网络工程师教程11

网络工程师教程（第三版） 第1章

图1-3 用户与应用程序通信的过程

可以把这些功能层按作用范围分类。Modem和数据链路控制功能是相邻节点间的作用，与同一线路上的其他节点无关；协议转换、会话管理和打包/拆包功能涉及到一对端节点，与端节点之间的转发节点无关。然而，寻址和路由功能则涉及多个节点，完成这样的功能要考虑到网络中所有节点，以便数据包可以沿着一条最佳线路逐个节点地向前传送，最后到达目的地。

也可以从另一个角度看待这种分层结构，寻址——路由——数据分组之上的功能层次对端用户隐藏了通信网络的细节，因而这些功能层次叫做高层功能，它们下边的功能层次叫做低层功能。这样的功能分解与图1-1中把整个计算机网络划分为资源子网和通信子网是一致的。

以上功能分解描绘出一幅规整的图画。事实上，情况远不是如此简单。首先，有些功能会出现在一个以上的层次。例如，多路复用功能，即几个信息流交叉地通过同一线路的功能，会出现在数据链路控制过程中，也会出现在公共载波传输系统中。其次，几个端用户可能会多路访问同一通路，当一个用户的数据包从端节点出发进入更下面的功能层次时，就存在选择在哪一层与其他用户的信息流合并的问题。

问题的复杂性还在于同一节点中的层次之间还有控制信息的通信。例如在一个中间节点上，路由功能必须给DLC功能提供地址，以便DLC能把数据包转发到适当的中间节点上。还需指出的是，有些功能层可能很简单，甚至完全没有。例如，在局域网中，就不需要路由功能；对于租用线路，则没有物理层。

用“接口”来描述相邻层之间的相互作用。在两个相邻层之间，下层为上层提供服务，上层利用下层提供的服务实现规定给自己的功能，这种服务和被服务的关系就是所说的接口关系。例如，Modem和DLC之间必须按规定的电气接口相互作用；用户程序和网络之间也应规定统一的接口关系，以便于程序的移植。

至此，已引入了功能层次的概念。对等层之间按规定的协议通信，相邻层之间按接口关系提供服务和接受服务。把实现复杂的网络通信过程的各种功能划分成这样的层次结构，就是网络的分层体系结构。

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1.4.2 开放系统互连参考模型的基本概念

所谓开放系统，是指遵从国际标准的、能够通过互连而相互作用的系统。显然，系统之间的相互作用只涉及系统的外部行为，而与系统内部的结构和功能无关。因而，关于互连系统的任何标准都只是关于系统外部特性的规定。1979年，ISO公布了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection/Reference Model，OSI/RM）。同时，CCITT（Consultative Committee，International Telegraph and Telephone）认可并采纳了这一国际标准的建议文本（称为X.200）。OSI/RM为开放系统互连提供了一种功能结构的框架，ISO 7498文件对它作了详细的规定和 描述。

OSI/RM是一种分层的体系结构。从逻辑功能看，每一个开放系统都是由一些连续的子系统组成，这些子系统处于各个开放系统和分层的交叉点上，一个层次由所有互连系统的同一行上的子系统组成，如图1-4所示。例如，每一个互连系统逻辑上是由物理电路控制子系统、分组交换子系统和传输控制子系统等组成，而所有互连系统中的传输控制子系统共同形成了传 输层。

图1-4 开放系统的分层体系结构

开放系统的每一个层次由一些实体组成。实体是软件元素（如进程等）或硬件元素（如智能I/O芯片等）的抽象。处于同一层中的实体叫对等实体，一个层次由多个实体组成，这一点正说明了层次的分布处理特征。另一方面，处于同一开放系统中各个层次的实体则代表了系统的协议处理能力，即由其他开放系统所看到的外部功能特性。

为了叙述上的方便，任何层都可以称为（N）层，它的上下邻层分别称为（N+1）层和（N–1）层。同样的提法可以应用于所有和层次有关的概念，例如，（N）层的实体称（N）实体，如此等等。

分层的基本想法是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的增值服务，而最高层提供能运行分布式应用程序的服务。这样，分层的方法就把复杂问题分解开了。分层的另外

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一个目的是保持层次之间的独立性，其方法就是用原语操作定义每一层为上层提供的服务，而不考虑这些服务是如何实现的，即允许一个层次或层次的集合改变其运行的方式，只要它能为上层提供同样服务就行。除最高层外，在互连的各个开放系统中分布的所有（N）实体协同工作，为所有（N+l）实体提供服务。也可以说，所有（N）实体在（N–1）层提供的服务的基础上向（N+1）层提供增值服务，如图1-5所示。例如，网络层在数据链路层提供的点到点通 信服务的基础上增加了中继功能。类似地，传输层在网络层服务的基础上增加了端到端的控制功能。

图1-5 实体、服务访问点和协议

（N）实体之间的通信只使用（N–1）服务。最低层实体之间通过OSI规定的物理介质通信，物理介质形成了OSI体系结构中的（0）层。（N）实体之间的合作关系由（N）协议来规范。（N）协议是由公式和规则组成的集合，它精确地定义了（N）实体如何协同工作，利用（N–1）服务去完成（N）功能，以便向（N+l）实体提供服务。例如，传输层协议定义了传输站如何协同工作，利用网络服务向会话实体提供传输服务。同一个开放系统中的（N）实体之间的直接通信对外部是不可见的，因而不包含在OSI体系结构中。

（N+l）实体从（N）服务访问点（Service Access Point，SAP）获得（N）服务。（N）SAP表示（N）实体与（N+1）实体之间的逻辑接口。一个（N）SAP只能由一个（N）实体提供，也只能为一个（N+l）实体所使用。然而，一个（N）实体可以提供几个（N）SAP，一个（N+1）实体也可能利用几个（N）SAP为其服务。事实上，（N）SAP只是代表了（N）实体和（N+1）实体建立服务关系的手段。

OSI/RM用抽象的服务原语说明一个功能层提供的服务，这些服务原语采用了过程调用的形式。服务可以看作是层间的接口，OSI只为特定层协议的运行定义了所需的原语和参数，而互连系统内部层次之间的局部流控所需的原语和参数，以及层次之间交换状态信息的原语和参数都不包括在OSI服务的定义之中。

服务分为面向连接的服务和无连接的服务。对于面向连接的服务，有4种形式的服务原语，

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即请求原语、指示原语、响应原语和确认原语，如图1-6所示。（N）层提供（N）SAP之间的连接，这种连接是（N）服务的组成部分。最通常的连接是点到点的连接。但是也可以在多个端点之间建立连接，多点连接和实际网络中的广播通信相对应。（N）连接的两端叫做（N）连接端点（Connection End Point，CEP），（N）实体用本地的CEP来标识它建立的各个连接。另外，在网络服务中还有一种叫做数据报的无连接的通信，它对面向事务处理的应用很重要，所以后来也增添到OSI/RM中。

下面说明几个与连接有关的概念。

图1-6 抽象的服务原语

1．连接的建立和释放

当某个（N+1）实体要求建立与远方的（N+1）实体的连接时，它必须给当地的（N）SAP提供远方（N）SAP的地址。（N）连接建立后，（N＋1）实体就可以用它们自己一端的（N）CEP来引用该连接。例如，会话实体A要求和远方的会话实体B连接，则它必须知道B的传输地址TA（B）。为了建立这个连接，会话实体A请求传输层建立地址为TA（A）的SAP和远方的地址为TA（B）的SAP的连接。该连接建立后，会话实体A和B都可以用它们自己一端的传输层CEP标识符来引用它。

（N）连接的建立和释放是在（N–l）连接之上动态地进行的。（N）连接的建立意味着两个实体间的（N–1）连接可以利用，如果（N–1）连接不存在，则必须预先建立或同时建立（N–1）连接，而这又要求（N–2）连接可用。依此类推，直到最底层连接可用。显然，最底层的物理线路连接必须存在，所有上层连接的建立才有物理基础。

2．多路复用和分流

在（N–1）连接之上可以构造出三种具体的（N）连接。

（1）一一对应式：每一个（N）连接建立在一个（N–1）连接之上。 （2）多路复用式：几个（N）连接多路访问同一个（N–l）连接。

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