计算机体系结构与参考模型

分层思想🍂

分层模型通过将网络功能划分为多个层次，使复杂系统的设计、实现和维护变得系统化、模块化。分层是一种将复杂问题分解为多个独立子问题的方法，每一层专注于完成特定任务，并通过接口与相邻层交互。

分层的好处如下：

• 简化设计：每层只需关注自身功能，无需了解其他层的细节；
• 促进标准化：各层可以独立定义标准（如TCP/IP协议族）；
• 增强灵活性：某一层的实现变更不会影响其他层（如用5G替代Wi-Fi）。

常见的3种模型（网络体系结构）🐦‍🔥

• OSI参考模型：包含应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。
• 原理参考模型：由应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层构成，是将OSI参考模型中的应用层、表示层、会话层进行合并得到的。
• TCP/IP参考模型：经重新划分得到，包含应用层、网际层、网络接口层，其中应用层对应OSI参考模型的应用层、表示层、会话层，网际层对应网络层，网络接口层对应数据链路层和物理层。

OSI参考模型是法律标准，TCP/IP参考模型是事实标准，原理参考模型适于教学。

TCP/IP体系结构各层包含的主要协议🥝

• 应用层：有HTTP、SMTP、RTP、DNS等协议；
• 运输层：包含TCP、UDP协议；
• 网际层：主要是IP协议；
• 网络接口层：包括以太网、Wi-Fi等。

IP协议可以为各种网络应用提供服务，也能使用IP协议互连不同的网络接口。

每层所解决的主要问题🤔

注意：采用什么传输媒体不属于物理层需要考虑的问题（物理层之下）

从另一角度看，各层解决的问题如下：

层次间的交互规则🥝

实体与对等实体

实体 是指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。对等实体 是指通信双方相同层次中的实体。

协议

协议 是控制两个对等实体在水平方向进行逻辑通信的规则的集合。

服务

在协议的控制下，两个对等实体在水平方向的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的 服务。

协议是“水平”的，而服务是“垂直”的。实体看得见下层提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议，下层的协议对上层的实体是“透明”的。

服务访问点与服务原语

 在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为 服务访问点SAP，它被用于区分不同的服务类型。帧的“类型”字段、IP数据报的“协议”字段，TCP报文段或UDP用户数据报的“端口号”字段都是SAP。

上层要使用下层所提供的服务，必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为 服务原语。

协议数据单元、服务数据单元与协议控制信息

对等层次之间传送的数据包称为该层的 协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。

同一系统内层与层之间交换的数据包称为 服务数据单元（Service Data Unit，SDU）。

协议控制信息（PCI）是控制协议操作的信息。

本层的PCI+SDU构成本层的PDU，上层的PUD作为下层的SDU。

分层思想举例🌰

主机对数据包的处理

 浏览器进程发送请求报文，在应用层经HTTP处理，到运输层形成TCP报文段，再到网络层成为IP数据报，接着在链路层处理为帧，最后在物理层转换为比特流（包含前导码，如101001110…1100110110前导码），通过网络N1、N2传输。

路由器对数据包的处理

 路由器在处理数据包时，主要涉及网络层、链路层和物理层。接收来自主机的帧，在链路层处理后到网络层得到IP数据报，经路由选择后，在链路层重新封装为帧，再在物理层转换为比特流（包含前导码）发送到Web服务器。

Web服务器对数据包的处理

Web服务器接收比特流，在物理层处理后到链路层得到帧，经处理后到网络层成为IP数据报，再到运输层形成TCP报文段，最后在应用层经HTTP处理得到请求报文并送达Web服务器进程。

Web服务器发送响应报文

Web服务器进程生成包含浏览器所请求内容的HTTP响应报文，在应用层处理后，逐层封装（经运输层、网络层、链路层处理），在物理层转换为比特流，通过网络传输，主机接收后逐层解封（经物理层、链路层、网络层、运输层处理），最后在应用层得到响应报文并送达浏览器进程。

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