计算机网络 网络体系结构的基本概念

计算机网络网络体系结构的基本概念
计算机网络体系结构是指整个网络系统的逻辑结构和功能分配，定义和描述了计算机与通信设备之间互连的标准和规范集合。

遵循这些标准和规范能够方便地实现计算机与通信设备之间的通信，下面我们介绍下网络体系结构中的一些基本概念。

1．实体
实体是指具有发送和接收信息功能的通信设备、计算机和应用程序。

例如，应用程序、数据库管理系统、电子邮件服务器和计算机都属于实体。

计算机网络中不同系统的实体之间能够相互通信，并且每个系统可以包含一个或者多个实体。

2．协议
协议是为网络中通信双方进行数据交换，而建立的一种双方都能够识别和理解的规则或标准。

协议主要有以下三部分组成：
●语法是指数据和控制信息的结构或格式，即对通信双采用的数据格式、编码方法
等进行定义。

例如，报文内容的顺序、格式等。

●语义是对通信双方发出请求、执行动作，以及对方应答所做出的解释。

例如，解
释报文有几部分组成，哪些部分是用于控制数据，哪些部分是真正的数据内容。

●时序是对事件实现顺序的详细说明。

例如，传输数据时采用同步传输，还是采用
异步传输，都要靠时序来实现。

3．网络体系结构
网络体系结构是层和协议的集合。

它描述了实现不同计算机系统之间互连和通信的方法和机构。

由于计算机网络是一个涉及通信系统和计算机系统的综合系统，为降低其设计和实现的难度，通常采用结构化设计方法，将计算机网络需要实现的功能划分成若干功能模块，形成层次分明的网络体系结构。

网络体系结构采用分层体系结构的优点主要体现在以下几个方面：
●各层之间相互独立
●灵活性好
●易于实现和维护
●有利于促进标准化
在每一对相邻层之间都有一个预先定义明确的界面，即接口。

接口定义了下层向上层提供的原语操作和服务。

如果网络中每一层都能完成一组有定义明确的功能，相邻层之间有一个定义清晰的接口，不仅能够减少层与层之间必须要传送的信息数量，还能够很方便的更改某一层功能的实现方法，有利于新通信技术和通信材料的使用。

例如，在计算机网络中，使用红外线来代替现有电话线传输介质，不影响计算机之间的信息交换。

4．服务类型
在计算机网络协议的层次结构中，层与层之间具有服务与被服务的单向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层调用下层的服务。

下层可以向上层提供两种不同类型的服务，即面向连接的服务和无连接的服务。

如表2-1所示。

表2-1 面向连接的服务和无连接服务
面向连接的服务是指在发送端发送数据前，首先和接收端进行沟通，建立连接通道，并提醒接收端接收数据。

然后，使用建立的连接通道，发送数据，待接收端接收数据完毕，将释放该连接。

例如，我们打电话时，首先拿起电话，拨对方的号码。

然后，待电话接通，和对方交谈，谈话完毕挂断电话。

面向连接的服务特点是：数据传输必须经过建立连接、维护连接和释放连接三个过程；在数据传输过程中，各数据分组可以不携带接收端的地址；收发数据顺序不变，并且传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率低。

● 无连接的服务（Connectionless Service ）
无连接的服务是指发送端简单地将数据发送到网络上，在传送数据之前发送端和接收端没有沟通的过程，也没有对方反馈的确认信息，发送端不知道接收端是否接收到数据。

例如，在邮政系统中，每个信件都带有完整的目的地址，并且每一封信件都独立于其他信件，由系统选定的路线传输。

无连接服务的每个数据分组都携带完整的接收端地址，并且各分组在系统中独立传送；无连接服务的数据传输不需要经过建立、维护连接和释放连接三个过程；数据分组在传输过程中，接收端接收到的数据分组可能会出现乱序、重复和丢失的现象；无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率高。

在计算机网络中，服务类型的质量和特性可以用可靠性这一指标来衡量，而可靠性通常通过确认和重传机制来实现。

多数面向连接的服务都支持确认重传机制，因此，多数面向连接的服务都是可靠的。

但由于确认重传机制将导致网络额外开销和延迟，因此一些对可靠性要求不高的面向连接服务系统不支持确认重传机制，即提供不可靠面向连接服务。

例如，网络电话中的数字语音传输，对于电话用户来说，他们宁可听到线路中有一点噪音，也不愿意等待因确认而造成语音延迟。

多数无连接服务不支持确认重传机制，因此，多数无连接服务可靠性不高。

但也有些特殊的无连接传输服务支持确认重传机制，以提高其可靠性。

例如，网络数据库系统中的请求——应答服务（Request-Reply Service ），其中应答报文既包含应答信息，也是对请求报文的确认。

5．服务原语
在计算机网络体系结构中，服务原语描述相邻层之间，由较低一层对较高一层所提供的服务，并定义通过服务端口所必须传递的信息。

一个完整的服务原语包括原语名字、原语类型和原语参数三个部分。

服务原语分为以下4类：
● 请求原语（Request ） 使服务用户能够从服务提供者那里请求到一定的服务，例
如，建立连接、发送数据、拆除连接等。

● 指示原语（Indication ） 服务提供者能够向服务用户指示某种状态，例如，连接指
示、输入数据等。

● 响应原语（Response ） 使服务用户能响应先前的指示原语，例如，接收连接等。

● 确认原语（Confirmation ） 使服务提供者能报告先前请求原语请求成功与否。

6．服务与 提 示
原语参数类很多，原语不同，参数也有差别，主要参数为目的服务访问点地址、源访问服务点地址、数据、数据单元、优先级等，以及与数据交换相关的信息。

协议的区别
服务和协议是两个完全不同的概念，服务是指各层向其上一层提供的一组原语。

尽管服务定义了该层能够代表其上一层完成的操作，但它并不涉及如何实现这些操作。

服务还定义了相邻层之间的接口，下层是服务提供者，上层是服务调用者。

协议是一组规则，用来规定同一层上对等实体之间所交换的消息或者分组的格式和含义。

实体利用协议来定义它们应该完成的服务，它们可以自由地改变协议，但不能改变服务。

这样，服务和协议被完全分离开。

服务涉及到层之间的接口，而协议涉及到不同计算机上对等实体之间发送的分组。

如2-1所示，为服务和协议之间的关系示意图。

第K+1层
第K-1层第K+1层第K-1层
图2-1 服务和协议之间的关系
提 示 协议与服务的分离，使得在计算机网络中采用信通信技术替换落后的通信手段更
容易，增加了设计计算机网络的适应性。