北大青鸟-计算机网络体系结构模拟

　　【北大青鸟-计算机网络体系结构模拟】计算机网络的快速发展延续至今，从国到球，无不形成一个复杂而又强大的系统。当然对付这类复杂的架构体系，就像面对一团乱的蜘蛛网一样，先个考虑的就是规整为零，把混乱的架构体系，按照系统组织分层归列，就是把多类的相同的种类区分开来。计算机的网络结构一般是从网络体系结构、网络组织和网络配置等三个方面进行描述，网络组织也是从网络的物理结构和网络来实现两方面。在分层的体系结构中，每一层都是一些明确定义的相互作用的集合，这叫做对等协议:层之间的界限是另外一些相互作用的集合，叫做接口协议。

　　为了让更多从事计算机网络的人员能够更好的认识组织功能架构，特以下例作为讲解内容：

　　计算机网络的功能特性

　　先，计算机网络应该在源节点和目标节点之间提供传输线路，这种传输线路可能要经过一些中间节点.如果是远程联网，则要通过电信公司提供的公用通信线路，这些通信线路可能是地面链路，也可能是卫星链路。如果电信公司提供的通信线路是模拟的，还必须用Modem进行信号变换，因而网络应该提供与Modem的物理的和电气的接口。

　　计算机通信有一个特点，即间歇性或突发性.人们打电话时信息流是平稳而连续的，速率也不太高。然而计算机之间的通信不是这样。当用户坐在终端前思考时，线路中没有信息流过.当用户发出文件传输命令时，突然来到的数据需要迅速地发送，然后又沉默一段时间.因而计算机之间的通信链路要有较高的带宽，同时由许多节点共享高速线路，以获得合理经济的使用效率。计算机网络的设计者发明了一些新的交换技术来满足这种特殊的通信要求，例如报文交换和分组交换技术。计算机网络的功能之一是对传输的信息流进行分组，加入控制信息，并把分组正确地传送到目的地。

　　加入分组的控制信息主要有两种:一种是接收端用于验证是否正确接收的差错控制信息:另一种是指明数据包的发送端和接收端的地址信息。因而网络必须具有差错控制功能和寻址功能。另外，当多个节点同时要求发送分组时，网络还必须通过某种冲突仲裁过程决定谁先发送，谁后发送。所有这些带有控制信息的数据包在网络中通过一个个节点正确向前传送的功能叫做数据链路控制(Data Link Control, DLC)功能。

　　网络中的通信是相当复杂的，涉及到一系列相互作用的功能过程。用户与远地应用程序通信的过程可以用图1-3表示，以上提到的主要功能过程按顺序列在图中。用户输入的字符流按标准协议进行转换，然后加入各种控制位和顺序号用以进行会话管理，再进行分组，加入地址字段和校验字段等。上述信息经过Modem的变换，送入公共载波线路传送。在接收端进行相反的处理，就可得到发送的信息。值得注意的是，整个通信过程经过这样的功能分解后，得到的功能元素总是成对地出现。例如，一对Modem，一对数据链路控制元素等。每一对功能元素互相通信，它们之间的协议不涉及相邻层次的功能。例如，一对Modem之间的对话不涉及传输线路的细节，也不必了解它们传输的比特流的意义。而数据链路控制功能则与Modem的调制与解调功能无关，也与数据帧中信息字段的内容无关，DLC元素的作用只是把数据帧从发送节点正确地传送到接收节点。这样，把一对功能元素从整个功能过程中孤立出来，就形成了分层的体系结构。

　　可以把这些功能层按作用范围分类。Modem和数据链路控制功能是相邻节点间的作用，与同一线路上的其他节点无关;协议转换、会话管理和打色夕拆包功能涉及到一对端节点，与端节点之间的转发节点无关。然而，寻址和路由功能则涉及多个节点，完成这样的功能要考虑到网络中所有节点，以便数据包可以沿着一条佳线路逐个节点地向前传送，后到达目的地。

　　也可以从另一个角度看待这种分层结构，寻址—路由—数据分组之上的功能层次对端用户隐藏了通信网络的细节，因而这些功能层次叫做高层功能，它们下边的功能层次叫做低层功能。这样的功能分解与图1-1中把整个计算机网络划分为资源子网和通信子网是一致的。

　　问题的复杂性还在于同一节点中的层次之间还有控制信息的通信。例如在一个中间节点上，路由功能必须给DLC功能提供地址，以便DLC能把数据包转发到适当的中间节点上。还需指出的是，有些功能层可能很简单，甚至完没有。例如，在局域网中，就不需要路由功能;对于租用线路，则没有物理层。用“接口”来描述相邻层之间的相互作用。在两个相邻层之间，下层为上层提供服务，上层利用下层提供的服务实现规定给自己的功能，这种服务和被服务的关系就是所说的接口关系。例如，Modem和DLC之间必须按规定的电气接口相互作用;用户程序和网络之间也应规定统一的接口关系，以便于程序的移植。

　　至此，已引入了功能层次的概念。对等层之间按规定的协议通信，相邻层之间按接口关系提供服务和接受服务。把实现复杂的网络通信过程的各种功能划分成这样的层次结构，就是网络的分层体系结构。

　　“开放系统互连参考模型的基本概念吗

　　所谓开放系统，是指遵从国际标准的、能够通过互连而相互作用的系统。显然，系统之间的相互作用只涉及系统的外部行为，而与系统内部的结构和功能无关。因而，关于互连系统的任何标准都只是关于系统外部特性的规定。1979年，ISO公布了开放系统互连参考模型(Open System Interconnection/Reference Model, OSI/RM )。同时，CCITT (Consultative Committee,International Telegraph and Telephone)认可并采纳了这一国际标准的建议文本(称为X.200 )OSURM为开放系统互连提供了一种功能结构的框架，ISO 7498文件对它作了详细的规定和描述。

　　OSI/RM是一种分层的体系结构.从逻辑功能看，每一个开放系统都是由一些连续的子系统组成，这些子系统处于各个开放系统和分层的交叉点上，一个层次由所有互连系统的同一行上的子系统组成，如图1一所示.例如，每一个互连系统逻辑上是由物理电路控制子系统、分组交换子系统和传输控制子系统等组成，而所有互连系统中的传输控制子系统共同形成了传输层。

　　开放系统的每一个层次由一些实体组成。实体是软件元素(如进程等)或硬件元素(如智能I/O芯片等)的抽象。处于同一层中的实体叫对等实体，一个层次由多个实体组成，这一点正说明了层次的分布处理特征。另一方面，处于同一开放系统中各个层次的实体则代表了系统的协议处理能力，即由其他开放系统所看到的外部功能特性。

　　分层的基本想法是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更的增值服务，而高层提供能运行分布式应用程序的服务。这样，分层的方法就把复杂问题分解开了。分层的另外一个目的是保持层次之间的独立性，其方法就是用原语操作定义每一层为上层提供的服务，而不考虑这些服务是如何实现的，即允许一个层次或层次的集合改变其运行的方式，只要它能为上层提供同样服务就行。除高层外，在互连的各个开放系统中分布的所有(N)实体协同工作，为所有(N+1)实体提供服务。也可以说，所有(N)实体在(N-1)层提供的服务的基础上向(N+1)层提供增值服务，如图1-5所示。例如，网络层在数据链路层提供的点到点通信服务的基础上增加了中继功能。类似地，传输层在网络层服务的基础上增加了端到端的控制功能。