一、計算機網(wǎng)絡(luò )入門(mén)指南之計算機網(wǎng)絡(luò )體系結構

1.1 計算機網(wǎng)絡(luò )體系結構形成的原因：

計算機網(wǎng)絡(luò )是個(gè)復雜的系統，現舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的計算機網(wǎng)絡(luò )應用例子：兩個(gè)連接在網(wǎng)絡(luò )上的計算機要傳送文件，首先要在兩個(gè)計算機之間建立一條通路，之后還有以下工作要做：1）兩個(gè)計算機先通過(guò)指令通信保證數據能在這兩臺計算上正確的發(fā)送和接收2）要告訴網(wǎng)絡(luò )如何接收數據3）發(fā)起通信的計算機要保證對方計算機是否可以通信4）發(fā)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(jīng)做好接收文件和儲存文件的準備5）若傳輸過(guò)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(wǎng)絡(luò )在實(shí)現過(guò)程中有非常多的細節需要考慮，為了解決這些問(wèn)題，計算機網(wǎng)絡(luò )的設計者提出了分層的概念，將問(wèn)題分為不同的部分，逐個(gè)解決。

1.2 計算機網(wǎng)絡(luò )體系結構的發(fā)展歷史

IBM最早提出了一種計算機網(wǎng)絡(luò )體系結構，即系統網(wǎng)絡(luò )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(chēng)的體系結構國際化標準組織ISO于1977年提出了著(zhù)名的開(kāi)放系統互連基本參考模型（Open Systems Interconnection Reference Model），簡(jiǎn)稱(chēng)OSI，它將計算機網(wǎng)絡(luò )分為七層，故又稱(chēng)作七層協(xié)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(guò)去后OSI標準由于太過(guò)復雜和沒(méi)有考慮市場(chǎng)情況而被淘汰，當今最大的覆蓋全世界的因特網(wǎng)并沒(méi)有使用OSI標準。OSI的失敗原因主要是制定OSI的人是學(xué)術(shù)界專(zhuān)家，他們在制定OSI時(shí)完全沒(méi)有考慮市場(chǎng)情況導致沒(méi)有人愿意使用OSI

現在我們使用的網(wǎng)絡(luò )都使用的是TCP/IP體系結構，TCP/IP體系結構是由商業(yè)公司制定的，由于其很好的迎合了市場(chǎng)的需求而被大規模廣泛的應用，TCP/IP體系結構只有四層，簡(jiǎn)單使用

二.計算機網(wǎng)絡(luò )體系結構中的各個(gè)層次

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

OSI，TCP/IP，五層協(xié)議對比：

2.1 應用層：

應用層簡(jiǎn)介：

網(wǎng)絡(luò )應用層是通信用戶(hù)之間的窗口，為用戶(hù)提供網(wǎng)絡(luò )管理、文件傳輸、事務(wù)處理等服務(wù)。其中包含了若干個(gè)獨立的、用戶(hù)通用的服務(wù)協(xié)議模塊。網(wǎng)絡(luò )應用層是OSI的最高層，為網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)之間的通信提供專(zhuān)用的程序。應用層的內容主要取決于用戶(hù)的各自需要，這一層設計的主要問(wèn)題是分布數據庫、分布計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )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(huà)及遠程作業(yè)登錄與控制等。至2011年應用層在國際上沒(méi)有完整的標準，是一個(gè)范圍很廣的研究領(lǐng)域。在OSI的7個(gè)層次中，應用層是最復雜的，所包含的應用層協(xié)議也最多，有些還在研究和開(kāi)發(fā)之中應用層協(xié)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(wǎng)絡(luò )應用程序提供訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的接口

2.2 運輸層：

運輸層簡(jiǎn)介：

運輸層建立在網(wǎng)絡(luò )層和會(huì )話(huà)層之間，實(shí)質(zhì)上它是網(wǎng)絡(luò )體系結構中高低層之間銜接的一個(gè)接口層。用一個(gè)尋址機制來(lái)標識一個(gè)特定的應用程序（端口號）。運輸層不僅是一個(gè)單獨的結構層，它還是整個(gè)分層體系協(xié)議的核心，沒(méi)有運輸層整個(gè)分層協(xié)議就沒(méi)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(gè)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(guò)程中可能發(fā)生的危險運輸層為上層提供端到端（最終用戶(hù)到最終用戶(hù)）的透明的、可靠的數據傳輸服務(wù)，所謂透明的傳輸是指在通信過(guò)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(xié)議主要是：傳輸控制協(xié)議TCP(Transmission Control Protocol）和用戶(hù)數據報協(xié)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(shí)現可靠傳輸，傳輸層協(xié)議規定接收端必須發(fā)回確認，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送，即耳熟能詳的“三次握手”過(guò)程，從而提供可靠的數據傳輸。

2.3 網(wǎng)絡(luò )層：

網(wǎng)絡(luò )層簡(jiǎn)介：

網(wǎng)絡(luò )層也稱(chēng)通信子網(wǎng)層，是高層協(xié)議之間的界面層，用于控制通信子網(wǎng)的操作，是通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)的接口。在計算機網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行通信的兩個(gè)計算機之間可能會(huì )經(jīng)過(guò)很多個(gè)數據鏈路，也可能還要經(jīng)過(guò)很多通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò )層的任務(wù)就是選擇合適的網(wǎng)間路由和交換結點(diǎn)，確保數據及時(shí)傳送。網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )層包頭，其中含有邏輯地址信息源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)地址的網(wǎng)絡(luò )地址IP是第三層問(wèn)題的一部分，此外還有一些路由協(xié)議和地址解析協(xié)議（ARP）。有關(guān)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(wǎng)絡(luò )層還可以實(shí)現擁塞控制、網(wǎng)際互連、信息包順序控制及網(wǎng)絡(luò )記賬等功能在網(wǎng)絡(luò )層交換的數據單元的單位是分割和重新組合數據包（packet）網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議的代表包括：IP、IPX、OSPF等

網(wǎng)絡(luò )層主要功能：

網(wǎng)絡(luò )層主要功能是基于網(wǎng)絡(luò )層地址（IP地址）進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò )系統間的路徑選擇。網(wǎng)絡(luò )層為建立網(wǎng)絡(luò )連接和為上層提供服務(wù)，應具備以下主要功能：一.路由選擇和中繼二.激活，終止網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)關(guān)、路由器

2.4 數據鏈路層：

數據鏈路層簡(jiǎn)介：

在物理層提供比特流服務(wù)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(xiāo)、標識邏輯鏈接和鏈路復用以及差錯校驗等功能。通過(guò)使用接收系統的硬件地址或物理地址來(lái)尋址。建立相鄰結點(diǎn)之間的數據鏈路，通過(guò)差錯控制提供數據幀（Frame）在信道上無(wú)差錯的傳輸，同時(shí)為其上面的網(wǎng)絡(luò )層提供有效的服務(wù)。數據鏈路層在不可靠的物理介質(zhì)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(fā)等。數據鏈路層協(xié)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(shí)現系統實(shí)體間二進(jìn)制信息塊的正確傳輸2）為網(wǎng)絡(luò )層提供可靠無(wú)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(guò)程和通信控制規程的問(wèn)題4）為網(wǎng)絡(luò )層提供數據傳送服務(wù)，這種服務(wù)要依靠本層具備的功能來(lái)實(shí)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(xié)議不同，幀的長(cháng)短和界面也有差別，但無(wú)論如何必須對幀進(jìn)行定界三.順序控制，指對幀的收發(fā)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(huán)碼校驗來(lái)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�？糠答佒匕l(fā)技術(shù)來(lái)完成

數據鏈路層的典型設備：

二層交換機、網(wǎng)橋、網(wǎng)卡

2.5 物理層：

物理層簡(jiǎn)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(shí)現設備之間的物理接口。物理層之接收和發(fā)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(wǎng)絡(luò )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(gè)物理媒體，也可以是多個(gè)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(gè)數據終端設備間連接起來(lái)，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(shí)體，為數據傳送服務(wù)，主要包括以下幾點(diǎn)：一、保證數據按位傳輸的正確性二、向數據鏈路層提供一個(gè)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(guò)的比特(BIT)數)，以減少信道上的擁塞。傳輸數據的方式能滿(mǎn)足點(diǎn)到點(diǎn)，一點(diǎn)到多點(diǎn)，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(xiàn)、中繼器和集線(xiàn)器