计算机网络体系结构与分层设计

"本资源是一份关于计算机网络结构的课件，主要讲解了协议的分类，特别是面向字符和面向比特的通信方式，并介绍了共享信道问题及其解决方案，特别是局域网（LAN）中的介质访问控制方法，如CSMA/CD和令牌传递。此外，课件还涵盖了计算机网络体系结构的发展历程、分层原理以及网络参考模型，特别是五层网络参考模型的应用。" 在计算机网络中，协议是确保不同设备之间通信得以顺利进行的关键。根据传输数据的方式，协议可以分为面向字符和面向比特两类。面向字符的协议，如IBM的BSC规程，数据是以字符为单位传输，利用控制字符来控制通信过程，这种方式相对简单但效率可能较低。而面向比特的协议，如ISO的HDLC规程，则是以位为单位传输数据，通过帧中的控制字段来管理通信，这种方式更高效，但实现起来更为复杂。 面对共享信道问题，例如在局域网（LAN）或无线网络中，如何有效地控制多个设备对同一信道的访问成为了一个挑战。为了解决这个问题，数据链路层被划分为逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）两个子层。MAC子层专门负责解决共享介质访问控制问题，确保数据能在多个设备间公平且高效地传输。常见的介质访问控制方法有CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测），常用于有线以太网，它允许设备在发送数据前先监听信道是否空闲，如果发现冲突则停止发送并等待随机时间再次尝试。另一种方法是令牌传递，通常用于令牌环网络，通过在网络中传递一个令牌来决定哪个设备有权发送数据。 计算机网络体系结构的发展源于解决网络的复杂性和异质性。为了解决这一问题，人们引入了分层原理，类似于空中旅行的组织结构。分层方法将复杂的网络系统分解为多个功能明确的层次，每个层次负责特定的任务，并依赖下一层提供的服务。例如，网络参考模型中的五层模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层）各自承担了数据传输、错误检测与纠正、路由选择、端到端通信以及用户接口等职责。这种分层结构使得网络设计、实现、更新和维护变得更加有序和高效，同时增强了网络的独立性和适应性。 在其他领域，如程序设计、邮政系统、银行系统等，分层原理也被广泛应用，帮助复杂系统的构建和管理。通过将大问题拆解为小模块，各层之间的职责明确，使得整个系统的协同工作更为顺畅，同时也提高了系统的可扩展性和可维护性。