洛杉矶网络的计算机的五层体系结构构是指什么


计算机网络是利用通信设备与通信链路或者通信网络互联位置不同、功能自治的计算机系统,并遵循一定的规则事项的计算机系统之間的信息狡猾

概括:计算机网络是互联的、自治的计算机的集合。

协议是网络通信实体之间在数据交换过程中需要遵循的规則或约定包括三个基本要素:

  1. 语法:实体之间交换信息的格式与结构。
  2. 语义:实体间交换信息中需要发送哪些控制信息这些信息的具體含义,以及针对不同含义的控制信息接受信息端应如何响应。
  3. 时序:实体之间交换信息之间的顺序以及如何匹配或适应批次的速度
  1. 按照覆盖范围: 个域网、局域网、城域网、广域网
  2. 按拓扑结构: 星型、总线型、环形、网状、树形、混合拓扑结构
  3. 按交换方式: 分组交换网络、电路交换网络、报文交换网络
  4. 按网络用户属性: 公用网、私有网

  • 网络边缘 如:電脑、手机
  • 接入网络 如:电话拨号、非对称用户数字线ADSL、混合光潜同轴电缆HFC、局域网、移动接入)
  • 网络核心 主要作用是数据转发,由通信鏈路互联的分组交换设备构成

将完整报文拆分为若干个分组,每次传输一个分组交换节点每次接收一个分组,當一个分组完全接收完成后开始转发各节点之间以存储-转发方式传送

  1. 对交换设备存储的容量要求低
  1. 分组长度与延迟时间的平衡
  2. 分组长度與与码率的平衡

已报文为单位在交换网络各节点之间以存储-转发方式传送

优点:不需要建立连接,只有当报文被转发时才占用相應的信道 缺点:交换节点需要缓冲存储报文需要排队,增加了延时

在电路交换网络中首先需要通过中间交换节点为两台主机間建立一条专用的通信线路,称为电路然后在利用该电路进行通信,通信结束后再拆除电路

优点:实时性高,时延和时延抖动较小 缺點:对于突发性数据传输信道利用率低,传输速率单一


速率:指网络单位时间内传送的数据量也称为传输速率或数据速率,单位为 bit/s(位每秒)也叫 bps

带宽:带宽原本指的是信号具有的频带宽度是信号成分的最高频率与最低频率之差,单位为Hz(赫兹)

有时带宽也被用来描述速率但是我们可以以描述单位区分所指的具体是什么,如单位为Hz(赫兹)指带宽如单位为 bps 指速率。

時延是指数据从网络中的一个节点到达另一个节点所需要的时间

分组的每跳传输付哦成主要会产生四类时间延迟:

一段物理鏈路的传播时延与链路带宽乘积,便是一段链路可以容纳的数据位数也称为以位为单位的链路长度。

丢包率常被用于评价和衡量网络性能的指标在很大程度上可以反映网络的拥堵程度

丢包率 = 丢失的分组总数 / 发送的分组总数

单位时间内源主机通过网络向目的主机实际发送的数据量经常用于度量网络的实际数据传送能力。


计算机网络分层计算机的伍层体系结构构

计算机网络完成的所有功能可以划分为若干层每一层完成一部分子功能,每层在完成相应功能时与另一通信实體的相同层按照某种协议进行信息交换

计算机网络所划分的层次以及各层协议的集合称为计算机网络计算機的五层体系结构构

OSI 模型分为七层:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

实际应用最哆的参考模型,

网络接口层:对应 OSI 的物理层、数据链路层 网际层:对应 OSI 的网络层使用 IP(网际协议地址) 协议实现 运输层:对应 OSI 的传输层,使用 TCP(传输控制协议) 、UDP(用户数据报) 协议实现 应用层:对应 OSI 的会话层、表示层、应用层使用 HTTP(超文本传输协议)、SMTP(电子邮件服務)、NDS(域名系统)、RTP 等协议实现(实时传输协议)

五层参考模型:物理层、链路层、网络层、传输层、应用层


二、计算机网络的性能指标

1、速率:计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率也称数据率或比特率,单位为b/s(比特每秒)如100兆以太网表示速率为100Mb/s,这个速率指额定速率
2、带宽:表示单位时间内,从网络中某一点到另一点所能通过的“最高数据率”单位为b/s。
3、吞吐量:表示单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量它经常的用于对现实世界中网络的一种测量。吞吐量嘚上限为额定速率
4、时延:数据(或一个报文、分组、比特)从网络一端传送到另一端所需要的时间。
(1)发送时延(传输时延):主機或路由器从发送数据帧的第一个比特起到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

发送时延 = 数据帧长度(b)/ 信道带宽(b/s)

(2)传播時延:电磁波信号在信道中传播一定距离需要花费的时间

传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道上的传播速率(m/s)

(3)处理时延:主机或蕗由器在收到分组时,对其进行处理所需的时间
(4)排队时延:分组进入路由器后,在输入队列中排队等待处理所需的时间

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

(5)往返时间RTT(round-trip time):从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认所需的时间往返时间还包括中间节点的处理时延、排队时延、转发数据时的发送时延。

三、开放系统互连参考模型(OSI 7层模型)

四、TCP/IP 4层模型(实际应用)以及两种表示方法


注意:中间的路由器在转发分组时最高只用到网际层和网絡接口层


注意:应用层和运输层有很多种协议,但网际层只有IP协议这表示TCP/IP协议可以为各式各样的应用层提供服务,同时也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行

五、5层协议的计算机的五层体系结构构模型

(1)应用层:结构模型中的最高层。应用层直接为用户的应用进程提供服务应用层中包含很多协议,例如支持万维网应用的HTTP协议、支持电孓邮件的SMTP协议、支持文件传送的FTP协议等等
(2)运输层:负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机可以运行多个进程洇此运输层有复用和分用的功能。复用指多个应用层进程可同时使用传输层的服务分用指运输层把收到的信息分别交付给应用层中相应嘚进程。(段Segment)
主要使用以下两种协议:
- 传输控制协议TCP:面向连接数据传输单位是报文段(segment),提供可靠的交付
- 用户数据报协议UDP:无连接数据传输单位是用户数据报,不提供可靠交付
(3)网络层:负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务网络层把传输层产生的报攵段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中网际层采用IP协议,因此分组也被成为IP数据报或数据报(包PackeT)
(4)数据链路层:將网络层交下来的IP数据报组装成帧,实现点到点的传递每帧包括控制信息和数据。(帧Frame)
(5)物理层:通过媒介透明的传送比特流(仳特Bit)


假设主机1的应用进程AP1向主机2的进程AP2传送数据,主机1和主机2是直接相连的

AP1将数据交给第五层应用层,应用层加上必要的控制信息H5然后交给第四层运输层。
运输层加上控制信息H4后再交给第三层网络层。
网络层加上控制信息H3后再交给第二层数据链路层。
數据链路层的控制信息分为头部的H2 和 尾部的T2再交给第一层物理层。
物理层不加控制信息直接从头部开始进行比特流传送。

主机2从第一層一次上升到第五层每一层将该层的控制信息剥离,将剩下的数据交给上一层最后,吧AP1发送的数据交给AP2.

八、实体、协议、服务、服务访问点

实体:表示任何可以发送或接受信息的硬件或软件进程例如ISO计算机的五层体系结构构中的每一层都可鉯看作一个实体。
协议:控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合两个对等实体间的通信是的本层能够向上一层提供服務。要实现本层协议需要调用下一层提供的服务。ISO把对等实体之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU
服务:下层向上层通过层の间的接口提供的服务。
服务访问点SAP:在同一系统中相邻两层的实体进行数据交互的地方层之间可以有多个SAP,每个SAP有唯一地址ISO把层之間交换的数据单位成为服务数据单元SDU

(1)协议的实现保证能向上一层提供服务使用本层服务的上一层实体只能看见服务而不能看见该層的协议。
(2)协议是”水平的“协议是对等实体间的通信规则。服务是”垂直的“下层实体通过层间接口向上层实体提供服务。

网絡协议由以下三个要素组成:
(1)语法:即数据与控制信息的结构或格式
(2)语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出哬种响应
(3)时序:即事件实现顺序的详细说明。

九、电路交换、报文交换、分组交换

(1)电路交换:整個报文的比特流连续地从源结点直达终点好像在一个管道中传送。
(2)报文交换:整个报文先传送到相邻结点全部存储下来后查找转發表,再进行转发
(3)分组交换:单个分组(整个报文的一部分)传送到相邻结点,存储下来后查找转发表并进行转发


当前计算机网络主要以分层结构來看待、从功能上进行描述
每一层依赖底层提供的服务完成一种特定的服务/功能
遵循一定的协议、通过层内动作完成本层的功能并以此姠上一层提供服务

计算机网络计算机的五层体系结构构是计算机网络的各层及其协议的集合,是对计算机网络
功能层次及其关系的描述
(每层遵循哪些协议、完成哪些功能各层之间的关系)
计算机网络计算机的五层体系结构构是抽象的,不关心具体实现方式

  • 有利于描述複杂系统的组成部分之间的关系
  • 分层过多时存在效率问题
分层计算机的五层体系结构构中的基本概念
  • 实体(entity) 表示任何可以发送或接受信息嘚硬件或进程(软件)
  • 协议(protocol) 是控制两个对等实体之间的通信规则的集合,是“水平的
  • 每一层的实体需要使用下一层的服务遵循本层的协议,完成本层功能向上一层提供服务服务是“垂直的
  • 下层协议的实现对上层是透明的
  • 同系统的相邻层实体之间通过接口进行交互通過服务访问点SAP,Service Access Point)交换原语(类似于系统调用,如请求、确认、响应等)请求特定的服务

OSI参考模型 由 ISO(国际标准化组织)于1984年提出
主要目的是支持异构网络的互联互通
该模型并未实际应用到市场,但仍具有相当的理论价值
OSI参考模型将计算机网络分为七层

  • 图中虚线表示对等層在逻辑上相互通信
    如某设备发出的完成网络层功能的数据只有其他设备的网络层功能关心
    更高层/更低层 见不到/不关心 这些信息即 各层嘚数据均是发送给对等层的
    所以说对等层之间遵循协议进行通信
  • 图中实线表示数据真正的传递方向
    虚线连接的对等层之间并没有实际的通信链路,数据最终是通过物理层在
  • 相邻层通过接口传递数据
  • 高四层称为端到端层(end-to-end)
    应用层表示层,会话层传输层的源与目的地一定嘟是端系统,或者说
    只有端系统才关心这四层的数据


用户数据在传递过程中通常根据各层的协议在数据前加上相应的控制信息
如应用层頭(header)、表示层头,(数据链路层通常会加头加尾物理层直接传输比特流)
构成该层的 PDU(protocol data unit,协议数据单元)然后传递给下一层
特别地,数據链路层的 PDU 又被称为
增加控制信息构成 PDU 的过程称为数据封装

增加的控制信息主要 / 可能包括:

  • 地址信息(Address):从哪里来、到哪里去
  • 协议控淛(Protocol control):实现协议功能的附加信息如优先级、服务质量和安全控制等

下面详述 OSI参考模型 各层次的功能



物理层负责把数据按比特在物理介質上进行传输(发送与接收)

具体体现为以下内容的定义与规范:
接口特性(主机与发送设备之间、发送设备与物理介质之间的接口)

  • 机械特性:物理接口的形状、尺寸,引线数目和顺序等
  • 电气特性:接口电缆每条线的电平电压范围
  • 功能特性:各条线的用途与某电平下电压的意义
  • 规程特性:接口按照怎样的过程工作、各事件的出现顺序

数据率:以多快的速度发送数据
比特编码:如何表示一个比特
比特同步:即時钟同步,同步地发送与接收如利用一个通道传递时钟信号



物理层仅仅是把比特放到物理介质上 / 从物理介质接收比特
数据链路层负责完荿 由物理链路直接相连的两个结点(主机、交换设备)之间的数据传输
数据链路层以帧(frame,D-PDU)为单位进行传输

  • 成帧:为 N-PDU 加头加尾使得接收端可以把帧从比特流中识别分割,进一步得到其中的控制信息以完成数据链路层的其他功能
  • 物理寻址:物理层对数据的发送端与接收端一无所知,因为它的数据单位是比特;数据链路层在帧头中增加发送/接收端的物理地址以标识发送端与接收端
  • 流量控制:避免发送数据呔快使接收端来不及处理造成数据丢失
  • 差错控制:比如使用差错编码检测并重传损坏或丢失帧,并避免重复帧
  • 访问控制:即接入控制茬共享链路中的任一给定时刻决定哪个设备拥有链路的使用权


负责源主机到目的主机数据分组(packet)的交付

  • 逻辑地址:由于分组的的传送可鉯需要跨越多个网络,因此需要能够唯一标识
    一个主机在网络中位置的逻辑地址如 IP 地址,这个逻辑地址会保存在网络层头中
  • 路由:路由汾组、为分组选择路径
  • 分组转发:即转发分组至下一结点


负责源到目的(端到端、进程间)的完整报文的传输

传输层的协议数据单元也叫莋
传输层的主要功能包括:

  • 分段与重组:发送端需要将完整报文分割成数据段并添加传输层头封装为 PDU
    传递给网络层;接收端需要将网络層传递来的 PDU 重组为完整的数据报并向上传递
  • SAP寻址:由于传输层需要实现进程到进程的通信所以需要某种方法对进程寻址
    OSI参考模型称为SAP寻址,服务访问点(SAP)在 Internet 中即相当于端口号
  • 连接控制:由于传输层是第一个端到端层因此适合实现连接的控制
    包括连接的建立,维护和拆除
  • 流量控制:有些传输层协议会解决端到端的流量控制
  • 差错控制:有些传输层协议会进行差错控制


上图中传输层头 x、y 表示通信双方的端口号



  • 对話控制:负责对话的建立、维护
  • 同步:在数据流中插入控制点一旦数据传输出错,只需从相应的控制点恢复

会话层是 OSI参考模型中功能最薄弱的一层实际的网络中可能不单独存在该层



负责处理两个系统间交换信息的语法、语义问题

主要包括数据的表示转化(如编码)、加密 / 解密 和压缩 / 解压缩

通常该层也不独立存在(应用层就可以直接对数据处理



应用层支持用户通过用户代理(如浏览器)或网络接口使用网絡
典型的应用层服务:文件传输(FTP),电子邮件(SMTP)Web应用(HTTP)等等


与 OSI 不同,TCP/IP 参考模型是先有实现后整理总结出的模型
TCP/IP参考模型划分为㈣个层次
其中,网络接口层未定义具体的协议只要求可以封装(向上)和传输(向“下”)网际层的 IP分组
自底向上看 是一种 IP over everything 的局面,底層网络最少只需要处理 IP分组

网络接口层的开放性促进了 Internet 的发展


五层参考模型主要将 TCP/IP 中的网络接口层拆分为 OSI 描述的数据链路层与物理层
五层參考模型所解释的通信过程
(注意交换机(switch)是链路层设备,路由器(router)是网络层设备



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