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墨滴

pmcee

2021/06/10  阅读:41  主题:橙心

计算机基础:计算机体系结构简要总结

本篇旨在对五层协议做一个总结,主要针对面试中“五层协议是什么”这类问题回答的参考关键点。如果想要详细了解并掌握网络协议,请阅读文末推荐的参考文献。

为了解决计算机网络的通信问题,而形成“计算机网络体系结构”的概念。国际标准化组织(ISO)提出了一个网络体系结构的标准框架:开发系统互连基本参考模型OSI/RM。在当时,OSI协议发布前,TCP/IP协议以及在全球大范围成功运行。由此,通常称OSI为法律上的标准,而TCP/IP为事实上的标准

1.协议

为什么需要协议?

前面已经提到,计算机网络需要通信(计算机相互之间需要有条不紊的交换数据),就必须遵循一套规则。而这套为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定就称为网络协议

由此,通过观察“通信”的过程(可类比人与人之间的通话交流),可以判断协议有三个要素:

  • 语法,即数据与控制信息的结构或格式;
  • 语义,即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应;
  • 同步,即事件实现顺序的详细说明。

计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构。

2.五层协议体系结构

OSI七层协议体系结构概念清楚,理论完整,但非常复杂且不实用;而TCP/IP四层协议体系结构得到了非常广泛的应用。然而TCP/IP最下层的网络接口层(对应于五层模型的数据链路层和物理层)没有什么具体内容。所以,从学习的角度来讲,通常会采取“五层协议的体系结构”。如下图1所示。 计算机网络体系结构 图1-计算机网络体系结构[1]

可以结合图2以及下文对五层模型的描述加深对计算机网络体系结构的理解。

数据在各层之间的传递过程 图2-数据在各层之间的传递过程[2]

1. 应用层

  • 应用层是与其他计算机进行通信的应用,对应于应用程序的通信服务,如各种应用软件
  • 目的:通过应用进程间的交互来完成特定网络应用
  • 数据单元:报文
  • 代表协议:DNS、HTTP、STMP等

OSI模型的表示层和会话层在五层模型中被合并到应用层。其中,表示层的任务是定义数据格式和加密;会话层的任务是控制应用程序的会话能力,它定义了一段会话的开始、控制和结束,包括对多个双向消息的控制和管理,以便在只完成一部分消息时可以通知应用(简单来说就是负责通信连接)。实际上,应用层、表示层和会话层这三层的协议是可以共用的。

2. 运输层

  • 运输层对差错恢复协议和无差错恢复协议的选择,对同一主机上不同数据流的输入进行复用等。是唯一负责整体的数据传输和数据控制的。
  • 目的:负责向两台主机中进程之间的通信提供通用(可复用和分用)的数据传输服务。
    • 对上级(应用层等)提供可靠的传输服务。
    • 对下级(网络层)提供可靠的目的信息。
  • 数据单元:数据报/报文段
  • 主要代表协议:(详参TCP/UDP)
    • TCP:传输控制协议
    • UDP:用户数据报协议

3.网络层

  • 目的:负责为分组交换网络上的不同主机提供通信服务。
    • 网络层把运输层产生的报文段或用户产生的数据报封装成分组或包进行传送。
    • 选择合适的路由,以便分组(数据报)可以通过路由机找到目的主机。
  • 数据单位:分组/数据包
  • 代表协议:IP、IPX等

运输层负责建立“端口到端口”的通信,网络层负责建立“主机到主机”的通信。

4.数据链路层

  • 目的:负责物理层面上(各链路间)的互连的、结点间的通信。
    • 还包括了:物理地址寻址、对数组报组装成帧、流量的控制、数据的检错、重发等功能。
  • 数据单元:数据帧
  • 代表协议:帧中继、PPP、ARP等

5.物理层

  • 目的:规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。
    • 考虑使用多大的电压代表“1”和“0”,以及接收方如何识别发送方所发送的比特。
    • 确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各引脚应如何连接。
  • 数据单元:比特
  • 代表协议:EIA/TIA RS-232、FDDI令牌环网等

物理媒体(如双绞线等)属于物理层以下,因此有物理媒体为第0层的说法。

参考资料

[1]

计算机网络体系结构: 谢希仁《计算机网络(第7版)》。

[2]

数据在各层之间的传递过程: 谢希仁《计算机网络(第7版)》。

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2021/06/10  阅读:41  主题:橙心

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