Question

网络体系分层的概念，并对OSI参考模型和TCP/IP协议的体系结构加以说明

Answer 1

你问的问题比较笼统，所以回答比较长：

计算机网络系统是由各种各样的计算机和终端设备通过通信线路连接起来的复杂系统。在这个系统中，由于计算机类型、通信线路类型、连接方式、同步方式、通信方式等的不同，给网络各结点的通信带来诸多不便。要使不同的设备真正以协同方式进行通信是十分复杂的。要解决这个问题，势必涉及通信体系结构设计和各厂家共同遵守约定标准等问题，这也即计算机网络体系结构和协议问题。

1 协议的分层结构
两个系统间的通信是一个十分复杂的过程，因此其相关协议的设计、实现和调试过程也是极其复杂的。为了减少这一过程的复杂性，通常网络协议都按结构化的层次方式来组织，功能根据相互间的依赖(调用)关系分别由各层完成。每一层都建立在它的下层之上。不同的网络，其层的数量、内容和功能不尽相同，但在所有的网络中，除最高层以外的每一层都是通过层间接口向上一层提供预定的服务，而上一层无须了解这种服务是怎样实现的。

层次结构较详细的描述如下：．第N层的实体可以且只能使用(N-1)层提供的服务；第N层的功能是定义在第(N-1)层功能基础上的。．第N层(不包括最高层)向第(N+1)层提供服务，此服务不仅包括第N层本身的功能，还包括由下层服务提供的功能总和。．最低层只提供而不使用服务，是提供服务的基础；最高层只接受服务而不提供服务；中间层既是下一层的用户，又是上一层服务的提供者。．各层只与相邻层发生关系，因此仅在相邻层间设有接口。．按照协议相互通信的两个实体，必须位于相同层中。在不同系统中同一层的实体叫做对等实体。
划分层次时，首先应该考虑的是划分的合理性，然后再考虑应划分的层次数，确定每个层次的特定功能及不同相邻层次间的接口。当两个系统相互通信时，实际上是各自的第N层的对等实体在进行通信。因此，协议总是指某层的协议，对等实体通信所必须遵从的也就是相应层的协议。例如，网络层协议、传输层协议、应用层协议等等。协议的关键成分是：．语法，包括数据格式、编码及信号电平等。．语义，包括用于各种数据包包头及处理的控制信息。．定时，包括速度匹配和排序。
每一对相邻层之间都有一个接口。接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。层和协议的集合被称为网络体系结构。协议实现的细节和接口的描述都不是体系结构的内容，因为它们都隐藏在机器内部，对外部来说是不可见的。只要机器都能正确地使用全部协议，网络上所有机器的接口不必完全相同。
协议分层的较低层次常常以硬件或固件的方式实现

附：分层结构的相关概念．实体实体是网络中相互通信的主体，或者说每一层中的活动单元，一般可以分为软件实体和硬件实体。如一个软件实体可以是一个过程，硬件实体可以是一个智能I/O芯片。．服务服务是指各层向其上一层提供的原语操作。服务原语是实现请求、指示、应答和确认等操作的基本函数。．服务访问点SAP(Service Access Point)服务访问点是相邻层实体之间的逻辑接口，下一层通过服务访问点向上一层实体提供服务，上一层则通过服务访问点接受下一层的服务。服务访问点设置在相邻两层的逻辑交界面上。．服务数据单元SDU(Service Data Unit)服务数据单元是指传送给网络中同层实体的信息。
接口数据单元IDU(Interface Data Unit)
(N+1)层实体通过SAP向N层实体传递信息的形式。IDU中包含SDU和一些控制信息。SDU的传递就是通过1次或多次IDU的交互传递完成的。
．协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)
传送SDU时，较长的SDU可分为若干段传送，每一段被加上一些协议控制信息，构成一个独立的单元发送出去。
．面向连接服务
用户发送信息前先建立与接收者的连接，连接成功后进行信息传送，然后中断连接。
．无连接服务
无连接服务是指无上述连接的建立与中断的过程。每个等待发送的信息本身带有完整的目的地址，进入网络后，经过系统所选择的路线传递。

关于OSI和TCP/IP

OSI模型本身不是网络体系结构的全部内容,它并未确切地描述用于各层的协议和服务,仅提出每一层应该做什么。不过OSI已经为各层制定了标准,但并不是参考模型的一部分,而作为单独的国际标准公布的。
(1) 物理层(Physical Layer)
物理层的任务是为其上一层(即数据链路层)提供一个物理连接，保证信息进入信道并在接收方取下，实现透明地传送比特流。要注意的是传输介质不在7个层次之内。在物理层上所传数据的单位是比特。
(2) 数据链路层(Data Link Layer)
数据链路层负责在两个相邻结点间建立、维护和拆除链路，并通过差错控制、流量控制将不太可靠的物理链路改造成无差错的数据链路。该层传送以帧为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。
(3) 网络层(Network Layer)
在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能要经过许多个结点和链路，也可能要经过好儿个通信子网。网络层主要是为两个计算机提供可靠的逻辑线路。该层的数据传送单位是分组或包。网络层要选择合适的路由，使发送站的传输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站点，并交付给目的站点的传输层。
(4)传输层(Transport Layer)
该层是主计算机对主计算机的层次，数据的传送单位是报文。传输层的任务是根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式，为源主机和目的主机的会话层之间建立一条传输通道，用以透明地传送报文。
(5)会话层(Session Layer)
会话层可以说是用户(进程)的入网接口。会话层虽然不参与具体的数据传输，但它却对数据传输进行管理。会话层在两个互相通信的应用进程之间建立、组织和协调其交互活动(即会话)。
(6)表示层(Presentation Layer)
表示层主要解决用户信息的语法表示和信息加密/解密问题。
(7) 应用层(Application Layer)
应用层是OSI的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配。

TCP/IP参考模型
TCP/IP是20世纪70年代中期，美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准。到80年代它被确定为因特网的通信协议。TCP/IP虽不是国际标准，但它是为全世界广大用户和厂商接受的网络互连的事实标准。TCP/IP参考模型是将多个网络进行无缝连接的体系结构，
TCP/IP是一组通信协议的代名词，由一系列协议组成的协议簇。它本身指两个协议集：TCP为传输控制协议，IP为互连网络协议。
互连网络层
互连网络层是整个体系结构的关键部分，它提供了无连接的分组交换服务。它的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由不同的网络）。
互连网络层定义了正式的分组格式和协议，即IP协议。互连网络层的功能就是要把IP分组发送到应该去的地方。分组路由和避免阻塞是这层的主要工作。
3.3.3 传输层
功能是使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话。定义了两个端到端的协议。
1，传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）
是一个面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往互连网上的其他机器。TCP还要进行处理流量控制。
2，用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）
是一个不可靠的、无连接协议，用于不需要TCP的排序和流量控制能力而是由自己完成这些功能的应用程序。
应用层
TCP/IP模型没有会话层和表示层。
应用层包含所有的高层协议。如：虚拟终端协议（TELENET）、文件传输协议（FTP）和电子邮件协议（SMTP）。近年来又增加了不少协议，例如：域名系统服务（DNS）用于把主机名映射到网络地址；NNTP协议，用于传递新闻文章；还有HTTP协议，用于在万维网（WWW）上获得主页等。
3.3.5 主机至网络层
在互连网络层的下面TCP/IP参考模型没有真正描述这一部分，只是指出主机必须使用某种协议与网络连接，以便能在其上传递IP分组。这个协议未被定义，并且随主机和网络的不同而不同。