“网络工程师培训”基础教程：“网络的演进与层次模型”

网络的演进

六十至七十年代，网络的概念主要是基于主机架构的低速串行联接，提供应用程序执行、远程打印和数据服务功能。IBM 的 SNA 架构与非IBM 公司的 X.25 公用数据网络是这种网络的典型例子。

七十至八十年代，出现了以个人电脑为主的商业计算模式。最初，个人电脑是独立的设备，由于认识到商业计算的复杂性，局域网产生了。局域网的出现，大大降低了商业用户打印机和磁盘昂贵的费用。

八十年代至九十年代，远程计算的需求不断地增加，迫使计算机界开发出多种广域网络协议，满足不同计算方式下远程联接的需求，网间网的互联极大程度地发展起来。

OSI 七层模型及其功能

在七十年代末，国际标准化组织 ISO 提出了开放系统互连参考模型。协议分层大大简化了网络协议的复杂性，这实际也是自顶向下、逐步细化的程序设计方法的很好的应用。网络协议按功能组织成一系列“层”，每一层建筑在它的下层之上。分成的层数，每一层的名字、功能，都可以不一样，但是每一层的目的都是为上层提供一定的服务，屏蔽低层的细节。

物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流，它实现传输数据所需要的机械、电气、功能性及过程等手段。

数据链路层的主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路；并且进行流量调控。

网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。

传输层的基本功能是从会话层接受数据，并且在必要的时候把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。

会话层允许不同机器上的用户建立会话关系，在协调不同应用程序之间的通信时要涉及会话层，该层使每个应用程序知道其它应用程序的状态。

表示层关注于所传输的信息的语法和意义，它把来自应用层与计算机有关的数据格式处理成与计算机无关的格式。

应用层包含大量人们普遍需要的协议，并且具有文件传输功能。其任务是显示接收到的信息，把用户的新数据发送到低层。

网络设备在层次模型中所处的位置

在分层模型中，对等是一个很重要的概念，因为只有对等层才能相互通信，一方在某层上的协议是什么，对方在同一层次上也必须是什么协议。理解了对等的含义，则很容易把网络互连起来：

两个网络在物理层就相同，使用中继器就可以连起来；如果两个网络物理层不同，链路层相同，使用桥接器可以连起来；如果两个网络物理层、链路层都不同，而网络层相同，使用路由器可以互连；如果两个网络协议完全不同，使用协议转换器（网关）可以互连。

上面提到的设备分别是：

中继器（Repeater）：工作在物理层，在电缆之间逐个复制二进制位（bit）；

桥接器（Bridge）：工作在链路层，在LAN之间存储和转发帧（frame）；

路由器（Router）：工作在网络层，在不同的网络之间存储和转发分组（packet）。

协议转换器（Gateway）：工作在三层以上，实现不同协议的转换。Internet 中通常把路由器也叫网关（Gateway）。

OSI 模型与TCP/IP 协议的对应关系

今世界上最流行的TCP/IP 协议的层次并不是按 OSI 参考模型来划分的，只跟它有一种大致的对应关系。

网络层协议主要包括 IP 协议，实现 IP 包的封装和发送，分组路由和避免阻塞是这里的关键设计问题。

传输层定义了两个端到端的协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议 UDP。

TCP/IP 不涉及会话层和表示层。

应用层含有所有的高层协议，如虚拟终端协议 Telnet、文件传输协议FTP 和电子邮件协议 SMTP。

另有 NOVELL 公司的 SPX/IPX 协议以供参照。

数据的封装

信息交换的过程发生在对等层之间，源系统中的每一层把控制信息附加在数据中，而目的系统的每一层则对接收到的信息进行分解，并从数据中移去控制信息。

高层的协议将数据传递到网络层后，形成标准的数据包，而后传送到数据链路层，添加链路层的控制信息，形成帧，再传递到物理层，在物理层网络传送原始的比特流。