計算機網路分層思想

『壹』 計算機網路為什麼要分層，從形而上到形而下視角的理解

1）各層之間相互獨立：高層是不需要知道底層的功能是採取硬體技術來實現的，它只需要知道通過與底層的介面就可以獲得所需要的服務；

2）靈活性好：各層都可以採用最適當的技術來實現，例如某一層的實現技術發生了變化，用硬體代替了軟體，只要這一層的功能與介面保持不變，實現技術的變化都並不會對其他各層以及整個系統的工作產生影響；
3）易於實現和標准化：由於採取了規范的層次結構去組織網路功能與協議，因此可以將計算機網路復雜的通信過程，劃分為有序的連續動作與有序的交互過程，有利於將網路復雜的通信工作過程化解為一系列可以控制和實現的功能模塊，使得復雜的計算機網路系統變得易於設計，實現和標准化

『貳』 計算機網路的體系結構

計算機網路的體系結構

計算機網路體系結構關注三方面內容：網路協議如何分層、各層協議、層間介面。下面是我整理的關於計算機網路的體系結構，希望大家認真閱讀!

一、計算機網路體系結構分層思想

首先，你要對計算機網路有一個模糊的認識---計算機網路是一個十分復雜的系統⊙﹏⊙。看看你電腦上有多少服務，那些服務有著各種協議，小白問度娘都不一定能弄懂。可想而知，對於那些計算機科學家(我覺得當年應該有很多玩通信的工程師吧，臆想而已。對這段歷史感興趣可以參考央視《互聯網時代》)來說，設計一種網路體系結構應該可能也是很難的，復雜度不是一般高啊。

可能你學沒學過匯編語言(Assembly Language)，那麼請自行查資料。如果你學過匯編語言，不管學沒學好，從一開始接觸匯編語言你就會有感覺---這是什麼鬼。然後隨著歷史的發展，在匯編語言的基礎上出現了結構化程序設計語言，比如Fortran、Basic、C。這些結構化編程語言有別於上一代的是書上說的出現了"函數"的概念，從此寫代碼有了質的改變。自上而下，分而治之便是結構化程序設計的核心思想。

同樣，對於計算機網路來說也是這種思路。計算機網路體系結構可以看成一個很大的面向過程程序。如果將所有的內容都寫在一個main函數中，那麼這個程序就太尷尬了，到最後都不知道在寫些什麼了，大大加劇了程序設計的復雜度，以及後來程序維護的.復雜度...等等問題。也就是說不採用分治思想的計算機網路協調性差，設計復雜度高，網路通信出錯可能性也陡增。基於此原因，計算機網路體系結構的"分層"思想誕生了。

"分層"思想，通俗將就是常說的"分而治之"。ARPANET設計時提出的"分層"方法可將龐大而復雜的計算機網路問題，轉化為若干個局部的問題，而這些局部問題可以通過研究逐一攻破，那麼計算機之間通信就成為了可能。

二、OSI/RM模型和TCP/IP協議族的較量

1. OSI/RM

OSI/RM是英文Open System Interconnection Reference Model的縮寫，中文翻譯為"開放系統互聯基本參考模型"。在1983年，ISO發布正式文件後，也就有了現在所謂的七層協議的體系。

2. TCP/IP

TCP/IP並不是單一的協議，而是協議族。分為四層：應用層、運輸層、網際層、網路介面層。

OSI/RM和TCP/IP協議的PK中失敗了，究其原因，我認為主要有如下幾點：

1)OSI/RM 模型各層協議之間有重復功能。這就像寫代碼的時候有重復的代碼，上頭就想抽你倆嘴巴子，錢這么好賺么→_→。

2)OSI/RM 模型層數太多。也就是要說要實現網路互聯，你需要的硬體以及軟體就相對會更多。而且數據傳來傳去多了，運行效率也會降低。

3)OSI/RM 那幫人可能是棒通信領域的專家，這玩意比TCP/IP在實現上得多花不少錢。

基於這些事實，TCP/IP成了非法律上國際標準的事實上國際標准。

三、採用分層體系網路原因總結

1)並不是所有的設備都需要這么多層次。計算機網路中不同設備完成的任務不同，需要的功能也不同。除了計算機網路邊緣部分的端系統需要所有層次協議，其餘計算機網路核心部分部分則不需要這么多層次的協議。而且可以想像，多一層次就意味著多了部分硬體和軟體，成本就會增加。

PS:這里兩圖只是為了說明三層交換機比二層交換機價格高，至於高多少還取決於品牌和帶寬等因素。

2)每層設計實現相對獨立的功能，在層次設計(硬體和軟體設計)完成後，只需要提供向上的介面可供上層調用，。這樣做的好處是就像編程中的函數模塊化設計，我們只要知道高手設計的庫函數的API就行了，不需要具體軟體開發再編寫同樣高質量的代碼，從而服務了代碼搬運工。

3)模塊化協議層次大大的好啊。哪好了?雕版印刷術和活字印刷術的區別。如果某一層的技術發生變化後，只要層間介面不變，只要對某層提供的服務進行修改(添加和修改)即可。你想，這可以省多少錢啊。就像你電腦顯示屏壞了，你總不可能去新買個電腦吧，差不多就這意思。

4)降低實現和維護網路難度。如果那種服務不能使用了，那就查提供此種服務對應的那層，而不需再從頭查起。

『叄』 簡述為什麼要對計算機網路分層以及分層的一般原則

計算機網路分層，是為了從概念上區分，從具體到抽象，是為了方便工業化生產，建立了OSI開放式系統互聯參考模型。物理層、數據鏈路層，網路層，傳輸層，會話層，表示層，應用層，一層比一層抽象。

『肆』 計算機網路的分層結構

物理層：為數據鏈路層對等實體之間的信息交換建立物理連接,在物理連接上正確、透明地傳送物理層數據單元（物理層的數據單元是比特流）。物理層提供激活、維持、去活物理連接的所需機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性的手段。

鏈路層：該層相鄰結點的一個或多個物理連接上為網路層建立、維持、釋放鏈路連接，並在鏈路連接上可靠地、正確地傳送鏈路層協議數據單元（通常稱為幀）。糾錯和流量控制是鏈路層的兩個主要功能。

網路層：提供網路層對等實體建立、維持、終止網路連接的手段，並在網路連接上交換網路層協議數據單元，即分組。其中，一個重要功能是網路選路和定址。

傳輸層：基本功能是為會話層提供可靠地、經濟的傳輸連接的手段，並在傳輸連接上交換傳輸層協議數據單元—報文。傳輸層是端到端，在通信子網中無傳輸層。流量控制（Flow control）是傳輸層的一個重要功能。

會話層：為會話連接提供手段，並利用會話連接組織和同步應用進程之間的會話。

表示層：該層主要解決用戶數據的語法表示問題。它將要交換數據的抽象語法（適合於某一用戶）轉換為傳送語法（適合於 OSI 內部使用）——公共表示方法。

應用層：為用戶應用進程訪問 OSI 提供介面,並負責信息的語義表示。

『伍』 什麼是分層網路體系結構分層的含義是什麼

指的是將系統的組件分隔到不同的層中，每一層中的組件應保持內聚性，並且應大致在同一抽象級別；每一層都應與它下面的各層保持鬆散耦合。

分層架構的優點

1、開發人員的專業分工，專注理解某一層。由於某一層僅僅調用其相鄰下一層所提供的程序介面，只需要本層的介面和相鄰下一層的介面定義清晰完整，開發人員在開發某一層時就可以像關注集中於這一層所用的功能和技術。

2、可以很容易用新的實現來替換原有層次的實現。 只要前後提供的服務（介面）相同，即可替換。系統開發過程中，功能需求不斷變化，我們可以替換現有的層次以滿足新的需求變化。

3、降低了系統間的依賴。 比如業務邏輯層中的業務發生變化， 其他兩層即表現層以及數據訪問層程序也不需要變化。這大大降低了系統各層之間的依賴。

4、有利於復用。充分利用現有的功能程序組件，將已經辨識的具有相對獨立功能的層應用於新系統的開發，保證新系統開發的過程中，能夠將重點集中於辨識和實現應用系統特有的業務功能，最終縮短系統開發周期，提高系統的質量。

分層思想

分層是基於面向對象上的，是更高層次上的設計理念。在軟體開發技術的發展過程中，出現了很多優秀的思想與模式。這些思想和模式凝結了無數程序設計人員的實踐經驗和智慧，是軟體開發領域的精華。這其中有很多思想對分層架構設計有著重要的指導作用。

分層架構的弊端

1、級聯修改問題。一些復雜的業務中，由於業務流程發生變化，為了這個變化所有層都需要修改。

2、性能問題。本來是直接簡單的操作，需要在整個系統中層層傳遞，勢必造成性能的下降，同時也加大的開發的復雜度。

從上面的分析可以看出， 分層架構設計有許多優點同樣存在不足，在實際使用過程中，我們應該權衡利弊關系，選擇一種符合實際項目的最佳方案。

『陸』 計算機網路上邏輯上劃分幾個層次每個層次的功能是什麼

七層： 物理層 、數據鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

1、物理層功能 ： O S I 模型的最低層或第一層，該層包括物理連網媒介，如電纜連線連接器。物理層的協議產生並檢測電壓以便發送和接收攜帶數據的信號；

2、數據鏈路層： O S I 模型的第二層，它控制網路層與物理層之間的通信。它的主要功能是如何在不可靠的物理線路上進行數據的可靠傳遞；

3、網路層： O S I 模型的第三層，其主要功能是將網路地址翻譯成對應的物理地址，並決定如何將數據從發送方路由到接收方；

4、傳輸層： O S I 模型中最重要的一層。傳輸協議同時進行流量控制或是基於接收方可接收數據的快慢程度規定適當的發送速率；

5、會話層： 負責在網路中的兩節點之間建立和維持通信。 會話層的功能包括：建立通信鏈接，保持會話過程通信鏈接的暢通，同步兩個節點之間的對 話，決定通信是否被中斷以及通信中斷時決定從何處重新發送；

6、表示層： 應用程序和網路之間的翻譯官，在表示層，數據將按照網路能理解的方案進行格式化；這種格式化也因所使用網路的類型不同而不同；

7、應用層： 負責對軟體提供介面以使程序能使用網路服務。術語「應用層」並不是指運行在網路上的某個特別應用程序 ，應用層提供的服務包括文件傳輸、文件管理以及電子郵件的信息處理。

『柒』 網路協議體系分層的基本思想是什麼

為了促進計算機網路的發展，國際標准化組織（ISO）在現有網路的基礎上，提出了不基於具體機型、操作系統或公司的網路體系結構，稱為開放系統互聯模型（OSI）。這個模型把網路通信的工作分為7層：物理層、數據鏈路層、網路層、轉輸層、會話層、表示層、應用層；每層完成的任務不同，物理層規定了通信設備的機械的、電氣的、功能的和規程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。鏈路層在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀在信道上無差錯的傳輸，在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸，完成物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發。網路層將數據鏈路層的幀組成數據包，包中封裝有網路層包頭，其中含有邏輯地址信息，選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。傳輸層的數據單元也稱為數據包，但TCP的數據單元稱為段，而UDP的數據單元稱為數據報，這個層負責獲取全部信息，為上層提供端到端的透明的、可靠的數據傳輸服務。會話層稱為對話層或會晤層，在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不在另外命名，統稱為報文。會話層提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。表示層解決用戶信息的語法表示問題。提供格式化的表示和轉換數據服務，數據的壓縮和解壓縮，數據的加密和解密。應用層為操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。
因此，網路協議體系分層的基本思想是：使網路協議體系有統一的規定和規則；各層分別完成不同的任務，利於網路的維護，出現錯誤時，更方便管理人員按層驗察錯誤。

『捌』 闡述計算機網路體系結構分層的優缺點，以及這種層次劃分的體系結構思想在工作生活中的應用。

計算機網路系統是獨立的計算機通過已有通信系統連接形成的，其功能是實現計算機的遠程訪問和資源共享。因此，計算機網路的問題主要是解決異地獨立工作的計算機之間如何實現正確、可靠的通信，計算機網路分層體系結構模型正是為解決計算機網路的這一關鍵問題而設計的。
分層的原則
計算機網路體系結構的分層思想主要遵循以下幾點原則：
1．功能分工的原則：即每一層的劃分都應有它自己明確的與其他層不同的基本 [被屏蔽廣告]功能。
2．隔離穩定的原則：即層與層的結構要相對獨立和相互隔離，從而使某一層內容或結構的變化對其他層的影響小，各層的功能、結構相對穩定。
3．分支擴張的原則：即公共部分與可分支部分劃分在不同層，這樣有利於分支部分的靈活擴充和公共部分的相對穩定，減少結構上的重復。
4．方便實現的原則：即方便標准化的技術實現。
層次的劃分
計算機網路是計算機的互連，它的基本功能是網路通信。網路通信根據網路系統不同的拓撲結構可歸納為兩種基本方式：第一種為相鄰結點之間通過直達通路的通信，稱為點到點通信；第二種為不相鄰結點之間通過中間結點鏈接起來形成間接可達通路的通信，稱為端到端通信。很顯然，點到點通信是端到端通信的基礎，端到端通信是點到點通信的延伸。
點到點通信時，在兩台計算機上必須要有相應的通信軟體。這種通信軟體除了與各自操作管理系統介面外，還應有兩個介面界面：一個向上，也就是向用戶應用的界面；一個向下，也就是向通信的界面。這樣通信軟體的設計就自然劃分為兩個相對獨立的模塊，形成用戶服務層US和通信服務層CS兩個基本層次體系。
端到端通信鏈路是把若干點到點的通信線路通過中間結點鏈接起來而形成的，因此，要實現端到端的通信，除了要依靠各自相鄰結點間點到點通信聯接的正確可靠外，還要解決兩個問題：第一，在中間結點上要具有路由轉接功能，即源結點的報文可通過中間結點的路由轉發，形成一條到達目標結點的端到端的鏈路；第二，在端結點上要具有啟動、建立和維護這條端到端鏈路的功能。啟動和建立鏈路是指發送端結點與接收端結點在正式通信前雙方進行的通信，以建立端到端鏈路的過程。維護鏈路是指在端到端鏈路通信過程中對差錯或流量控制等問題的處理。
因此在網路端到端通信的環境中，需要在通信服務層與應用服務層之間增加一個新的層次來專門處理網路端到端的正確可靠的通信問題，稱為網路服務層NS。
對於通信服務層，它的基本功能是實現相鄰計算機結點之間的點到點通信,它一般要經過兩個步驟：第一步，發送端把幀大小的數據塊從內存發送到網卡上去；第二步，由網卡將數據以位串形式發送到物理通信線路上去。在接收端執行相反的過程。對應這兩步不同的操作過程，通信服務層進一步劃分為數據鏈路層和物理層。
對於網路服務層，它的功能也由兩部分組成：一是建立、維護和管理端到端鏈路的功能；二是進行路由選擇的功能。端到端通信鏈路的建立、維護和管理功能又可分為兩個側面，一是與它下面網路層有關的鏈路建立管理功能，另一是與它上面端用戶啟動鏈路並建立與使用鏈路通信的有關管理功能。對應這三部分功能，網路服務層劃分為三個層次：會晤層、傳輸層和網路層，分別處理端到端鏈路中與高層用戶有關的問題，端到端鏈路通信中網路層以下實際鏈路聯接過程有關的問題，以及路由選擇的問題。
對於用戶服務層，它的功能主要是處理網路用戶介面的應用請求和服務。考慮到高層用戶介面要求支持多用戶、多種應用功能，以及可能是異種機、異種OS應用環境的實際情況，分出一層作為支持不同網路具體應用的用戶服務，取名為應用層。分出另一層用以實現為所有應用或多種應用都需要解決的某些共同的用戶服務要求，取名為表示層。
結論
綜上所述，計算機網路體系結構分為相對獨立的七層：應用層、表示層、會晤層、傳輸層、網路層、鏈路層、物理層。這樣，一個復雜而龐大的問題就簡化為了幾個易研究、處理的相對獨立的局部問題。