# 分层模型

## 分层优点

* 各层独立。每一层不需要知道下层是如何实现的，只需要知道层间的接口和所提供的服务。  
* 使复杂问题简化，高层屏蔽低层细节问题  
* 灵活性好。当任意层发生变化时，只要接口不变，上下层均不受影响。  
* 结构上分开，各层可采用最适合的技术。  
* 易于实现和维护。  
* 促进标准化。由于每一层及其提供的服务都有明确的定义，便于制订统一的协议。  

## 计算机网络体系结构

1. 定义  
   * 层次结构和协议的集合构成网络的体系结构   
2. 作用  
   * 复杂网络的抽象概念描述，形成网络的框架结构，实现网络的结构化设计；  
   * 对每一层进行功能界定，成为该层次的实现者进行软件编程和硬件设计的依据。  
3. 研究方法  
   * 按功能抽象分层  
   * 定义层间的结构和提供的服务  
   * 定义同层间通信的规则—协议  

## 分层原则

1. 根据功能需要分层  
2. 每层的功能明确  
3. 每层的功能选择有利于指定国际标准  
4. 每层的接口信息量尽可能少   
5. 层数足够多：避免不同的功能混于同一层   
6. 层数不能太多：避免体系结构过于庞大  

## ISO OSI Reference Model

ISO: International Standard Organization\
OSI: Open System Interconnect\
![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIX9u6W4w4DGyyvrU%2F2020-02-28-09-26-03.png?generation=1583036130241266\&alt=media)\
底层三层是 hop-by-hop 由电信部门管，在网络中\
上面四层是 end-to-end 由电脑内部实现\
物理连接示意：\
![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIX9w7rPKfQSaGXOu%2F2020-02-28-09-42-28.png?generation=1583036128284060\&alt=media)

## 主机1向主机2发送数据实例

![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIXA0jRIXa6iLgpaG%2F2020-02-28-09-28-37.png?generation=1583036129244644\&alt=media)

## 网络体系结构的主要概念

1. 每个层次定义三个基本概念  
   * 接口：上下层之间联络的方式(e.g. 快递给收发室)  
   * 服务：解决的功能(e.g. 寄送服务)  
   * 协议：规范(e.g. 快递单需要填写的格式)  
2. 三个概念之间的相互关系  
   * 接口与服务的关系：通过接口提供服务    
   * 协议与服务的关系：服务建立在相同的协议之上    
   * **协议是水平的，服务是垂直的**：同层之间要确保协议一致才能正常，服务只需要解决自己的功能，不需要关系其他层     

     ![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIXA3-IVvKr00YPpW%2F2020-02-28-09-37-31.png?generation=1583036131668069\&alt=media)  

## 每个层次定义的三个概念

1. 接口  
   * 每层接口告诉上层进程对其的访问方式  
   * 定义需要的**参数**和**预期**的结果  
2. 服务  
   * 每层为上层提供服务，定义该层做什么  
   * 服务通常由一组**原语操作**来描述(原语：最基本操作，不可再分)     
3. 协议  
   * 定义服务是如何实现的  
   * 每层中使用的**对等协议**只涉及该层的内部事物  
   * 协议的修改和替换**不影响更高层次**  

## Internet Layering and OSI Layering

![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIXAAmnBLtmaDJMJ-%2F2020-02-28-09-40-12.png?generation=1583036133286023\&alt=media)\
7层协议是概念性的东西，但实际上使用的时候使用的是4层

物理的连通，关注物理上如何进行数据的传输：\
![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIXAFBYscr2_a-7pm%2F2020-02-28-09-45-48.png?generation=1583036132354229\&alt=media)

逻辑的连通，关注逻辑上如何进行数据的交互：\
![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIXAKjzA-KSTpDJxS%2F2020-02-28-09-46-39.png?generation=1583036133208862\&alt=media)

## 协议 protocol

### 协议定义

协议：计算机网络**同等层次**中，通信**双方进行信息交换时**必须**遵守的规则**。

### 协议组成 (协议三要素)

1. 语法（syntax)：表示数据与控制信息的**结构或格式**  
2. 语义（semantics)：指出需要发出何种**控制信息**、完成何种**动作**以及做出何种**响应**  
3. 定时（timing)：有关事件**顺序**的说明或者叫同步  

## 计算机网络的各种定义

1. 计算机网络是以实现远程通信为目的，一些**互连**的，**独立自治**的计算机的**集合**。  
   * 必须是多态机器，拥有多个IP，可以互相访问，单机分时系统 **不属于** 计算机网络  

     2．计算机网络是把**地理位置上分散**的为能够相互共享资源（硬，软件，信息）的方式而连接起来，并且各自具有**独立功能**的计算机系统之**集合**。  
   * 计算机间通信的目的是为共享硬、软件、信息资源；  
   * 各计算机功能独立，地域可以分散；  
   * 计算机网络应具有网络操作系统。  
2. 计算机网络是一组**相互连在一起**的计算机系统的**集合**。  
3. 凡将具有**独立功能**的**两个以上**计算机系统，通过通信设备和线路（或无线）将其连接起来，由功能完善的网络软件（网络协议，操作系统等）**实现网络资源共享和信息交换**的系统，称之为计算机网络。  

## 网络结构

![](https://2161500321-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-legacy-files/o/assets%2F-M0bSIkrSKJhpcDpbSbW%2F-M1JIS15ZMiTATWipjp2%2F-M1JIXAMDH8Hm_srokOH%2F2020-02-28-09-52-25.png?generation=1583036133417590\&alt=media)

* access net: 接入网，如：4G, 光纤等，末端设备先接入接入网  
* Internet Service Provider: 主干网，如：中国移动，接入网一般用光缆接到主干网