４．１　关于网层次结构的基本概念
４．１．１　分层原则
在层次结构的计算机网络系统中，每一层都具有相对独立的通信功能。各
层间相对独立的通信就好像国家之间的往来，分为元首级的通信、部长级的通
信、工作人员级的通信，他们各以不同方式进行不同内容的通信；同一级的通信
都是对等的，并且都是在各自的下一级的通信支持下进行的。在计算机网络中的
通信也是如此，通信的双方都可以分为不同的层次，每一层之间进行对等的通信。
基于不同的现实和考虑原则，计算机网络可以有不同的分层方法。但是，一
般说来有一些原则基本上是共同的，如：
（１）每层的功能应当明确、各层相对独立，使得当某层的方法变更时，只要
保持接口关系不变，不会影响其他层的结构和方法；
（２）各层功能的确定应当有助于网络协议国际标准的制定；
（３）层间接口要清晰，尽量减少跨越接口的信息量；
（４）层数适当，不可太少，只要增加一个不同等级的抽象，就应当为网络增
加相应的层次；也不可太多，否则使网络结构过于复杂。
４．１．２　服务与接口
用于同层间通信的协议称为同层协议，并且每一层间通信的协议都是在下
一层间通信的协议提供的服务基础上进行工作的。因此，协议和服务是两个不
同的概念：协议是“水平的”，是控制对等实体之间通信的规则；服务是“垂直的”，
是下层通过接口向上层提供的支持。
１．（Ｎ）服务与（Ｎ）协议
与前述国家间的交往相似，在对等层间形成虚拟通信。在通信过程中，第
（Ｎ）层向第（Ｎ＋１）层提供服务，而第（Ｎ）层的服务除了要使用（Ｎ）层的功能
———（Ｎ）功能外，还需要第（Ｎ－１）层以下服务的支持。这里，将第（Ｎ）层对第
（Ｎ＋１）层提供服务称为（Ｎ）服务，显然，（Ｎ）服务是（Ｎ）层及其以下各层服务的
综合。对于第（Ｎ＋１）层来说，只关心（Ｎ）服务，而不必关心（Ｎ－１）服务。
对等层之间的虚拟通信是通过执行（Ｎ）功能实现的。这时要使用一组规则
（语义）和格式（语法）。这组规则（语义）和格式（语法）称为（Ｎ）协议。
２．接口
由前面的讨论可知，上、下层间通过接口交换信息。图４．１表示了层间接口
中的活动。
图４．１　层间接口中的活动
可以看出，两个相邻层间的信息交换，实际上是由两层间的实体通过服务访
问点相互作用的。这里，（Ｎ）实体是Ｎ层中一个活动的元素，可以是软实体（如
一个进程），也可以是硬实体（如智能输入输出芯片）。
接口以一个或多个服务访问点（ＳＡＰ，ＳｅｒｖｉｃｅＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）的形式存在，并通
过访问服务点来实现其功能。（Ｎ）ＳＡＰ位于Ｎ层和Ｎ＋１层的逻辑交界面上，是
（Ｎ）实体向（Ｎ＋１）实体提供服务的地方，或者说是（Ｎ＋１）实体请求Ｎ层服务
———（Ｎ）服务的地方。每个ＳＡＰ有一个惟一的标识标明它的地址，如在物理层
的ＳＡＰ地址可以是异步通信口的地址。
ＯＳＩ模型是面向连接的。两个（Ｎ）实体利用一种协议并通过（Ｎ－１）连接实
现通信。但是，一个（Ｎ）ＳＡＰ一次只能连接一个（Ｎ）实体和一个（Ｎ＋１）实体，而
一个（Ｎ）实体可以同时通过多个（Ｎ）服务连接一个或多个（Ｎ＋１）实体。
３．服务原语
（１）原语的概念
服务在形式上由一组原语（Ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ）描述。原语规定了应完成的功能，并用
于传送数据以及控制信息，它们供用户和其他实体访问某服务时调用。它们通
知服务提供者采取某些行动或报告某个对等实体的活动。
· ０ ８ · 第２篇　计算机网络体系结构
（Ｎ）服务原语可以由（Ｎ）实体向（Ｎ＋１）实体发送，也可以由（Ｎ＋１）实体向
（Ｎ）实体发送。ＩＳＯ／ＯＳＩ定义了表４．１所示的４种类型的服务原语。
表４－１　ＩＳＯ／ＯＳＩ定义的４种类型的服务原语
名称 格式 发送方向 含义
请求原语（Ｎ）ＰＲＩＭＩＴＩＶＥＮＡＭＥ．ｒｅｑｕｅｓｔ（ａ０，…，ａｎ－１）（Ｎ＋１）→（Ｎ）请求（Ｎ）实体的服务
指示原语（Ｎ）ＰＲＩＭＩＴＩＶＥＮＡＭＥ．ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ（ａ０，…，ａｎ－１）（Ｎ）→（Ｎ＋１）通知服务已开始
响应原语ＮＰＲＩＭＩＴＩＶＥＮＡＭＥ．ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ａ０，…，ａｎ－１）（Ｎ＋１）→（Ｎ）已响应最近的一次指示
证实原语ＮＰＲＩＭＩＴＩＶＥＮＡＭＥ．ｃｏｎｆｉｒｍ（ａ０，…，ａｎ－１）（Ｎ）→（Ｎ＋１）请求的服务已完成
大部分原语都带有参数。例如一个运输连接请求原语可以写为
　　　　ＴＣＯＮＮＥＣＴ．ｒｅｑｕｅｓｔ（被叫地址，主叫地址，…）
这里，ＴＣＯＮＮＥＣＴ是原语名称，ｒｅｑｕｅｓｔ是原语类型，中间用圆点分隔，“被
叫地址”和“主叫地址”是原语参数。
（２）有证实服务和无证实服务
服务有有证实（Ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ）和无证实（Ｕｎｃｏｎｆｉｒｍｅｄ）之分。有证实服务包括请
求、指示、响应和证实４个原语，无证实服务只包括请求、指示２个原语。图４．２
以张给李打电话通知开会为例，说明有证实服务和无证实服务的交互过程。
图４．２　有证实服务和无证实服务的交互过程
· １ ８ · 第４章　ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型
这里，ＣＯＮＮＥＣＴ和ＤＡＴＡ过程是有证实服务，ＤＩＳＣＯＮＮＥＣＴ是无证实服务。
（３）原语的参数
大多数原语都有参数。例如：连接请求的参数可能要指明是与哪一台计算
机连接，需要的服务类别，以及在该连接上使用的最大报文长度；连接指示原语
的参数可能包括呼叫者标识，需要的服务类型，以及建议的最大报文长度等。在
典型情形下，当接收到一个服务原语时，该层的协议实体读原语中的参数，并把
它们与附加的协议控制信息相结合形成该层的ＰＤＵ，所产生的ＰＤＵ再放到带有
附加参数的服务原语的用户段中，以便传给相邻的下层。
４．协议与服务的关系
服务与协议关系非常密切，但却是完全不同的概念，然而又却容易被混淆。
服务定义了相邻两层之间的接口关系，上层是服务的用户，下层是服务的提
供者，并用一组原语描述服务内容———下层能够为它的上层给予的支持。
协议是同层实体之间数据交换的规则。实体利用协议来实现它们的服务的
定义。
在某一层上，只要不改变提供给上层的服务，实体可以使用不同的协议。这
样，就把服务同协议完全分离开来。ＯＳＩ的一大贡献也就是实现了服务同协议
的分离。
４．１．３　各层设计中的流量控制
在第２章介绍了用滑动窗口协议实现链路上数据流量控制的方法。实际
上，不仅在数据链路层，在网络层和运输层都要进行流量控制，如路由器也有流
量控制的功能。这一小节对流量控制做一些较系统的分析，以便使读者在不同
层次上了解流量控制的相同点和不同点。
１．拥塞与死锁
在公路上，车流量超过一定限度，大家的速度就不得不减慢；再超过一定的
限度，就会出现谁也走不动的现象。计算机网络也是如此，无论是计算机装置还
是通信设备，对数据的处理能力总是有限的。当网上传输的数据量增加到一定
程度时，网络的吞吐量下降，这种现象称为“拥塞”（Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ）。传输数据量急剧
增加时，丢弃的数据帧不断增加，从而引起更多的重发；重发数据所占用的缓冲
区得不到释放，又引起更多的数据帧丢失；这种连锁反应将很快波及全网，使通
信无法进行，网络处于“死锁”（Ｄｅａｄｌｏｃｋ）状态，陷于瘫痪。图４．３表明了网络系
统吞吐量与输入负载的关系。
· ２ ８ · 第２篇　计算机网络体系结构
图４．３　网络系统吞吐量与输入负载的关系
２．流量控制的基本原理
防止拥塞和死锁的办法是制定网上交通规则，进行流量控制。从原理上说，
拥塞和死锁是网上可用资源不能满足各用户资源需求造成的，即
∑用户资源需求≥可用资源
由此，可以得到进行流量控制的基本策略：
�增加用户可用资源；
�限制用户资源需求。
３．流量控制的级别
计算机网络是一个复杂的系统。如图４．４所示，它的流量控制可以从两种
角度来研究。从网络的组成环节上看，涉及相邻节点间（段级）的流量控制、节点
间（入口出口级）的流量控制、主机与节点间（进网级）的流量控制和主机间（传输
级）的流量控制；从网络的体系结构上看，涉及到物理层、链路层、网络层和传输
层。这二者之间具有以下几点联系：
�物理层提供了系统最基本的可用资源；
�段级流量控制在链路层实现；
�入口出口级的流量控制在网络层实现；
�进网级的流量控制在网络层和链路层实现；
�传输级的流量控制在传输层实现。
其中，物理层流控的主要目的是提供网络的基本可用资源，基本策略有：
�合理选择路径，均衡网上负荷；
�增加通道带宽，增加信息速率；
�增加缓冲区，等等。
其他层的流控策略主要是限制用户资源需求。
· ３ ８ · 第４章　ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型
图４．４　流量控制的级别
４．用户资源需求限制策略
下面介绍几种通过限制用户资源需求来控制流量的策略。
（１）等待传输法
当接收节点的缓冲区将被占满、死锁来临之前，向发送节点发送暂停发送信
息；当危险解除后，再通知发送节点恢复发送。
（２）预约缓冲区法
源主机在开始传输数据之前，首先了解目的主机的可用缓冲区大小，预约一
定大小的缓冲区，根据分配的缓冲区大小控制数据的发送量。当缓冲区用完后，
等待对方重新分配缓冲区。
（３）数据单元丢弃法
当目的主机有缓冲区时就接收数据单元，无缓冲区时就将数据单元丢弃，被
丢弃的数据单元由于源主机得不到确认而重发。
（４）许可证法
这是一种全网流量控制策略。其基本方法为：网络初启时，给每个节点各分
配一定数量的许可证；一个节点上的主机要发送数据，必须从该节点获得一个许
可证，将许可证与数据一起发送，这时发送节点将减少一个许可证，没有许可证
可用的节点不能发送数据；目标节点收到一个数据的同时，也收到一个许可证，
供自己的主机发送数据使用。为了防止某一个节点积累的数据太多，超过限量
时，将把多余的许可证单独发送或让数据单元捎带到别的节点上。