Java之美[从菜鸟到高手演练]之网络体系结构的划分

五层协议的体系结构

作者：二青

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这章的知识点主要是网络的基本概念，上学的时候学过，不过已经忘得差不多了，所以翻了翻书总结一下，以此来加深对网络结构的了解，文字和图片基本摘自谢希仁《计算机网络》第五版。

按照OSI（Open System Interconnection）的标准，网络协议被划分为7层：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。虽然这样的划分比较具体、完整，但是过于复杂且不实用。TCP/IP协议是一个四层的体系结构，包含应用层、运输层、网际层、网络接口层，且在OSI出来之前TCP/IP协议簇早已流行开来且无形之中成为标准，所以，人们采用折中的办法，得出了五层网络体系结构：应用层、运输层、网际层、数据链路层、物理层。下面我们分别从概念方面介绍一下每一层。

物理层

物理层是最底下的一层，直接和硬件设备打交道，传输的是比特流（10101111100010...），物理层的作用就是尽可能的屏蔽掉各种不同的传输介质之间的差异，使得数据链路层不用考虑具体的传输介质，这个原理就类似与JVM的作用，JVM就是使Java程序可以运行在各类操作系统之上，而无需考虑底层的OS的实现。我们可以先看一个简单的例子，两台计算机之间发送文字的过程，来理解一些物理层的概念。

基本概念

这里涉及到数据通信的三个层面，源系统、传输系统、目的系统。源系统又包含源点、发送器、接收器、终点。

源点：在上面的图中，将键盘输入汉字转为数字比特流的即可作为一个源点。

发送器：将比特流转为可以进行传输的信号的设备，图中的调制器，作用是将数字信号转为模拟信号。

接收器：反过来，将模拟信号转化为数字信号，发送器和接收器合起来称为调制解调器，即我们常说的“猫”。

终点：就是将比特流转化为输出信息的终端。

还有一个概念就是信道，关于信道一般有三种方式：单向信道（单工信道），双向交替信道（半双工信道），双向同时信道（全双工信道）。根据字面意思我们就可以看出这些方式的不同点，这里只是简单的提一下，我们不做具体的解释。还有一类概念就是常用的传输介质，导向传输媒体有双绞线，同轴电缆，光缆三种，非导向传输媒体主要就是指各种各样的无线电波。

信道复用技术

频分复用，时分复用，统计时分复用，波分复用，码分复用。

数字传输系统

宽带接入技术

记录三条常用的用户接口盒：

1. 使用同轴电缆连接到机顶盒，然后连接电视机。

2. 使用双绞线连接电话。

3. 使用调制解调器连接到计算机。

这里就简单提一下这些概念，因为物理层偏离我们软件开发层面太远，所以这里就不详细的介绍了。

数据链路层

数据链路层虽然在物理层之上，但是依然是网络结构中较低的一层，主要使用两种信道：

1. 点对点信道（1对1）

2. 广播信道（1对多）

链路层的作用就是把网络层传输过来的IP数据报封装成帧，以及相反，将物理层传过来的比特流解析成帧。

这幅图比较形象的描绘了数据从一个节点的网络层到数据链路层到物理层再到另一个节点的示意，而下面这幅图则表明链路层两个节点之间的数据传输。

从这幅图可以看出，在数据链路层，结点之间传输的是帧，这里涉及到了链路层协议的三个基本问题。

1. 封装成帧

帧其实就是给IP数据报添加了头部和尾部后的单元，因此一个帧就包括：帧首部，数据部分，帧尾部，看下图。

2. 透明传输

如果一个帧像下面这样，在数据部分出现了和帧首或者帧尾一样的字符，这样检测帧的边界的时候就容易产生错误判断，如何解决呢？

就是用字符填充法，在数据部分和帧首或者帧尾相同的字符前加入一个转义字符，如果转义依然相同，那继续插入一个转义，如下图。

3. 差错检测

顾名思义，就是为了保证数据的可靠性，在传输过程中进行的一系列数据差错检测措施。

网络层

网络层是网络结构里面很重要的一部分，是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。主要内容有：虚电路分组交换和数据报分组交换、路由选择算法、阻塞控制方法、X.25协议、综合业务数据网（ISDN）、异步传输模式（ATM）及网际互连原理与实现。

运输层

运输层位于网络层之上、应用层之下，它利用网络层子系统提供给它的服务去开发本层的功能，并实现本层对会话层的服务。常说的TCP和UDP协议就是在这一层。

应用层

应用层也称为应用实体（AE），它由若干个特定应用服务元素（SASE）和一个或多个公用应用服务元素（CASE）组成。每个SASE提供特定的应用服务，例如文件运输访问和管理（FTAM）、电子文电处理（MHS）、虚拟终端协议（VAP）等。CASE提供一组公用的应用服务，例如联系控制服务元素（ACSE）、可靠运输服务元素（RTSE）和远程操作服务元素（ROSE）等。