計算機體系結構與參考模型

分層思想🍂

分層模型通過將網絡功能劃分為多個層次，使復雜系統的設計、實現和維護變得系統化、模塊化。分層是一種將復雜問題分解為多個獨立子問題的方法，每一層專注于完成特定任務，并通過接口與相鄰層交互。

分層的好處如下：

• 簡化設計：每層只需關注自身功能，無需了解其他層的細節；
• 促進標準化：各層可以獨立定義標準（如TCP/IP協議族）；
• 增強靈活性：某一層的實現變更不會影響其他層（如用5G替代Wi-Fi）。

常見的3種模型（網絡體系結構）🐦?🔥

• OSI參考模型：包含應用層、表示層、會話層、運輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。
• 原理參考模型：由應用層、運輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層構成，是將OSI參考模型中的應用層、表示層、會話層進行合并得到的。
• TCP/IP參考模型：經重新劃分得到，包含應用層、網際層、網絡接口層，其中應用層對應OSI參考模型的應用層、表示層、會話層，網際層對應網絡層，網絡接口層對應數據鏈路層和物理層。

OSI參考模型是法律標準，TCP/IP參考模型是事實標準，原理參考模型適于教學。

TCP/IP體系結構各層包含的主要協議🥝

• 應用層：有HTTP、SMTP、RTP、DNS等協議；
• 運輸層：包含TCP、UDP協議；
• 網際層：主要是IP協議；
• 網絡接口層：包括以太網、Wi-Fi等。

IP協議可以為各種網絡應用提供服務，也能使用IP協議互連不同的網絡接口。

每層所解決的主要問題🤔

注意：采用什么傳輸媒體不屬于物理層需要考慮的問題（物理層之下）

從另一角度看，各層解決的問題如下：

層次間的交互規則🥝

實體與對等實體

實體 是指任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。對等實體 是指通信雙方相同層次中的實體。

協議

協議 是控制兩個對等實體在水平方向進行邏輯通信的規則的集合。

服務

在協議的控制下，兩個對等實體在水平方向的邏輯通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協議，還需要使用下面一層所提供的 服務。

協議是“水平”的，而服務是“垂直”的。實體看得見下層提供的服務，但并不知道實現該服務的具體協議，下層的協議對上層的實體是“透明”的。

服務訪問點與服務原語

?在同一系統中相鄰兩層的實體交換信息的邏輯接口稱為 服務訪問點SAP，它被用于區分不同的服務類型。幀的“類型”字段、IP數據報的“協議”字段，TCP報文段或UDP用戶數據報的“端口號”字段都是SAP。

上層要使用下層所提供的服務，必須通過與下層交換一些命令，這些命令稱為 服務原語。

協議數據單元、服務數據單元與協議控制信息

對等層次之間傳送的數據包稱為該層的 協議數據單元（Protocol Data Unit，PDU）。

同一系統內層與層之間交換的數據包稱為 服務數據單元（Service Data Unit，SDU）。

協議控制信息（PCI）是控制協議操作的信息。

本層的PCI+SDU構成本層的PDU，上層的PUD作為下層的SDU。

分層思想舉例🌰

主機對數據包的處理

?瀏覽器進程發送請求報文，在應用層經HTTP處理，到運輸層形成TCP報文段，再到網絡層成為IP數據報，接著在鏈路層處理為幀，最后在物理層轉換為比特流（包含前導碼，如101001110…1100110110前導碼），通過網絡N1、N2傳輸。

路由器對數據包的處理

?路由器在處理數據包時，主要涉及網絡層、鏈路層和物理層。接收來自主機的幀，在鏈路層處理后到網絡層得到IP數據報，經路由選擇后，在鏈路層重新封裝為幀，再在物理層轉換為比特流（包含前導碼）發送到Web服務器。

Web服務器對數據包的處理

Web服務器接收比特流，在物理層處理后到鏈路層得到幀，經處理后到網絡層成為IP數據報，再到運輸層形成TCP報文段，最后在應用層經HTTP處理得到請求報文并送達Web服務器進程。

Web服務器發送響應報文

Web服務器進程生成包含瀏覽器所請求內容的HTTP響應報文，在應用層處理后，逐層封裝（經運輸層、網絡層、鏈路層處理），在物理層轉換為比特流，通過網絡傳輸，主機接收后逐層解封（經物理層、鏈路層、網絡層、運輸層處理），最后在應用層得到響應報文并送達瀏覽器進程。

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