一、計算機網絡入門指南之計算機網絡體系結構

1.1 計算機網絡體系結構形成的原因：

計算機網絡是個復雜的系統，現舉一個最簡單的計算機網絡應用例子：兩個連接在網絡上的計算機要傳送文件，首先要在兩個計算機之間建立一條通路，之后還有以下工作要做：
1）兩個計算機先通過指令通信保證數據能在這兩臺計算上正確的發送和接收
2）要告訴網絡如何接收數據
3）發起通信的計算機要保證對方計算機是否可以通信
4）發起通信的計算機必須弄清楚對方計算機中的文件管理程序是否已經做好接收文件和儲存文件的準備
5）若傳輸過程中出現差錯，應有可靠的方式保證接收方能夠最終接收到正確的數據
由上可以看出，計算機網絡在實現過程中有非常多的細節需要考慮，為了解決這些問題，計算機網絡的設計者提出了分層的概念，將問題分為不同的部分，逐個解決。

1.2 計算機網絡體系結構的發展歷史

IBM最早提出了一種計算機網絡體系結構，即系統網絡體系結構（System Network Architecture）這一結構一直被IBM沿用至今
之后其他公司也相繼提出了自己公司不同名稱的體系結構
國際化標準組織ISO于1977年提出了著名的開放系統互連基本參考模型（Open Systems Interconnection Reference Model），簡稱OSI，它將計算機網絡分為七層，故又稱作七層協議體系結構

OSI標準提出后一些大公司和政府紛紛表示支持，但是多年過去后OSI標準由于太過復雜和沒有考慮市場情況而被淘汰，當今最大的覆蓋全世界的因特網并沒有使用OSI標準。OSI的失敗原因主要是制定OSI的人是學術界專家，他們在制定OSI時完全沒有考慮市場情況導致沒有人愿意使用OSI

現在我們使用的網絡都使用的是TCP/IP體系結構，TCP/IP體系結構是由商業公司制定的，由于其很好的迎合了市場的需求而被大規模廣泛的應用，TCP/IP體系結構只有四層，簡單使用

二.計算機網絡體系結構中的各個層次

在過去的幾十年中各個公司和組織提出了很多計算機網絡體系結構模型，每種模型都將計算機網絡劃分成了不同的層次，其中有影響力的兩個便是OSI模型和TCP/IP模型，OSI將計算機網絡劃分為七層，TCP/IP模型將計算機網絡劃分為四層。由于標準不統一不好進行計算機網絡體系層次的學習，所以教學中一般都將OSI和TCP/IP進行了結和折中，教五個層次，分別為：應用層，運輸層，網絡層，數據鏈路層，物理層

OSI，TCP/IP，五層協議對比：

2.1 應用層：

應用層簡介：

網絡應用層是通信用戶之間的窗口，為用戶提供網絡管理、文件傳輸、事務處理等服務。其中包含了若干個獨立的、用戶通用的服務協議模塊。網絡應用層是OSI的最高層，為網絡用戶之間的通信提供專用的程序。應用層的內容主要取決于用戶的各自需要，這一層設計的主要問題是分布數據庫、分布計算技術、網絡操作系統和分布操作系統、遠程文件傳輸、電子郵件、終端電話及遠程作業登錄與控制等。至2011年應用層在國際上沒有完整的標準，是一個范圍很廣的研究領域。在OSI的7個層次中，應用層是最復雜的，所包含的應用層協議也最多，有些還在研究和開發之中
應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP、DNS等。

應用層主要功能：

應用層為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口

2.2 運輸層：

運輸層簡介：

運輸層建立在網絡層和會話層之間，實質上它是網絡體系結構中高低層之間銜接的一個接口層。用一個尋址機制來標識一個特定的應用程序（端口號）。運輸層不僅是一個單獨的結構層，它還是整個分層體系協議的核心，沒有運輸層整個分層協議就沒有意義。運輸層的數據單元是由數據組織成的數據段（segment）這個層負責獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數據單元碎片、亂序到達的數據包和其它在傳輸過程中可能發生的危險
運輸層為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的透明的、可靠的數據傳輸服務，所謂透明的傳輸是指在通信過程中運輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節
運輸層協議主要是：傳輸控制協議TCP(Transmission Control Protocol）和用戶數據報協議UDP(User Datagram protocol）。

運輸層的主要功能:

一、格式化信息流
二、提供可靠傳輸，為實現可靠傳輸，傳輸層協議規定接收端必須發回確認，并且假如分組丟失，必須重新發送，即耳熟能詳的“三次握手”過程，從而提供可靠的數據傳輸。

2.3 網絡層：

網絡層簡介：

網絡層也稱通信子網層，是高層協議之間的界面層，用于控制通信子網的操作，是通信子網與資源子網的接口。在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路，也可能還要經過很多通信子網。網絡層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。網絡層將解封裝數據鏈路層收到的幀，提取數據包，包中封裝有網絡層包頭，其中含有邏輯地址信息源站點和目的站點地址的網絡地址
IP是第三層問題的一部分，此外還有一些路由協議和地址解析協議（ARP）。有關路由的一切事情都在第三層處理。地址解析和路由是三層的重要目的。網絡層還可以實現擁塞控制、網際互連、信息包順序控制及網絡記賬等功能
在網絡層交換的數據單元的單位是分割和重新組合數據包（packet）
網絡層協議的代表包括：IP、IPX、OSPF等

網絡層主要功能：

網絡層主要功能是基于網絡層地址（IP地址）進行不同網絡系統間的路徑選擇。
網絡層為建立網絡連接和為上層提供服務，應具備以下主要功能：
一.路由選擇和中繼
二.激活，終止網絡連接
三.差錯檢測與恢復
四.排序，流量控制

數據鏈路層的典型設備：

網關、路由器

2.4 數據鏈路層：

數據鏈路層簡介：

在物理層提供比特流服務的基礎上，將比特信息封裝成數據幀（Frame），起到在物理層上建立、撤銷、標識邏輯鏈接和鏈路復用以及差錯校驗等功能。通過使用接收系統的硬件地址或物理地址來尋址。建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀（Frame）在信道上無差錯的傳輸，同時為其上面的網絡層提供有效的服務。數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。
數據鏈路層協議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。

數據鏈路層的主要功能：

1）鏈路層的功能是實現系統實體間二進制信息塊的正確傳輸
2）為網絡層提供可靠無錯誤的數據信息
3）在數據鏈路中解決信息模式、操作模式、差錯控制、流量控制、信息交換過程和通信控制規程的問題
4）為網絡層提供數據傳送服務，這種服務要依靠本層具備的功能來實現。鏈路層應具備如下功能：
一.鏈路連接的建立，拆除，分離
二.幀定界和幀同步。鏈路層的數據傳輸單元是幀，協議不同，幀的長短和界面也有差別，但無論如何必須對幀進行定界
三.順序控制，指對幀的收發順序的控制
四.差錯檢測和恢復。還有鏈路標識，流量控制等等。差錯檢測多用方陣碼校驗和循環碼校驗來檢測信道上數據的誤碼，而幀丟失等用序號檢測。各種錯誤的恢復則常靠反饋重發技術來完成

數據鏈路層的典型設備：

二層交換機、網橋、網卡

2.5 物理層：

物理層簡介：

物理層是OSI分層結構體系中最重要、最基礎的一層，它建立在傳輸媒介基礎上，起建立、維護和取消物理連接作用，實現設備之間的物理接口。物理層之接收和發送一串比特(bit)流，不考慮信息的意義和信息結構。物理層包括對連接到網絡上的設備描述其各種機械的、電氣的、功能的規定

物理層的主要功能：

1）為數據端設備提供傳送數據的通路
數據通路可以是一個物理媒體，也可以是多個物理媒體連接而成。一次完整的數據傳輸，包括激活物理連接，傳送數據，終止物理連接。所謂激活，就是不管有多少物理媒體參與，都要在通信的兩個數據終端設備間連接起來，形成一條通路。
2）傳送數據
物理層要形成適合數據傳輸需要的實體，為數據傳送服務，主要包括以下幾點：
一、保證數據按位傳輸的正確性
二、向數據鏈路層提供一個透明的位傳輸
三、提供足夠的帶寬(帶寬是指每秒鐘內能通過的比特(BIT)數)，以減少信道上的擁塞。傳輸數據的方式能滿足點到點，一點到多點，串行或并行，半雙工或全雙工，同步或異步傳輸的需要
完成物理層的一些管理工作，如在數據終端設備、數據通信和交換設備等設備之間完成對數據鏈路的建立、保持和拆除操作

物理層的典型設備：

光纖、同軸電纜、雙絞線、中繼器和集線器

轉載于:https://www.cnblogs.com/mo3408/p/10943047.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络入门指南之计算机网络体系结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。