计算机网络体系结构

鲍红梅

山东省泰安市城市建设设计院，山东 泰安 271000

0 引言

几十年来，计算机网络发展相当迅速。但计算机网络的实现要解决很多复杂的技术问题:支持多种通信介质，比如双绞线、同轴电缆、光纤、微波、红外线等；支持多厂商、异构互联，包括软件的通信约定以及硬件接口的规范；支持多种业务，比如批处理、交互分时、数据库等；支持高级人机接口，满足人们对多媒体日益增长的需求。正如结构化程序设计中对复杂问题的模块化分层处理一样，在处理计算机网络这种复杂系统时所采用的方法就是把复杂的大系统分层处理，每层完成特定功能，各层协调起来实现整个网络系统的功能。计算机网络体系结构就是介绍计算机网络中普遍采用的层次化网络研究方法。

1 计算机网络体系结构的基本概念

1.1 通信协议

在网络系统中，为了满足数据通信的双方准确无误的进行通信，这就需要我们根据在通信过程中产生的各种问题，制定一系列的通信双方必须遵守的规定，这就是我们所说的通信协议。从通信协议的表现形式来看，它规定了交互双方用于通信的一系列语言法则和语言意义，这些相关的协议能够规范各个功能部件在通信过程中的正确操作。

1.2 实体

每层的具体功能是由该层的实体完成的。所谓实体是指能在某一层中具有数据收发能力的活动单元（元素）。一般就是该层的软件进程或者实现该层协议的硬件单元。在不同系统上同一层的实体互称为对等实体。

1.3 接口

上下层之间交换信息通过接口来实现。一般使上下层之间传输信息量尽可能少，这样使两层之间保持其功能的相对独立性。

1.4 服务

服务就是网络中各层向其相邻上层提供的一组功能集合，是相邻两层之间的界面。因为在网络的各个分层机构中的单方面依靠关系，使得在网络中相互邻近层之间的相关界面也是单向性的:下层作为服务的提供者，上层作为服务的接受者。上层实体必须通过下次的相关服务访问点（Service Access Point，SAP），才能够获得下层的服务。SAP作为上层与下层进行访问的服务场所，每一个SAP都会有有自己的一个标识，并且每个层间接口可以有多个SAP。

1.5 服务原语

网络中的各种服务是通过相应的语言进行描述的，这些服务原语可以帮助用户访问相应的服务，也可以像用户报告发生的相应事件。

服务原语可以带着不同的参数，这些参数可以指明需要与那台服务器相连、服务器的类别、和准备在这次连接上所使用的数据长度。假如被呼叫的用户不同意呼叫用户建立的连接数据大小，它会在一个“连接响应”原语中提出一个新的建议，呼叫的一方能够从“连接确认”的原语中得知情况。这样的整个过程细节就是协议内容的一部分。

1.6 数据单元

在网络中信息传送的单位称为数据单元。数据单元可分为:协议数据单元（PDU）、接口数据单元（IDU）和服务数据单元（SDU）。

1）协议数据单元

不同系统某层对等实体为实现该层协议所交换的信息单位，称为该层协议数据单。

其中:协议控制信息，是为实现协议而在传送的数据的首部或尾部加的控制信息，如地址、差错控制信息、序号信息等；用户数据为实体提供服务而为上层传送的信息。考虑到协议的要求，如时延、效率等因素，对协议数据单元的大小一般都有所限制。

2）服务数据单元

上层服务用户要求服务提供者传递的逻辑数据单元称为服务数据单元。考虑到协议数据单元对长度的限制，协议数据单元中的用户数据部分可能会对服务数据单元进行分段或合并。

3）接口数据单元

在同一系统的相邻两层实体的一次交互中，经过层间接口的信息单元，称为接口数据单元。

其中，接口控制信息是协议在通过层间接口时，需要加一些控制信息，如通过多少字节或要求的服务质量等，它只对协议数据单元通过接口时有作用，进入下层后丢弃；接口数据为通过接口传送的信息内容。

1.7 网络体系结构

网络体系结构就是以完成不同计算机之间的通信合作为目标，把需要连接的每个计算机相互连接的功用分成明确的层次，在结构里面它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。实际上网络体系结构就是用分层研究方法定义的计算机网络各层的功能、各层协议以及接口的集合。

2 网络体系结构的分层原理

当今社会上存在这各个年代、各个厂家、各个类型的计算机系统，如果将这不同的系统进行连接就必须遵守某种互联标准规则。为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都是按照层的方式来组织的。

在网络的各个不同分层结构中，每一层都要服务于它的上层，并且呀说明服务对象的相应接口，上层只不过是利用下层所提供的服务和相关的功能，不用知道下面的层次为了此次服务到底采用了什么样的方法和相关的协议，下层也仅仅是知道上面一个层次传送过来了什么参数，这就是层次间的无关性。处在各个不同的系统里面的相同层次之间的实体之间没有什么直接的相互通信的能力，它们的通信必须经过相邻近的下面层次和更加下层的各种通信来完成。分层结构的优点如下:

1）独立性强。各个层次之间有具体的分工，独立性是指被分层的具有相对独立功能的每一层只要知道下面的层次能够为自己提供的服务是什么和自己向上面一个层次能够提供什么服务就好，不用知道下面的层次为自己提供的服务需要什么方式；

2）适应性强。层与层之间是相互独立的，一层内部发生了变化并不影响与他相连接的其它各层；

3）易于实现和维护。整个大的系统进行分层后，一个复杂的系统被分解成很多个功能单一、范围较小的子系统，每一个层次仅仅实现了与自己相关的功能，不仅仅让复杂的系统变得清晰明了，也是网络系统中各个环节的实现和调试变得简单和容易。

3 结论

计算机网络的体系复杂，各个层次间的联系多种多样，相信只要学习好现有的体系结构，一定能够应对各种网路体系问题，由于作者本身经验和知识层次的欠缺，文中难免会出现不合理之处，望作者批评指正。

[1]谢希仁.计算机网络.4版.北京:电子工业出版社，2003.

[2]常晋义等.现代网络技术及应用.北京:机械工业出版社，2004.