜的大系統分層處理，每層完成特定功能，各層協調起來實現整個網絡系統的功能。計算機網絡體系結構就是介紹計算機網絡中普遍采用的層次化網絡研究方法。

1 計算機網絡體系結構的基本概念

1.1 通信協議

在網絡系統中，為了滿足數據通信的雙方準確無誤的進行通信，這就需要我們根據在通信過程中產生的各種問題，制定一系列的通信雙方必須遵守的規定，這就是我們所說的通信協議。從通信協議的表現形式來看，它規定了交互雙方用于通信的一系列語言法則和語言意義，這些相關的協議能夠規范各個功能部件在通信過程中的正確操作。

1.2 實體

每層的具體功能是由該層的實體完成的。所謂實體是指能在某一層中具有數據收發能力的活動單元（元素）。一般就是該層的軟件進程或者實現該層協議的硬件單元。在不同系統上同一層的實體互稱為對等實體。

1.3 接口

上下層之間交換信息通過接口來實現。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立性。

1.4 服務

服務就是網絡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。因為在網絡的各個分層機構中的單方面依靠關系，使得在網絡中相互鄰近層之間的相關界面也是單向性的:下層作為服務的提供者，上層作為服務的接受者。上層實體必須通過下次的相關服務訪問點（Service Access Point，SAP），才能夠獲得下層的服務。SAP作為上層與下層進行訪問的服務場所，每一個SAP都會有有自己的一個標識，并且每個層間接口可以有多個SAP。

1.5 服務原語

網絡中的各種服務是通過相應的語言進行描述的，這些服務原語可以幫助用戶訪問相應的服務，也可以像用戶報告發生的相應事件。

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

1.6 數據單元

在網絡中信息傳送的單位稱為數據單元。數據單元可分為:協議數據單元（PDU）、接口數據單元（IDU）和服務數據單元（SDU）。

1）協議數據單元

不同系統某層對等實體為實現該層協議所交換的信息單位，稱為該層協議數據單。

其中:協議控制信息，是為實現協議而在傳送的數據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；用戶數據為實體提供服務而為上層傳送的信息。考慮到協議的要求，如時延、效率等因素，對協議數據單元的大小一般都有所限制。

2）服務數據單元

上層服務用戶要求服務提供者傳遞的邏輯數據單元稱為服務數據單元。考慮到協議數據單元對長度的限制，協議數據單元中的用戶數據部分可能會對服務數據單元進行分段或合并。

3）接口數據單元

在同一系統的相鄰兩層實體的一次交互中，經過層間接口的信息單元，稱為接口數據單元。

其中，接口控制信息是協議在通過層間接口時，需要加一些控制信息，如通過多少字節或要求的服務質量等，它只對協議數據單元通過接口時有作用，進入下層后丟棄；接口數據為通過接口傳送的信息內容。

1.7 網絡體系結構

網絡體系結構就是以完成不同計算機之間的通信合作為目標，把需要連接的每個計算機相互連接的功用分成明確的層次，在結構里面它規定了同層次進程通信的協議及相鄰層之間的接口及服務。實際上網絡體系結構就是用分層研究方法定義的計算機網絡各層的功能、各層協議以及接口的集合。

2 網絡體系結構的分層原理

當今社會上存在這各個年代、各個廠家、各個類型的計算機系統，如果將這不同的系統進行連接就必須遵守某種互聯標準規則。為了減少協議設計的復雜性，大多數網絡都是按照層的方式來組織的。

在網絡的各個不同分層結構中，每一層都要服務于它的上層，并且呀說明服務對象的相應接口，上層只不過是利用下層所提供的服務和相關的功能，不用知道下面的層次為了此次服務到底采用了什么樣的方法和相關的協議，下層也僅僅是知道上面一個層次傳送過來了什么參數，這就是層次間的無關性。處在各個不同的系統里面的相同層次之間的實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。分層結構的優點如下:

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

2）適應性強。層與層之間是相互獨立的，一層內部發生了變化并不影響與他相連接的其它各層；

3）易于實現和維護。整個大的系統進行分層后，一個復雜的系統被分解成很多個功能單一、范圍較小的子系統，每一個層次僅僅實現了與自己相關的功能，不僅僅讓復雜的系統變得清晰明了，也是網絡系統中各個環節的實現和調試變得簡單和容易。

3 結論

計算機網絡的體系復雜，各個層次間的聯系多種多樣，相信只要學習好現有的體系結構，一定能夠應對各種網路體系問題，由于作者本身經驗和知識層次的欠缺，文中難免會出現不合理之處，望作者批評指正。

[1]謝希仁.計算機網絡.4版.北京:電子工業出版社，2003.

[2]常晉義等.現代網絡技術及應用.北京:機械工業出版社，2004.