层与层之间的关系及虚通信

计算机网络体系结构是由计算机结构不断发展、不断演变而成的，它经历了从简单到复杂、从低级到高级的过程。原始的网络体系结构只是计算机系统结构的简单扩展。但到计算机网络发展到一定的程度时，原有的方法和体系就不适应了。从结构上看，计算机网络是数据处理与数据通信密切结合而成的一个统一完整的系统。这个系统不仅在地域上跨越了很大的距离，而且在结构上集中了计算机硬件、软件和数据通信技术的最新成果。因此需要建立一种新的方法，以适应网络日益复杂的设计、管理和维护的需要。信息从源点流向终点，中间要经过许多的部件和软件共同协同、连接和控制。采用层次化的方法，就是按照信息流的流动过程，将网络的整体功能分解为一个个的功能层次；将这些层次之间的的约定化解为一个个的接口或协议。这种层次和协议的集合就称为计算机网络的体系结构。图2.3.2给出了层与层之间的关系示意图。

图2.3.2　层与层之间的关系

计算机网络的体系结构是计算机网络及其部件执行功能的精确定义。对体系结构的说明必须包含足够的信息，以使网络的实现者能给每一层定义并使其完全达到协议要求的功能。每一层都为高一层提供服务。层次化不同于模块化的概念。模块可以各自独立，任意拼装或者并行，而层次一定有上下之分，是依数据流的流动而产生的。组成不同计算机中同等层的实体称为同等进程（Peer Processes），或对等进程。同等进程不一定非是相同的程序，但其功能必须一致。层间的接口定义了较低层向较高层提供的操作或服务。整个计算机网络用体系结构阐明后，各个部件或设备所要完成的协议层次功能就已明确，在必要时，可以根据需要用其它功能相同的层次进行替换。

图2.3.3给出了一个网络体系结构的例子。在图中，假设主机A的应用要与主机B的应用进行连结对话，它们间有面向应用的协议，以说明应用之间的关系。如主机A的应用为数据库存取，而主机B的应用是数据库的DBMS，这两者之间就要有一定的规定。但应用不能直接通信，而只能向它的下层（网络服务层）请求服务。具体点说，就是将它产生的报文传给下层，并在报文中指明对方是谁。网络服务层之间也不能直接通信，而须利用主机/子网接口向子网请求服务。子网又经过它的结点—结点的协议一层一层地向下请求，直到物理接口层才能实现直接通信，其间可能需要经过多个子网结点。报文到达目的方的物理接口层后再向上传送，直至主机B的网络服务层，网络服务层才最终完成了主机A的应用所要求的报文传递工作，将报文交给主机B的应用。这些层次的划分和协议的集合便是该计算机网的体系结构。

由此例可见，虽然各层之间存在着协议，但除物理连接外，其它各层之间的通信是通过下层传递进行的，这种通信称为虚通信。只有在最底一层之间存在着实实在在的物理信道，这种通信就称为实通信。层次之间虚、实通信的总目标是把主机A的报文传递给主机B.

图2.3.3　网络体系结构例子(www.xing528.com)

虚通信是靠逻辑信道（虚拟信道）完成通信过程的。在计算机网络环境中，习惯上将逻辑信道称为“连接”，上层连接建立在下层连接的基础上，某一层网络协议就是在某一连接上进行通信的规约。

分层是广为接受的结构技术。整个通信功能划分为垂直的层次集合后，在通信过程中下层将向上层隐藏下层的细节。层次的划分应首先确定层次的集合及每层所应完成的任务。划分时应按逻辑组合功能，并具有足够的层次，以使每层小到易于处理。但层次也不能太多，以至产生难于负担的处理开销。层次应是逻辑上的，不能拘泥于设备的种类。国际标准化组织ISO给出的分层原则如下：

①当需要一种不同级别抽象时，就建立一个层次；

②每一层应完成精确定义的功能；

③分层处应当选择使接口的描述最少、层间交互最少的地方；

④层次数目适当；

⑤每一层功能的选择应有利于标准化。