分层协议概念

计算机网络是一种非常复杂的系统，其中既涉及通信技术又涉及计算机技术。在通信技术中涉及不同的分组交换技术，在计算机技术中涉及异种机器、异种操作系统。计算机网络既要保证不同通信技术和不同计算机系统之间的互通，又要保证这种互通的可靠性和效率。总之，计算机网络要解决的问题纷繁复杂。为了对问题进行简化，人们利用“分而治之”的思想，将计算机网络划分为不同的层次，每个层次完成一组功能，各个层次配合共同完成计算机网络通信的功能。这就为网络协议的设计和实现提供了极大的方便。按照层次结构思想，对计算机网络的模块化结果是一组从上到下单向依赖的协议族，又叫协议栈( protocol stack)。协议栈这一术语非常准确地表达了各层协议之间的关系。

协议包含的主要内容

协议主要包含以下内容：

消息类型和格式、编码；

各种操作对应的消息收发顺序；

收到消息后节点应采取的动作；

相邻层之间的层间原语类型和参数

OSI参考模型简介

1977年，国际标准化组织(ISO)在分析和消化已有网络的基础上，考虑到联网的方便和灵活性等要求，提出了一种不基于特定机型、操作系统或公司的网络体系结构，即开放系统互连参考模型(OSI， Open Systems Interconnection)。OSI定义了异种机联网的标准框架，为连接分散的“开放”系统提供了基础。这里的“开放”表示任何两个遵守OSI标准的系统可以进行互联。

OSI参考模型

OSI参考模型如图2-1-1所示。它采用分层结构技术，将整个网络的通信功能分为7个层次，由低层至高层分别是：物理层数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

OSI中各层的基本功能

(1)物理层

物理层是最底的一层，它和物理传输媒介有直接的关系，它定义了设备之间的物理接口，为它的上一层(数据链路层)提供一个物理连接，以便透明地传输比特流。在物理层上传输数据的单位是比特。

(2)数据链路层

数据链路层的功能是负责在两个相邻节点的线路上以帧为单位的可靠传输。数据链路层将物理层上透明传输的比特流划分为数据帧，对每个数据帧进行差错检测及差错校正，并提供流量控制功能。网络层提供系统之间的连接，它负责将两个终端系统经过网络中的节点用数据链路连。

(3)网络层

接起来，实现两个终端系统之间数据帧的透明传输。网络层的主要功能是寻址和路由选择。传输层可以看作是用户和网络之间的接口，它利用低三层提供网络服务并向高层提。

(4)传输层

供端到端的透明数据传输，它根据发端和终端的地址定义一个跨过网络的逻辑连接，定义主机中的端口地址，并完成端到端(而不是第二层处理的一段数据链路)的差错控制和流量控制功能。

(5)会话层

会话层的作用是协调两端用户(通信进程)之间的对话过程。例如，确定数据交换操作方式(全双工、半双工或单工)，确定会话连接故障中断后对话从何处开始恢复等。

(6)表示层

表示层负责定义信息的表示方法。表示层将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法变换为适合于OSI系统内部使用的传送语言。表示层的典型服务有：数据翻译(信息编码、加密和解密)、格式化(数据格式的修改及文本压缩)和语法选择(语法的定义及不同语言之间的翻译)等。

(7)应用层

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，并在两个通信进程之间进行语义匹配。以上七层功能按其特点又可分为低层功能和高层功能。低层包括1~3层的全部功能，其目的是保证系统之间跨过网络的可靠信息传输。高层指4~7层的功能，是面向应用的信息处理和通信功能。

OsI参考模型提出的分层结构思想和设计原则已被一致认同，有关术语也被广泛采用，但是实际上并没有一个协议是按照七层结构去实现的，原因是其过于复杂。例如，表示层和会话层很少有用。而因特网的TCP/IP协议栈采用简化的结构，却获得了极大的成功。本书2.2节将详细介绍TCP/P协议栈。

3。开放系统相互通信的过程

采用层次结构的计算机通信系统中的通信包含同层通信和层间接口这样两个方面。同层通信是不同节点的对等层之间的通信，同层通信必须严格遵循该层的通信协议。层间接口是同一节点的相邻层之间的通信，相邻层的通信采用通信原语。上图示出了在两个开放系统中的应用进程通信的过程。为了实现这个通信，两个系统的对等层(即具有相同序号的层)之间必须执行相同的功能并按照相同的协议(同层协议)来进行通信。