计算机网络分层原理探析

　　本文从现代网络的发展状况出发，探析了计算机网络的体系结构及其原理。重点介绍了开放式系统互联参考模型ISO/OSI，对各层功能进行了深入浅出的论述。指出计算机网络的分层结构使网络应用更加广泛，数据传输更加顺畅，网络维护更加方便。

　　0前言

　　计算机网络是一个涉及计算机技术、通信技术等多个领域的复杂系统。现代计算机网络已经渗透到工业、商业、政府、军事等领域以及人们生活中的各个方面，如此庞大而又复杂的系统需要有效而且可靠地运行，网络中的各个部分就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理规则。计算机网络就是按照高度结构化方法采用功能分层原理来实现的。

　　1网络体系结构和协议

　　1.1网络的分层体系结及特点

　　计算机网络体系结构采用分层配对结构，用于定义和描述一组用于计算机及其通信设施之间互联的标准和规范的集合。遵循这组规范可以方便地实现计算机设备之间的通信。也就是说，为了完成计算机之间的通信合作，把每台计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务。在层次上，较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高层次提供必要的服务功能。这种分层结构的优点如下：

　　(1)独立性强。分层结构中各相邻层之间要有一个接口，它定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。相邻层可以通过它们之间的接口交换信息，需要知道该层间的接口所提供的服务，这样使得两层之间保持功能的独立性。

　　(2)适应性强。当任何一层发生变化时，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不会影响到其他任何一层，这表明可以对层内进行修改。

　　(3)易于实现和维护。分层之后使得实现和调试大的、复杂的系统相对变得简单和容易。

　　1.2协议(Protocol)

　　计算机网络的应用系统中，需要进行实体之间的通信。实体包括用户应用程序、文件传输信息包、数据库管理系统、电子邮件设备以及终端等。两个实体要想成功地通信，必须遵守通信规则，即协议。

　　协议的关键成分是：

　　(1)语法(Syntax)。语法确定协议元素的格式，即规定了数据与控制信息的结构和格式。

　　(2)语义(Semantics)。语义确定协议元素的类型，即规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。

　　(3)定时(Timing)。定时确定通信速度的匹配和排序，即有关事件实现顺序的详细说明。

　　2开放系统互连参考模型

　　(1)ISO/OSI(International Standard Organization/Open System Interconnection)参考模型称为开放系统互连参考模型，即ISO/OSI模型。ISO/OSI采用分层的结构化技术，它将整个网络功能划分为7层，由底向上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

　　(2)各层功能

　　第一层：物理层(Physical Layer)，在物理信道上传输原始的数据比特(bit)流，提供为建立、维护和拆除物理链路所需的各种传输介质、通信接口特性等。可以简称“信号和介质(signals and media)”。

　　第二层：数据链路层(Data Link Layer)，在网络节点间的线路上通过检测、流量控制和重发等手段，无差错地传送以帧为单位的数据(数据链路层提供数据在物理链路上的传输。涉及到物理寻址、网络介质访问、错误检测)。可以理解记忆为“帧和介质访问控制(frames and media access control)”。

　　第三层：网络层(Network Layer)，为传输层的数据传输提供建立、维护和终止网络连接的手段，把上层来的数据组织成数据包在节点之间进行交换传送，并且负责路由选择和拥塞控制(网络层是复杂的一层，它提供两台主机间的连接和路径选择，这两台主机可能位于地理上很分散的网络中)。可以理解记忆为“路径选择、路由及逻辑寻址(path selection 、routing、and logical addressing)”。

　　第四层：传输层(Transport Layer)，将其以下各层的技术和工作屏蔽起来，使高层看来数据是直接从端到端的，即应用程序间的。 传输层在发送主机系统上对将要发送的数据进行分段，在接收主机系统上完成数据段到数据流的重组。可以理解记忆为“流量控制和可靠性(flow control and reliability)”。

　　第五层：会话层(Session Layer)，在两个不同系统的互相通信的应用进程之间建立、组织和协调交互。可以理解记忆为“对话和交谈(dialogues and conversations)”。

　　第六层：表示层(Presentation Layer)，把所传送的数据的抽象语法变为传送语法，即把不同计算机内部的不同表示形式转换成网络通信中的标准表示形式(即表示层需要把各种不同的数据格式转换成一种通用格式)。此外，对传送的数据加密(或解密)、正文的压缩(或还原)也是表示层的任务。可以理解记忆为“一种通用的数据格式(a common data format)”

　　第七层：应用层(Application Layer)，为用户提供应用的接口(或最靠近用户的一层，它为用户的应用程序提供网络服务)，即提供不同计算机之间的文件传送、访问与管理、电子邮件的内容处理、不同计算机通过网络交互访问的虚拟终端功能等等。可以理解记忆为“浏览器(Browser)”。

　　计算机网络的这种分层结构使网络应用更加广泛，数据传输更加顺畅，网络维护更加方便了。

　　作者：于洋 来源：科教导刊·电子版 2016年13期