在当今数字化时代,计算机网络作为信息交流的重要基础,其复杂性与日俱增。为了有效管理这种复杂性,分层结构的设计思想应运而生。通过将庞大而复杂的问题分解为若干较小的局部问题,分层结构使得网络的设计、实现和管理变得更加高效与灵活。
本文参考: 【王道计算机考研 计算机网络】
①定义
分层设计是一种将复杂系统划分为多个层次的设计方法。
在计算机网络、软件开发和系统架构中,每一层都承担特定的功能,层与层之间通过定义好的接口进行交互。这种设计使得系统的各个部分可以独立开发、测试和维护。
②核心思想
将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题。
③优点
【情景引入】
快递网络是一个复杂的系统,需要完成诸多功能。
例如:
运用分层设计的思想将复杂的快递网络在逻辑上划分为多个层次,并将各种“功能”安排在合适的层次中。
【同理】
计算机网络是一个复杂的系统,要完成诸多功能。
例如:
这种分层设计不仅提升了网络的可维护性,还使得不同类型的节点可以实现不同的功能层次,满足各种
【注意】
网络的体系结构定义了计算机网络及其构件应完成的功能(不涉及实现),是一种抽象的设计规范。而实现则是在这一体系结构框架下,使用何种硬件或软件来完成这些功能。通过清晰的层次划分,网络的复杂性得以管理,功能的实现也变得更加明晰。
【注意】
体系结构是抽象的,而实现则是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。
常见的三种网络体系结构包括 OSI 模型、TCP/IP 模型和五层模型。
①OSI模型(开放系统互联模型)
OSI 模型是国际标准化组织(ISO)提出的理论模型,通常分为七个层次:
优点:
②TCP/IP模型
TCP/IP 模型是互联网的基础,通常分为四个层次:
优点:
③五层模型
五层模型是一种简化的网络结构,通常用于教学和简化理解,通常分为五个层次:
优点:
这三种网络体系结构在功能和层次上有所不同,但它们都旨在提高网络通信的效率和可管理性。OSI模型提供了最详细的框架,而TCP/IP模型则更为实用,五层模型则是一个更简单的表示。
在计算机网络的分层结构中,各层通过协议和接口进行通信。
①实体:每一层的活动元素(包括软件和硬件)。
②第n层实体:第n层的活动元素(包括软件和硬件)。
③对等层:在同一层次上的不同设备之间进行通信的层称为对等层。
④对等实体:位于对等层中的各个实体,负责处理相同层级的协议。
⑤协议:网络协议(Network Protocol)是一组控制对等实体之间通信的规则。这种关系是水平的。
在网络分层中,实体是指每一层的活动元素,包括软件和硬件为了实现有效的通信,同一层次上的不同设备之间通过对等层进行交互。此时,这些设备的相应部分称为对等实体,它们负责处理相同层级的协议。协议是这一层次交流的核心,它定义了对等实体之间的通信规则。这些网络协议确保了数据在不同设备间的可靠传输,同时降低了网络管理的复杂性。
①接口:同一节点内相邻两层的实体之间交换信息的逻辑接口,称为服务访问点(Service Access Point,SAP)。
②服务:服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用。这种关系是垂直的。
在分层结构中,接口起着至关重要的作用。它定义了不同层级之间的信息交换方式,使得上层能够调用下层提供的功能。这种垂直关系不仅简化了网络设计,还增强了各层之间的独立性,允许每一层在不影响其他层的情况下进行优化和更新。
【注意】
在水平视角中,数据在同一层级的两个主机之间传输,其中一台主机数据传输过程如下:
另一台主机接收到通过物理媒介传输的比特后,数据传输过程如下:
在垂直视角中,数据在不同层级之间传输时,每一层都会对数据进行封装和解封装,具体过程如下:
①发送端
②接收端
【同理】
通过这种方式,数据在网络中被有效地传输和处理,确保了通信的完整性与可靠性。
原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。