计算机网络论文

学生考试论文题目：计算机网络体系层次概论指导教师：职称：讲师姓名：学号：班级：信息系年级：2014专业：信息与计算科学2016年11月26日《计算机网络体系层次概论》摘要：计算机网络体系层次概论描述了计算机网络功能实体的划分原则及其相互之间协同工作的方法和规则。本文主要介绍的是现在应用比较广泛的层次型网络体系结构，OSI基本参考模型，计算机网络的七层通信协议的主要功能及其之间的关系，并简单介绍了TCP/IP四层通信模型，以及综合了OSI和TCP/IP优点的五层协议。关键字：计算机网络，层次型网络体系结构，TCP/IP。1.计算机网络二十世纪六七十年代末，早期的网络都是各公司根据用户的要求而设计的。由于用户的应用要求千变万化，但对网络的要求相对一致。为使公司的产品可以适应不同的应用要求，同时也为了满足市场的要求，保证新老产品的兼容性和可操作性，各公司提出了基于本公司产品的计算机网络体系结构。现在应用比较广泛的网络体系结构为层次型网络体系结构。层次型网络体系结构是计算机网络出现以后第一个被提出并实际使用的网络体系结构。直到目前，其产生和发展的过程始终与计算机网络产生和发展的过程保持一致。为了简化网络设计与实现的复杂性，层次型网络体系结构将复杂的网络问题分解为若干个问题，每个层次专注于解决特定的同题，这样就比较容易对所解决本层次涉及的同题实现模块化和标准化，标准化的层次间的通信规则被称为协议。层次型网络体系结构是层和协议的集合。2．层次型网络体系结构2.1分层的思想及优点层次型网络体系结构首先提出了模块化的设计实现思想：将复杂的网络问题分解为易解决的小问题；用不同的模块解决不同的问题。具体优点有：1各层之间是相互独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。2灵活性好。当任何一层发生变化时，只要层间接口的关系保持不变，则在这层以上或以下各层都不受影响。3结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现4易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，整个的系统已被分为若干个相对独立的子系统。5能促进标准化工作。每一层的功能以及所提供的服务都已经有了明确的说明。国际标准化组织ISO为层次型网络体系结构设计了OSI参考模型。该模型将网络自底向上划分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七个层次，每个层次完成经过分解的特定的网络工作。TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层，运输层，网际层和网络接口层。而五层协议的体系结构综合了OSI和TCP/IP优点，它包含应用层，运输层，网络层，数据链层，物理层。它们的体系结构如图一：7应用层6表示层5会话层4运输层3网络层2数据链路层1物理层OSI的体系结构OSI的七层协议应用层（各种应用协议如TELNET,FTP,SMTP,等）运输层（TCP或UDP）网际层IP网络接口层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层TCP/IP的四层协议五层协议五层协议的体系结构TCP/IP的体系结构图一2.2.结合现在互联网情况来介绍五层协议2.2.1应用层应用层是该体系中的最高层。它的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。是计算机网络可向最终用户提供应用服务的唯一窗口，其目的是支持用户联网的应用要求。由于用户的要求不同，应用层含有支持不同应用的多种应用实体，提供多种应用服务。(如电子邮件、文件传输、虚拟终端等)。因特网使用的协议集提供的应用服务如：电子邮件(简单邮件传输协议)、远程登录、文件传输协议、超文本传输协议、域名系统等，都属于应用层的协议，为用户提供了各种网络应用服务。随着使用网络的用户增多。用户的应用需求将更加丰富应用层的服务。2.2.2运输层运输层的任务是负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。通用是指不针对某个特定网络应用，多种应用可以使用同一个运输层服务。由于一台主机可同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用功能。复用功能就是多个应用进程可同时使用下面运输层的服务，分用与复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。运用层主要使用以下两种协议：·传输控制协议TCP——提供面向连接的，可靠的数据传输服务，其数据传输单位是报文段。·用户数据报协议UDP——提供无连接的，最大努力的数据传输服务，其数据传输的单位是用户数据报。2.2.3网络层网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中由于网络层使用IP协议，因此分组也叫IP数据报。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机2.2.4数据链路层数据链路层常简称为链路层。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制制等）。在接收致据时，控制信息使接收端能够知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样，数据链赂层在收到一个帧后，就可从中提取出数据部分，上交给网络层。控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续在网络中传送下去自白浪费网络资源。如果需要改正数据在数据链络层传输时出现的差错（这就是说，数据链路层不仅要检错，而且要纠镇入那么就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链络层的协议复杂些。2.2.5物理层在物理层上传输的数据单位是比特，发送方发1，接收方应当接收到1。物理层要考虑发送方用什么电压发送0或1，接受方要如何识别0或1。并且，物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引角应当如何连接。值得注意的是传递信息所利用的物理媒介，如双绞线，光缆等不再物理层协议之内。例如图二显示的是其应用进程之间工作流程，假如主机应用进程AP1向主机AP2的应用进程传送数据，主机AP1先将数据交给应用层5，通过它加上控制信息H5变成下一层的数据单元，4运输层加上H4交给3网络层直到第二层数据链路将信息被分为两层H2，T2，再通过物理层1传送，经过路由器1到3层对控制信息操作并剥分，到达3层时根据首地址查找路由表找出转发分主接口传到2，经过2加上首尾部给1，1再将比特流发出，到AP2，就是AP1的逆过程。AP154321AP25432121213路由器电信号或光信号物理传输媒体电信号或光信号物理传输媒体数据10100…比特流…110110H5数据H4数据H3数据H3T2数据10100…比特流…110110H5数据H4数据H3数据H3T2图二2.3.TCP/IP在因特网所使用的各种软件中，主要的就是TCP/IP协议，现在我们说的就是指整个TCP/IP协议族。如图三。网络接口1网络接口2网络接口3IPTCPUDPHTTPSMTPDNSRTP应用层运输层网际层网络接口层……图三2.3.1网络接口层物理层是定义物理介质的各种特性：机械特性、电子特性、功能特性、规程特性。数据链路层是负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。常见的接口层协议有：Ethernet802.3、TokenRing802.5、X.25、Framerelay、HDLC、PPPATM等。网络层负责相邻计算机之间的通信，其功能包括三方面：一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。三、处理路径、流控、拥塞等问题。2.3.2网际层网际层包括：IP协议、ICMP控制报文协议、ARP地址转换协议、RARP反向地址转换协议。IP是网络层的核心，通过路由选择将下一跳IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。ICMP是网络层的补充，可以回送报文。用来检测网络是否通畅。Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echorelay进行网络测试。ARP是正向地址解析协议，通过已知的IP，寻找对应主机的MAC地址。RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站还有DHCP服务。2.3.3运输层提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。传输层协议主要是：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。2.3.4应用层向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。应用层一般是面向用户的服务。如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。除开OST七层参考模型和TCP/IP四层模型以外，ATM的四层模型和早期的SPX/IPX五层模型也属于层次型网络体系结构，但是在模型的理想化和实用范围方面无法与OSI和TCP/IP相提并论。总结：目前广泛使用的层次型网络体系结构是在计算机网络出现初期产生的，随着网络应用和网络技术的蓬勃发展，人们对网络服务的高效性、可靠性、多样性等提出了更高的要求。层次型网络体系结构的特点导致将新的技术、标准、协议引入现有的网络出现了困难，此外还有层次中的冗余操作导致网络性能下降等问题，需要对层次型网络体系结构进行修补或研究开发新型网络体系结构。参考文献[1]、鲁珂，赵继东，曾家智.基于角色的网络体系结构与TCP/IP层次网络体系结构的比较研究.计算机科学，2004(11)[2]、雷震甲马玉祥著．计算机网络[M]雷震甲马玉祥著．西安电子科技大学出版社，1996年[3]、[4]、计算机网络第六版谢希仁，电子工业出版社。[5]、[6]、庄城山，张少巍主编书籍《计算机网络基础》，2001年1月，时代出版传媒股份有限公司，安徽科学技术出版社出版。[7]、方秀明，吴阳波主编《计算机网络基础》，2007年08月出版。[8]、卓文主编，《计算机网络基础》，上海科学普及出版社，电子科技大学出版社，2009年8月。