計算機網(wǎng)絡分層原理探析

于洋

摘 要 本文從現(xiàn)代網(wǎng)絡的發(fā)展狀況出發(fā)，探析了計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)及其原理。重點介紹了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型ISO/OSI，對各層功能進行了深入淺出的論述。指出計算機網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡應用更加廣泛，數(shù)據(jù)傳輸更加順暢，網(wǎng)絡維護更加方便。

關鍵詞 計算機網(wǎng)絡 分層 開放系統(tǒng)互聯(lián) ISO/OSI

中圖分類號：TP393.09 文獻標識碼：A

0前言

計算機網(wǎng)絡是一個涉及計算機技術、通信技術等多個領域的復雜系統(tǒng)。現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡已經(jīng)滲透到工業(yè)、商業(yè)、政府、軍事等領域以及人們生活中的各個方面，如此龐大而又復雜的系統(tǒng)需要有效而且可靠地運行，網(wǎng)絡中的各個部分就必須遵守一整套合理而嚴謹?shù)慕Y(jié)構(gòu)化管理規(guī)則。計算機網(wǎng)絡就是按照高度結(jié)構(gòu)化方法采用功能分層原理來實現(xiàn)的。

1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議

1.1網(wǎng)絡的分層體系結(jié)及特點

計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)采用分層配對結(jié)構(gòu)，用于定義和描述一組用于計算機及其通信設施之間互聯(lián)的標準和規(guī)范的集合。遵循這組規(guī)范可以方便地實現(xiàn)計算機設備之間的通信。也就是說，為了完成計算機之間的通信合作，把每臺計算機互聯(lián)的功能劃分成有明確定義的層次，并規(guī)定了同層次進程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口及服務。在層次上，較高層次建立在較低層次的基礎上，并為其更高層次提供必要的服務功能。這種分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點如下：

（1）獨立性強。分層結(jié)構(gòu)中各相鄰層之間要有一個接口，它定義了較低層向較高層提供的原始操作和服務。相鄰層可以通過它們之間的接口交換信息，需要知道該層間的接口所提供的服務，這樣使得兩層之間保持功能的獨立性。

（2）適應性強。當任何一層發(fā)生變化時，只要層間接口不發(fā)生變化，那么這種變化就不會影響到其他任何一層，這表明可以對層內(nèi)進行修改。

（3）易于實現(xiàn)和維護。分層之后使得實現(xiàn)和調(diào)試大的、復雜的系統(tǒng)相對變得簡單和容易。

1.2協(xié)議（Protocol）

計算機網(wǎng)絡的應用系統(tǒng)中，需要進行實體之間的通信。實體包括用戶應用程序、文件傳輸信息包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、電子郵件設備以及終端等。兩個實體要想成功地通信，必須遵守通信規(guī)則，即協(xié)議。

協(xié)議的關鍵成分是：

（1）語法（Syntax）。語法確定協(xié)議元素的格式，即規(guī)定了數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式。

（2）語義（Semantics）。語義確定協(xié)議元素的類型，即規(guī)定通信雙方要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應答。

（3）定時（Timing）。定時確定通信速度的匹配和排序，即有關事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

2開放系統(tǒng)互連參考模型

（1）ISO/OSI（International Standard Organization/Open System Interconnection）參考模型稱為開放系統(tǒng)互連參考模型，即ISO/OSI模型。ISO/OSI采用分層的結(jié)構(gòu)化技術，它將整個網(wǎng)絡功能劃分為7層，由底向上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

（2）各層功能

第一層：物理層（Physical Layer），在物理信道上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特（bit）流，提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需的各種傳輸介質(zhì)、通信接口特性等。可以簡稱“信號和介質(zhì)（signals and media）”。

第二層：數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer），在網(wǎng)絡節(jié)點間的線路上通過檢測、流量控制和重發(fā)等手段，無差錯地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)在物理鏈路上的傳輸。涉及到物理尋址、網(wǎng)絡介質(zhì)訪問、錯誤檢測）?？梢岳斫庥洃洖椤皫徒橘|(zhì)訪問控制（frames and media access control）”。

第三層：網(wǎng)絡層（Network Layer），為傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸提供建立、維護和終止網(wǎng)絡連接的手段，把上層來的數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)包在節(jié)點之間進行交換傳送，并且負責路由選擇和擁塞控制（網(wǎng)絡層是復雜的一層，它提供兩臺主機間的連接和路徑選擇，這兩臺主機可能位于地理上很分散的網(wǎng)絡中）?？梢岳斫庥洃洖椤奥窂竭x擇、路由及邏輯尋址（path selection 、routing、and logical addressing）”。

第四層：傳輸層（Transport Layer），將其以下各層的技術和工作屏蔽起來，使高層看來數(shù)據(jù)是直接從端到端的，即應用程序間的。 傳輸層在發(fā)送主機系統(tǒng)上對將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行分段，在接收主機系統(tǒng)上完成數(shù)據(jù)段到數(shù)據(jù)流的重組。可以理解記憶為“流量控制和可靠性（flow control and reliability）”。

第五層：會話層（Session Layer），在兩個不同系統(tǒng)的互相通信的應用進程之間建立、組織和協(xié)調(diào)交互?？梢岳斫庥洃洖椤皩υ捄徒徽劊╠ialogues and conversations）”。

第六層：表示層（Presentation Layer），把所傳送的數(shù)據(jù)的抽象語法變?yōu)閭魉驼Z法，即把不同計算機內(nèi)部的不同表示形式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡通信中的標準表示形式（即表示層需要把各種不同的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成一種通用格式）。此外，對傳送的數(shù)據(jù)加密（或解密）、正文的壓縮（或還原）也是表示層的任務?？梢岳斫庥洃洖椤耙环N通用的數(shù)據(jù)格式（a common data format）”

第七層：應用層（Application Layer），為用戶提供應用的接口（或最靠近用戶的一層，它為用戶的應用程序提供網(wǎng)絡服務），即提供不同計算機之間的文件傳送、訪問與管理、電子郵件的內(nèi)容處理、不同計算機通過網(wǎng)絡交互訪問的虛擬終端功能等等?？梢岳斫庥洃洖椤盀g覽器（Browser）”。

計算機網(wǎng)絡的這種分層結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡應用更加廣泛，數(shù)據(jù)傳輸更加順暢，網(wǎng)絡維護更加方便了。

參考文獻

[1] 易超.淺議計算機網(wǎng)絡協(xié)議與分層[J].百家論壇，2014（2）.

[2] 劉洋.淺析計算機網(wǎng)絡的應用現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].科技世界，2013（6）.