【计算机网络】计算机网络的体系结构

一、引言

   了解计算机网络的体系结构是掌握计算机网络的超级基础。

（小声逼逼）不过在此之前，你有时问到我我也会懵一下。这就是假程序员的表现。

   希望通过这篇总结，能够牢记计算机网络的体系结构，深刻认识，为之后深入理解每一层的结构和功能做好准备。

二、发展历史

   关于计算机网络体系结构的发展历史，并不会在任何考试中考察。但了解一个事物，总归要先从了解它的历史开始。通过它的演进历史，能更好地理解它为什么要这样定义，有何优势，以及还有哪些亟待优化的地方。

   计算机网络是分层次的体系结构。 而为什么要对网络进行分层，原因在于，在计算机之间相互传送数据或文件是非常复杂的。想象仅在两个计算机之间，这种最为简单的情况，也必须完成以下几项工作：

• “激活”数据通路——保证要传送的数据能在这条互连的通路上传输；
• 检查通信——告诉网络要传输给哪台计算机，以及如何识别；
• 检测对方网络状况——保证对方处于能够接收数据的状态；
• 格式转换——若文件格式不兼容，则需要对方进行转换；
• 差错检测——若数据传送错误或丢失，应保证对方最终有办法接收到正确的数据。

   基于以上几点要求的计算机网络，如前面所说，是相当复杂的。因此，我们需要对计算机网络进行 “分层” ，每一层都专注于自己的任务，分解复杂的任务。

（一）ARPANET

   于是，早在最初的 ARPANET 设计时，就提出了分层的方法。
   “分层” 可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部的问题就比较易于研究和处理。

（二）SNA

   1974年，美国的IBM公司宣布了 系统网络体系结构SNA（System Network Architecture） 。这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。

（三）OSI / RM

   1977年，国际标准化组织ISO 提出了一个视图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的 开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model） ，简称为OSI。
   但OSI/RM是一个抽象的概念。

（四）OSI-7498

   1983年，形成了开放系统互连基本参考模型的正式文件，即著名的OSI-7498国际标准，也就是所谓的七层协议的体系结构。

   OSI 的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但是它既复杂又不实用。且在等到要推广时，市场已被 TCP/IP 协议占了先机。且 TCP/IP 本身就较为简单实用，因此它到现在得到了广泛使用。

（五）TCP/IP

   前面说到，OSI 只获得了一些理论研究的成果，但在市场化方面则事与愿违地失败了。20世纪90年代初期，TCP/IP 的互联网率先占领了市场，成为了 事实上的国际标准，而使得 OSI 仅仅是 法律上的国际标准 。

   从某种意义上来说，能够占领市场的才是标准。

（六）五层协议

   而在对计算机网络的学习中，往往采用折中的方法，综合OSI和TCP/IP的优点，采用 五层协议 的体系结构进行讲解。这样既简洁又能把概念把握清楚。

三、五层协议

   五层协议由上到下依次为：

1. 应用层
2. 传输层
3. 网络层
4. 数据链路层
5. 物理层

   先上一张大杂烩图片：

   从上到下，很显然，越往下走的协议和硬件名称，我们是越少接触到的。我想，大多数程序员遇到最多的就是应用层的 FTP 和 HTTP 协议。也是面试时基本会被问到的。
   而在考试中看来，应用层的考察仅在了解层面，而出题最多的，是 网络层 和 传输层 的内容。

这也是我最近感受到备考和工作最能感受到脱节的地方所在。

   言归正传，从上一张图事实上已经几乎囊括了计算机网络课程的所有知识。我们无非是要搞懂五层分别做什么、每层的传输单元是什么、每层的硬件、每层的主要协议是什么，仅此而已。（这样看来，真没什么难的。）

（一）任务

层次	任务
应用层	提供系统与用户的接口
传输层	负责主机中两个进程之间的通信
网络层	异构网络互连、路由转发、拥塞控制
数据链路层	链路管理、帧同步、流量控制、差错控制、透明传输
物理层	提供数据通路、透明地传输比特

（二）传输单位

层次	传输单位
应用层
传输层	报文段（TCP）或用户数据包（UDP）
网络层	数据报
数据链路层	帧
物理层	比特

（三）硬件

层次	硬件
应用层
传输层
网络层	路由器
数据链路层	交换机、网桥
物理层	集线器、中继器

（四）协议

层次	协议
应用层	FTP、SMTP、POP3、HTTP
传输层	TCP、UDP
网络层	ICMP、ARP、RARP、IP、IGMP
数据链路层	PPP、HDLC、ARQ
物理层