网络技术与应用论文——网络结构.doc

计算机网络结构网络体系结构姓名： 学号： 班级：摘要：本文针对计算机网络结构中的网体系结构进行了介绍，对于常见的三种结构进行介绍的同时，专门对经常使用的五层协议结构做了详尽的分析，并对每层使用的协议、中间设备等做了专门介绍。近年来随着无线网络研究的进步，各项研究的进展已经不仅仅局限于单层，跨层架构的研究已经逐渐成熟，本文最后对无线网络中的跨层设计进行了较为详尽的叙述。关键字：网络结构 五层协议结构 中间设备 协议 跨层设计一分层的网络体系结构计算机的网络结构可以从网络体系结构，网络组织和网络配置三个方面来描述,网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络；网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局、硬件、软件和和通信线路来描述计算机网络；网络体系结构是从功能让来描述计算机网络结构。在本论文中主要讨论计算机网络的体系结构。网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。最常见的网络体系结构有三种：OSI的七层协议、TCP/IP的四层协议、五层协议：图1、计算机网络体系结构：(a) OSI的七层协议(b) TCP/IP的四层协议(c) 五层协议三种结构中OSI的七层协议体系结构的概念清楚、理论也较为完整，但是它即复杂又不实用。TCP/IP体系结构这不同，但它现在却得到了非常广泛的实际应用。TCP/IP是一个四层的体系结构，包含应用层、运输层、网际层和网络接口层，但是最下面的网络接口层并没有什么具体的内容。所以在网络结构中通常采用的三种结构，即网络的五层协议。以下对五层协议结构以及每层要点进行介绍。1、 物理层物理层的任务是透明的传输比特流，因此物理层要考考虑用多大的电压代表“1”和“0”，以及接收方如何识别出发送方说发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。物理层使用的中间设备是转发器，它的作用是重建到来的电子、无线或光学信号的网络设备，使得信号在物理层中实现透明的复制，以补偿子信号的衰减。2、 数据链路层数据链路层的最基本的功能是向该层用户提供透明的和可靠的数据传送基本服务。数据链路层的协议很多，但有三个基本的问题是共同的即：封装成帧、透明传输和差错检验。封装成帧就是在一段数据的前后分别添加后首部和尾部，这样就构成一个帧，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据手部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。透明传输即可以让无论是哪种比特组合的数据，都可以在数据链路上进行有效传输。差错检验是为了保证数据传输的可靠性。数据链路层包含LLC逻辑链路层子层 和MAC介质访问控制子层两个子层。LLC子层用于设备间单个连接的错误控制，流量控制，而MAC子层解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题。数据链路层使用的中间设备是网桥(桥接器)。网桥的结构如图2所示。在网络互联中它起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。图2 网桥结构示意图3、 网络层网络层介于运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直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。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使运输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。网络层的核心是IP协议，它是TCP/IP协议族中最主要得协议之一。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接得传送服务。IP协议得主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能得还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。网络层使用的中间设备是路由器，路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。在网络节点收到一个分组后，要确定向下一个节点传送的路径，这事就需要进行路由的选择。在数据报方式中网络节点要为每个分组路由做出选择；而在虚电路方式中，只需在连接建立时确定路由。确定路由选择的策略称路由算法。设计路由算法时要考虑诸多技术要素。首先是路由算法所基于的性能指标，一种是选择最短路由，一种是选择最优路由；其次要考虑通信子网是采用虚电路还是数据报方式；其三，是采用分布式路由算法，即每节点均为到达的分组选择下一步的路由，还是采用集中式路由算法，即由中央点或始发节点来决定整个路由；其四，要考虑关于网络拓扑，流量和延迟等网络信息的来源；最后，确定是采用动态路由选择策略，还是选择静态路由选择策略。4、 运输层运输层解决的是计算机程序之间的通信问题，引入传输层的原因是为了增加复用和分用的功能、消除网络层的不可靠性、提供从源端主机到目的端主机的可靠的、与实际使用的网络无关的信息传输。运输层是整个协议层次中最核心的一层，它的作用是在优化网络服务的基础上，为源主机和目标主机之间提供可靠的价格合理的透明数据传输，使高层服务用户在相互通信时不必关心通信子网实现的细节。运输层的最终目标是为传送服务用户提供有效、可靠和价格合理的运输服务，而传送服务的用户即会话层实体。TCP/IP的运输层中的两个重要协议是UDP协议和TCP协议。UDP提供了不可靠的无连接传输服务。它使用IP携带报文，但增加了对给定主机上多个目标进行区别的能力。 UDP没有确认机制；不对报文排序；没有超时机制；没有反馈机制控制流量；使用UDP的应用程序要承担可靠性方面的全部工作。传输控制协议TCP(Tranmission Control Protocal)面向连接的、可靠的、端到端的、基于字节流的传输协议；TCP不支持多播（multicast）和广播（broadcast）；TCP连接是基于字节流的，而非消息流，消息的边界在端到端的传输中不能得到保留；对于应用程序发来的数据，TCP可以立即发送，也可以缓存运输层一段时间以便一次发送更多的数据。5、 应用层应用层是体系结构的最的高层，直接为用户的应用进程提供服务，因特网的协议很多，例如，HTTP协议(支持万维网的应用)、SMTP协议(支持电子邮件)、FTP协议(支持文件传输)等等。HTTP协议是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示；在SMTP协议下，邮件的发送可能经过从发送端到接收端路径上的大量中间中继器或网关主机；FTP协议是internet中文件传送的基础，由一系列的规格说明文档组成，目的是提高文件的共享性，提供非直线使用远程计算机，使存储介质对用户透明盒可高效的传输数据。二无线网络中的跨层设计思想分层网络设计的思想已为通信系统服务多年，人们也已经习惯于该思想了，然而，在无线网络领域，我们在研究各网络、各层性能优化的同时，更要关注物理层、数据链路层或网络层以及上层之间的互相协调配合对网络性能的影响，由此提出了跨层媒体传输结构的设计方案。跨层设计的思想如图3所示，无线网络设计应考虑网络跨层间的相互作用，无线网络设计的五层协议模型中最高和最低层次有不同方法解决固定基站无限制接入位置问题。以网络层自适应策略为例，利用物理层和MAC层信息，资源和连接点信息可在指定瞬间优化系统的性能。在新一代多媒体网络优化设计时，不仅需要静态优化跨层设计，还应考虑动态优化跨层自适应。传统的网络设计也包含一些自适应能力，如利用自适应信号处理、调整信道参数、更新路由表、改变流量负载等，但这些调整更新与网络层次是孤立的。这里的跨层自适应允许网络同时在功能和自适应之间通过信息交换，满足网络负载、信道环境和QoS可变的要求。图3、跨层设计的思想跨层设计给网络的优化尤其是无线网络的优化带来了前所未有的进步，具体优势如下。首先，增加了灵活性和和自适应接入能力。无线网络的跨层设计能够实现可用的调制/编码方案与可用链路质量之间的匹配，可以为衡量网络整体最佳性能提供判据，可以使每一层内针对每种可能的资源，以及在多层之间的需要快速地进行适配，以更好地满足不同信道条件中，特别是无线环境内更高数据速率的要求。通过与信道状况相适应，并且相应地选择调制和编码方案，可以大大改善OFDM等高速物理层技术的性能。 自适应可以体现在频率利用、物理层、MAC和链路层、网络和传输层，并且还可以体现在应用层和业务层。其次，增加了业务与应用的适配性。真正的优化不仅要求跨层设计，还要求有跨层适应性。传统网络具有的适应能力是隔绝在特定层中的。跨层适应性将允许所有网络功能在不同功能之间传送信息并适应，以便满足QoS需求变化、网络负载变化和信道条件变化的要求。因此，跨层网络设计要求网络各层的静态优化，而适应性要求跨层动态优化。 最后，实现了多层次联合优化。跨层设计使物理层可以与无线网络的其他层次联合优化，在无线移动环境中，TCP层分组的丢失不单是由于网络的拥塞引起的，还有可能是由于无线链路的高差错率造成的。尤其是链路特性较差时，若使用自动重发请求反而会增加网络的负担，因此需要区别对待这两种情况。基于无线通信与有线传输特性的差距，我们应当突破传统开放系统互联体系结构各层之间的独立性，通过在物理层、数据链路层和传输层之间传递控制信息进行联合优化，以提高整体性能。 结束语本文对计算机网络结构中的网体系结构进行了介绍，并按照传统的五层协议结构对每层即物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层进行了详细叙述，此外还包括每层用到的协议、中间设备及其他关键知识