【计算机网络】P2 计算机网络体系结构基本概念，涉及分层的基本术语、SDU、PCI 与 PDU 的概念以及层次结构的含义

概述

在两个系统中实体间的通信是一个很复杂的过程。而为了降低协议设计以及调试过程的复杂性，同时便于对网络进行研究、实现和维护，促进标准化工作，通常对计算机网络的体系结构以分层的方式进行建模。

我们把计算机网络的各层以及其协议的集合称为：计算机网络的体系结构，换言之，计算机网络的体系结构就是整个计算机网络各层的协议和层次间的接口的集合。体系结构是一个抽象的概念，层次是一个抽象的概念，但是如何实现，则是不抽象的，通过硬件与软件设计搭配实现的，遵循体系结构的设计。

分层的基本元组

计算机网络体系结构具有分层的特性，其将复杂的大系统分成若干较容易实现的层次，其基本原则如下：

1. 每层包含一种唯一的功能，降低大系统的复杂度。
2. 保持下层对上层的之间的相对独立。
3. 整个分层结构清晰不冗余，可以促进标准化工作。

而正是由于这种相对独立、灵活性的设计，计算机网络体系结构具有易于更新、易于调试、易于交流、易于抽象以及易于标准化的特性。依据功能在不同层中的冗余性、层次清晰程度以及运行效率间的折中，计算机网络从低层到高层依次称为第 $1$ 层、第 $2$ 层、…、第 $n$ 层，且根据每层主要实现的功能，为其命名。

基本术语

• 第 $n$ 层实体： 在计算机网络的分层结构中，第 $n$ 层中的活动元素通常被称为第 $n$ 层实体。具体来说，实体指任何可发送或接收信息的硬件或者软件进程。
• 对等层： 不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体。
• 服务提供者： 第 $n$ 层实体实现的服务为第 $n+1$ 层所利用，第 $n$ 层称为服务提供者。

SDU、PCI 以及 PDU

• SDU、PCI 与 PDU： 虽然体系结构中每一层都有自己传送数据的单位，但是各个层次中传递的报文都是分为两部分的：SDU（数据部分）以及 PCI（控制信息部分），且 $$SDU+PCI=PDU$$

  • SDU： 服务数据单元，为完成用户所要求的功能而传送的数据。
  • PCI： 协议控制信息，控制协议操作的信息。
  • PDU： 协议数据单元，对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU。每层对于传送的协议数据单元都有一个通俗的名称，比如：
    • 物理层称之为 比特
    • 数据链路层称之为 帧
    • 网络层称之为 分组
    • 传输层称之为 报文段

  当 PDU 在各层之间传输数据时，把从第 n+1 层收到的 PDU 作为第 $n$ 层的 SDU，加上第 n 层的 PCI，就变成了第 $n$ 层的 PDU，交给第 n-1 层后作为 SDU 发送… 可以有公式为 $$SD{U}_n+PC{I}_n=PD{U}_n=SD{U}_{n-1}$$

层次结构含义

计算机网络层级结构具有以下几层含义：

1. 第 $n$ 层实体不仅要使用第 $n-1$ 层的服务来实现自身定义的功能，还要向 $n+1$ 层提供本层的服务，该服务是第 $n$ 层及其下面各层提供的服务总和。
2. 最底层提供基础服务，以上各层不仅是下一层服务的使用者，也是上一层服务的提供者，最高层面向用户提供服务。
3. 上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务，而不能调用其他层的服务。下一层所提供的服务的实现细节对上一层透明。