第3章計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)3.1計算機網(wǎng)絡的功能特性3.2幾種商用計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)3.3ISO開放系統(tǒng)互連參考模型的概念3.4OSI分層體系結(jié)構(gòu)3.1計算機網(wǎng)絡的功能特性

加入分組的控制信息主要有兩種:一種是接收端用于驗證是否正確接收的差錯控制信息;另一種是指明數(shù)據(jù)包的發(fā)送端和接收端的地址信息。因而網(wǎng)絡必須具有差錯控制功能和尋址功能。另外當多個結(jié)點同時要求發(fā)送分組時,網(wǎng)絡還必須通過某種沖突仲裁過程決定誰先發(fā)送,誰后發(fā)送。所有這些帶有控制信息的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中通過一個個結(jié)點正確向前傳送的功能,通常叫做數(shù)據(jù)鏈路控制功能DLC(DataLinkControl)。我們將在第五章詳細論述DLC。圖3.1一對用戶之間進行網(wǎng)絡通信的過程3.2幾種商用計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)3.2.1SNASNA(SystemNetworkArchitecture)是IBM公司的系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。SNA從1974年首次提出到1985年的最新版本經(jīng)歷了重大演變,從單個主機和終端組成的樹形結(jié)構(gòu)演變成了可由多個主機和終端組成任意拓撲結(jié)構(gòu)的廣域網(wǎng)絡。圖3.2表示了SNA兩個結(jié)點機中的分層功能。雖然在圖中沒有表示出中間結(jié)點,但實際上允許在兩個結(jié)點之間的通路上存在多個中間結(jié)點。這樣的功能層次應該看成是一種邏輯表示,實際上一端的各個功能層可以物理地分布在幾個機器中。圖3.2SNA分層的體系結(jié)構(gòu)際標準(參見第四章)。(2)數(shù)據(jù)鏈路控制層(DLC):這一層的功能是把原始的比特流組織成幀,使之無損傷地沿著噪音信道從主站傳送到次站。(3)路徑控制層(PC):這一層涉及在源結(jié)點和目標結(jié)點之間建立一條邏輯通路。(4)傳輸控制層(TC):提供端到端的有連接服務,包括會話連接的建立和拆除。(5)數(shù)據(jù)流控制層(DFC):這一層根據(jù)用戶的請求和響應決定哪一方發(fā)送,哪一方接收;是全雙工通信,還是半雙工通信;在會話過程中對報文進行分組;根據(jù)用戶的請求暫停數(shù)據(jù)的發(fā)送等。(6)表示服務層(PS):這一層定義用戶對網(wǎng)絡的接口,即數(shù)據(jù)編碼,數(shù)據(jù)格式以及其他屬性。(7)事務處理服務層(TS):這一層以特權(quán)程序的形式為用戶提供應用方面的服務。3.2.2DNA和DECnetDNA(DigitalNetworkArchitecture)是DEC公司的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。DECnet網(wǎng)絡就是根據(jù)這種體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。DNA最早在1975年提出,現(xiàn)行的是它的第五個版本,稱Ⅴ型DNA。DNA的每一個版本都是向前兼容的。與SNA一樣,DNA也在不斷地演變,以反映計算機組網(wǎng)技術(shù)的進展。最新的Ⅴ型DNA既支持DEC專用的協(xié)議,也支持國際標準協(xié)議。它是現(xiàn)今最重要的專用網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)之一。DNA的協(xié)議集表示在圖3.3中,其中,最主要的是下面的四層,這是由制造商提供的。圖3.3DNA分層的體系結(jié)構(gòu)3.2.3X.25X.25協(xié)議表示在圖3.4中,它是由CCITT建議的在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN(PublicDataNetwork)上數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(即計算機,終端或其他按分組方式工作的設(shè)備)和通信子網(wǎng)之間的接口,于1976年首次作為國際標準公布,后又經(jīng)過兩次修訂。事實上,X.25包括了通信子網(wǎng)最下邊的三個邏輯功能層:即物理層,鏈路層(或幀層)和網(wǎng)絡層(或分組層),和SNA下面的三層是對應的。圖3.4X.25的分層協(xié)議和虛電路3.3ISO開放系統(tǒng)互連參考模型的概念3.3.1分層的原理分層是一種結(jié)構(gòu)化技術(shù),按照這種技術(shù)構(gòu)造的系統(tǒng)可以從邏輯上看成是一些連續(xù)層次的組合。每一層都包裹住它下面的層次,把它們和上面的層次隔離起來,如圖3.5所示。在這種分層結(jié)構(gòu)中,每一層的功能都是在其下層功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的,是下層功能的增強或提高。圖3.5網(wǎng)絡的分層可以用另外一種等價的圖形(圖3.6)說明分層的原理。在圖3.6中連續(xù)的層次組成垂直的序列,開放系統(tǒng)互連的物理介質(zhì)處于這個序列的底層。每一個開放系統(tǒng)邏輯上被看成是由一些連續(xù)的子系統(tǒng)組成,這些子系統(tǒng)都處于各個開放系統(tǒng)和分層的交叉點上。換言之,一個層次邏輯上可以被看成是由所有互連系統(tǒng)的同一行上的子系統(tǒng)組成的。圖3.6OSI表示分層的例子分層的基本想法是每一層都在它的下層提供的服務基礎(chǔ)上提供更高級的增值服務,而最高層提供能運行分布式應用程序的服務。這樣,分層的方法就把復雜問題分解開了。分層的另外一個目的是保持層次之間的獨立性。其方法就是用原語操作定義每一層為上層提供的服務,而不考慮這些服務是如何完成的。即允許一個層次或?qū)哟蔚募细淖兤溥\行的方式,只要它能為其上層提供同樣服務就行。這種技術(shù)類似于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中所使用的方法,用戶只需了解程序模塊的功能,而不必弄清它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)細節(jié)。除最高層外,在互連的各個開放系統(tǒng)中分布的所有(N)實體協(xié)同工作為所有(N+1)實體提供服務。也可以說,所有(N)實體在(N-1)層提供的(N-1)服務的基礎(chǔ)上向(N+1)層提供增值服務,即(N)服務,如圖3.7所示。圖3.7實體、服務訪問點和協(xié)議互連系統(tǒng)內(nèi)部層次之間的局部流控所需的原語和參數(shù),以及層次之間交換狀態(tài)信息的原語和參數(shù)都不包括在OSI服務定義中。對于面向連接的服務,有四種形式的服務原語,即請求原語,指示原語,響應原語和確認原語。這些原語表示在圖3.8中。圖3.8抽象的服務原語圖3.9連接和連接端點(CEP)圖3.10(N)目錄的例3.3.2面向連接的數(shù)據(jù)傳輸1.連接的建立和釋放當某個(N+1)實體要求建立從它使用的(N)SAP到另一個(N)SAP的(N)連接時,它必須給當?shù)氐?N)SAP提供遠方(N)SAP的(N)地址。(N)連接建立后,(N+1)實體就可以用它們自己一端的(N)CEP標識符來引用該(N)連接。2.多路復用和分流在(N-1)連接之上可以構(gòu)造出三種具體的(N)連接(圖3.11):(1)一一對應式。每一個(N)連接建立在一個(N-1)連接之上。(2)多路復用式。幾個(N)連接多路訪問一個(N-1)連接。(3)分流。一個(N)連接建立在幾個(N-1)連接之上。這樣,(N)連接上的通信被分配到幾個(N-1)連接上傳輸。圖3.11鄰層連接之間的對應關(guān)系3.數(shù)據(jù)傳輸各個實體之間的信息傳輸是由各種數(shù)據(jù)單元實現(xiàn)的。這些數(shù)據(jù)單元表示在圖3.12中。圖3.12各種數(shù)據(jù)單元(N)協(xié)議控制信息通過(N-1)連接在兩個(N)實體之間交換,用以協(xié)調(diào)(N)實體之間的合作。(N)用戶數(shù)據(jù)來自(N)實體為之服務的(N+1)實體。(N)實體并不了解也不解釋其內(nèi)容。(N)協(xié)議數(shù)據(jù)單元包含(N)協(xié)議控制信息,也可能包含(N)用戶數(shù)據(jù)。(N)接口控制信息是在(N+1)實體和(N)實體之間交換的信息,用以協(xié)調(diào)兩個實體間的合作。(N)接口數(shù)據(jù)是(N+1)實體交給(N)實體發(fā)往遠端的另一個(N+1)實體的信息,或者是(N)實體收到的,由遠端(N+1)實體發(fā)來的,送往本地(N+1)實體的信息。(N)接口數(shù)據(jù)單元是(N+1)實體和(N)實體在一次交互作用中通過服務訪問點傳送的信息單位，由(N)接口控制信息和(N)接口數(shù)據(jù)組成。(N)服務數(shù)據(jù)單元是通過(N)連接從一端傳送到另一端的(N)接口數(shù)據(jù)的集合,這個集合在傳送期間保持其標識不變。3.4OSI分層體系結(jié)構(gòu)3.4.1劃分層次的原則ISO在劃分功能層次時建立了一些分層的原則,七層協(xié)議模型就是根據(jù)這些原則定義的:層次不能太多,也不能太少。每一層應該有定義明確的功能,這種功能或者在完成的操作過程方面,或者在涉及的技術(shù)方面與其他功能層次有明顯不同,因而類似的功能應歸入同一層次。每一層的功能要盡量局部化。以往的經(jīng)驗證明是成功的層次應予保留?？紤]數(shù)據(jù)處理的需要。層次的邊界應劃分在服務描述的量最小,交互作用最少的地方。每一層只與它的上下鄰層產(chǎn)生接口。需要時,可以在一個層次中再劃分出一些子層。3.4.2七層功能概述1.應用層這是OSI體系結(jié)構(gòu)的最高層。這一層的協(xié)議直接為端用戶服務,提供分布式處理環(huán)境。2.表示層表示層的用途是提供一個可供應用層選擇的服務的集合,使得應用層可以根據(jù)這些服務功能解釋數(shù)據(jù)的涵義。表示層以下各層只關(guān)心如何可靠地傳輸數(shù)據(jù),而表示層關(guān)心的是所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的表現(xiàn)方式,它的語法和語義。圖3.13OSI模型的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)3.會話層會話層支持兩個表示層實體之間的交互作用。它提供的會話服務可分為兩類:·把兩個表示實體結(jié)合在一起,或者把它們分開。這叫會話管理服務?！た刂苾蓚€表示實體間的數(shù)據(jù)交換過程。4.傳輸層這一層在低層服務的基礎(chǔ)上提供一種通用的傳輸服務。會話實體利用這種透明的數(shù)據(jù)傳輸服務而不必考慮下層通信網(wǎng)絡的工作細節(jié),并使數(shù)據(jù)傳輸能高效地進行。傳輸層用多路復用或分流的方式優(yōu)化網(wǎng)絡的傳輸性能。當會話實體要求建立一條傳輸連接時,傳輸層就為其建一個對應的網(wǎng)絡連接。5.網(wǎng)絡層這一層的功能屬于通信子網(wǎng),它通過網(wǎng)絡連接交換傳輸層實體發(fā)出的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡層把上層來的數(shù)據(jù)組織成分組在通信子網(wǎng)的結(jié)點之間交換傳送。交換過程中要解決的關(guān)鍵問題是選擇路徑,路徑既可以是固定不變的(通過靜態(tài)路由表實現(xiàn)),也可以是根據(jù)網(wǎng)絡的負載情況動態(tài)變化的。另外一個要解決的問題是防止網(wǎng)絡中出現(xiàn)局部的擁擠或全面的阻塞。6.數(shù)據(jù)鏈路層這一層的功能是建立,維持和釋放網(wǎng)絡實體之間的數(shù)據(jù)鏈路,這種數(shù)據(jù)鏈路對網(wǎng)絡層應表現(xiàn)為一條無差錯的信道。相鄰結(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換是分幀進行的,各幀按順序傳送,并通過接收端的校驗檢查和應答保證可靠的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層對損壞,丟失和重復的幀應能進行處理,這種處理過程對網(wǎng)絡層是透明的。7.物理層規(guī)定通信設(shè)備的機械的,電氣的,功能的和過程的特性,用以建立,維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路實體間的連接。具體地說,這一層的規(guī)程都與電路上傳輸?shù)脑急忍赜嘘P(guān),它涉及到用什么電壓代表“1”,用什么電壓代表“0”一個比特持續(xù)多少時間傳輸是雙向的,還是單向的一次通信中發(fā)送方和接收方如何應答設(shè)備之間連接件的尺寸和接頭數(shù)以及每根連線的用途等。3.4.3OSI協(xié)議集國際標準化組織除了定義OSI參考模型之外,還開發(fā)了或正在開發(fā)著實現(xiàn)七個功能層次的各種協(xié)議和服務標準(通常和CCITT合作),這些協(xié)議和服務通稱為“OSI協(xié)議”。OSI協(xié)議是一些已有的協(xié)議和ISO自己開發(fā)的協(xié)議的混合體,例如,大部分物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是采納了現(xiàn)有的協(xié)議,而數(shù)據(jù)鏈路層以上的協(xié)議是ISO自行起草的。圖3.14OSI協(xié)議集1.物理層協(xié)議在物理層,OSI采納了各種現(xiàn)成的協(xié)議。其中有RS-232,RS-449,X.21,V.35,ISDN以及FDDI,IEEE802.3,IEEE802.4和IEEE802.5的物理層協(xié)議這些協(xié)議我們將分別在有關(guān)章節(jié)介紹。2.數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議在數(shù)據(jù)鏈路層,OSI的協(xié)議集也是采納了當前流行的協(xié)議。其中包括HDLC,LAP-B以及IEEE802的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(ISO8802)。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和服務與具體的物理傳輸技術(shù)有關(guān),雖然在上層,一般是每層對應一個協(xié)議,而在數(shù)據(jù)鏈路層卻不是這樣。為了有效地利用各種傳輸技術(shù),數(shù)據(jù)鏈路層用不同的協(xié)議滿足不同的技術(shù)要求。3.網(wǎng)絡層協(xié)議網(wǎng)絡層提供兩種服務:面向連接的服務和無連接的服務。ISO8348文件定義了面向連接的服務(CONS),與此對應的協(xié)議是CCITTX.213,這兩個文件的規(guī)定與X.25分組級協(xié)議(PLP)一致。ISO8473文件定義了無連接的網(wǎng)絡服務CLNS。4.傳輸層協(xié)議傳輸層和網(wǎng)絡層之間的界面是用戶和通信子網(wǎng)的界面。傳輸層的任務是在子網(wǎng)服務的基礎(chǔ)上提供完整的數(shù)據(jù)傳送,因而在原來OSI協(xié)議集中,傳輸層的功能是提供面向連接的服務,無連接的服務是后來增加的。