计算机网络分层模型与协议基础

"计算机网络_p01" 计算机网络是分布在不同地理位置上的计算机通过通信设备和线路连接起来，以便实现资源共享和信息传递的系统。在计算机网络中，由于计算机的操作系统各异，信息传输媒介多样，因此面临着诸多挑战。为了解决这些问题，引入了计算机网络的分层模型。 分层模型是计算机网络设计的核心思想，它将复杂的网络功能分解成多个独立的层次。每个层次负责特定的功能，如数据编码、传输、错误检测和纠正等。这种分层结构的优势在于： 1. 各层之间的独立性：每一层可以独立设计和修改，而不影响其他层，降低了设计和维护的复杂性。 2. 灵活性：允许任何一层进行改进或替换，只要层间接口保持不变，整个网络的正常运作就不会受到影响。 3. 结构分割：有助于组织和管理网络的复杂性。 4. 易于实现和维护：分层使得问题定位和故障排查更为简单。 5. 促进标准化：每层的接口和协议可以标准化，便于不同设备和系统的互操作性。 计算机网络体系结构是描述网络如何分层以及各层如何协作的一组原则和概念。它定义了网络的分层结构，包括各层的协议集，这些协议规定了层间通信的规则。计算机网络体系结构的主要作用是： 1. 抽象复杂网络：将复杂的网络功能简化为可管理的部分。 2. 结构化设计：基于分层结构，网络设计变得有条理且易于理解。 3. 界定功能：明确每层的任务、接口模式和数据结构，为实现和调试提供指导。 4. 实际操作依据：为网络设备制造和软件开发提供规范。 计算机网络协议是网络中数据交换的规则和标准，其三要素包括： 1. 语法：规定数据和控制信息的结构和格式，确保正确解码。 2. 语义：定义了何时发送什么信息，以及如何响应。 3. 同步：确定事件发生的顺序，协调通信双方的行动。 协议可以通过形式化描述、编程语言实现。在计算机网络的分层结构中，每个层次都有其相关的概念： - 实体：能够发送或接收信息的软件进程或硬件设备，它们在层次结构中扮演角色。 - 协议：对等实体间的通信规则，存在于同一层次的实体之间。 - 服务：下层向上层提供的功能，是相邻两层间的一种支持。 - 接口：上下层间信息交换的机制，是同一系统内相邻两层的连接点。 服务和接口之间有密切关系： - 服务原语：服务用户（上层实体）和服务提供者（下层实体）之间交互的信息单位，指示实体执行特定操作。 - 服务访问点（SAP）：同一系统内相邻层实体交互的逻辑接口，是服务用户通过服务提供者获取服务的途径。 服务分为两类：面向连接的服务和无连接的服务。面向连接的服务先建立连接，然后传输数据，最后释放连接，如TCP。无连接的服务则不需预先建立连接，如UDP，它提供了不可靠的数据报服务。而证实交付和请求回答是无连接服务的变种，增加了可靠性。 总结来说，计算机网络的分层模型、体系结构和协议是构建和理解网络运作的基础，它们定义了网络通信的规则和流程，使得异构系统能够有效地协同工作。