复杂系统的分层结构

类比航空旅行

每层完成一种(类)特定服务/功能，每层依赖底层提供的服务，通过层内动作完成相应功能。

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。

OSI参考模型

数据封装与通信过程

为什么需要数据封装

增加控制信息（构造协议数据单元 (PDU)）。

控制信息主要包括：
- 地址(Address): 标识发送端/接收端
- 差错检测编码(Error-detectingcode): 用于差错检测或纠正
- 协议控制(Protocol control): 实现协议功能的附加信 息，如: 优先级(priority)、服务质量(QoS)、 和安全控制等

物理层功能

• 接口特性
  
  • 机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
• 比特编码
• 数据率
• 比特同步
  
  • 时钟同步
• 传输模式
  
  • 单工(Simplex)
  • 半双工(half-duplex)
  • 全双工(full-duplex)

数据链路层功能

• 负责结点-结点(node-to-node)数据传输
• 组帧(Framing)

• 物理寻址(Physical addressing)

  • 在帧头中增加发送端（和/或）接收端的物理地址，标识数据帧的发送端（和/或）接收端。

• 流量控制(Flow control)

  • 避免淹没接收端
• 差错控制(Error control)
  
  • 检测并重传损坏或丢失帧，并避免重复帧
• 访问(接入)控制(Access control)
  
  • 在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路(物理介质)控制使用权

网络层功能

• 负责源主机到目的主机数据分组(packet)交付
  
  • 可能穿越多个网络
• 逻辑寻址(Logical addressing)
  
  • 全局唯一逻辑地址，确保数据分组被送达目的主机，如IP地址
• 路由(Routing)
  
  • 路由器(或网关)互连网络，并路由分组至最终目的主机
  • 路径选择
• 分组转发

举个例子，如下图。图中绿色为物理地址，红色为逻辑地址。
网络层封装：[Data][S(源主机逻辑地址)][D目的主机逻辑地址]
数据链路层封装：[DT][Data][S][D][02物理地址][46物理地址]
路由器不断解析到网络层，根据逻辑地址（不变），不断路由变换物理地址，最终到达目的地。

传输层功能

负责源-目的（(端-端) (进程间)） 完整报文传输

• 分段与重组
• SAP(Service Access Point)寻址
  
  • 确保将完整报文提交给正确进程，如端口号
• 连接控制
• 流量控制
• 差错控制

会话层功能

• 对话控制(dialog controlling)
• 建立、维护
• 同步(synchronization)
  
  • 在数据流中插入“同步点”
• 最“薄”的一层

表示层功能

处理两个系统间交换信息的语法与语义(syntax and semantics )问题
- 数据表示转化
- 转换为主机独立的编码
- 加密/解密
- 压缩/解压缩

应用层功能

支持用户通过用户代理(如浏览器)或网络接口使用网络(服务)
典型应用层服务:

• 文件传输(FTP)
• 电子邮件(SMTP)
• Web(HTTP)
• ……

TCP/IP参考模型

应用层：应用层、表示层、会话层
运输层：传输层
网际层：网络层
网络接口层：数据链路层、物理层

5层参考模型

综合 OSI 和 TCP/IP 的优点

• 应用层: 支持各种网络应用
  
  • FTP, SMTP, HTTP
• 传输层: 进程-进程的数据传输
  
  • TCP, UDP
• 网络层: 源主机到目的主机的数据分 组路由与转发
  
  • IP协议、路由协议等
• 链路层: 相邻网络元素(主机、交换 机、路由器等)的数据传输
  
  • 以太网(Ethernet)、802.11 (WiFi)、 PPP
• 物理层: 比特传输