计算机网络体系结构：OSI参考模型和TCP/IP体系结构

目录

1、IOS 参考模型/七层协议体系结构

2、TCP/IP 四层体系结构和五层协议的体系结构

3、TCP/IP 的体系结构

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        在开始之前，先思考一下，如果需要在网络上的两台计算机之间互相传送文件，需要怎么样才能实现呢？

        显然，首先在这两台计算机之间必须有一条传送数据的通路。不过，这还远远不够。我们至少还要考虑到以下的情况：//网络需要解决的一些问题

• 发起通信的计算机如何将数据通信的通路激活。//如何发起连接
• 网络如何去识别接收数据的计算机。//如何找到对方
• 发起通信的计算机如何查明对方计算机与网络连接正常。//确认对方是否在线
• 如何确认对方计算机是否做好了接收和存储文件的准备。//确认对方是否可以正常接收数据
• 如何确保发送的文件格式对方能正确解析。//如何统一报文格式
• 对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个节点交换机出现故障等，如何使用可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。//如何处理网络故障

        但是，在实际过程中，解决以上所有的问题是非常复杂的。所以，为了将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，在计算机网络体系结构的设计中就有了分层这一方式。//跟分治算法思想差不多

1、IOS 参考模型/七层协议体系结构

        OSI 模型是一个由国际标准化组织（ISO）制定的框架，用于理解和描述计算机网络中不同层次之间的通信。它划分为七个层次，从物理层到应用层：

1. 物理层（Physical Layer）： 负责定义硬件设备和传输媒介之间的接口。//硬件接口
2. 数据链路层（Data Link Layer）： 提供数据帧的传输，错误检测和纠正。//数据帧
3. 网络层（Network Layer）： 处理数据包的路由和转发。//数据包
4. 传输层（Transport Layer）： 提供端到端的通信，包括错误检测和数据流控制。//流量控制
5. 会话层（Session Layer）： 管理不同设备之间的会话。
6. 表示层（Presentation Layer）： 处理数据的格式和转换，确保不同设备间的数据交换能够理解。
7. 应用层（Application Layer）： 提供用户接口和网络服务。

        现实中，虽然整套的 OSI 国际标准都已经制定出来了，但是基于 TCP/IP 的互联网已抢先在全球相当大的范围内成功的运行，而与此同时却又找不到有什么厂家生产出符合 OSI 标准的商用产品，所以 OSI 只获得了一些理论研究的成果，成为了一种参考模型。

        因此，得到最广泛应用的不是法律上的国际标准 OSI，而是非国际标准 TCP/IP。这样，TCP/IP 就常被称为是事实上的国际标准。

2、TCP/IP 四层体系结构和五层协议的体系结构

        OSI 的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。TCP/IP 体系结构则不同，它现在得到了非常广泛的应用。TCP/IP 是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和链路层(网络接口层)。//TCP/IP全称：Transmission Control Protocol/Internet Protocol

        很多时候，尤其是大学教材，在讲授计算机网络原理时往往综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采五层协议的体系结构，以便于更方便的阐述计算机网络的原理。各个方式的体系结构划分如下所示：

        下边叙述一下五层协议的体系结构：

        （1）应用层(application layer)

        应用层是体系结构中的最高层。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。互联网中的应用层协议很多，如域名系统 DNS、支持万维网应用的 HTTP 协议、支持电子邮件的 SMTP 协议，等等。我们把应用层交互的数据单元称为报文(message)。

        （2）运输层(transport layer)

        运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。运输层主要使用以下两种协议：//进程和进程通信

• 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)：提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段(segment)。
• 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)：提供无连接的尽最大努力(best-effort)的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性)，其数据传输的单位是用户数据报。

        （3）网络层(network layer)

        网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

        在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在 TCP/IP 体系中，由于网络层使用IP 协议，因此分组也叫作 IP 数据报，或简称为数据报。

        互联网是由大量的异构(heterogeneous)网络通过路由器(router)相互连接起来的。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议 IP (ntermet Protocol) 和许多种路由选择协议，因此互联网的网络层也叫作网际层或 IP 层。//路由

        （4）数据链路层(data link layer)

        数据链路层常简称为链路层。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。

        在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将 IP 数据报组装成帧 (framing)，在两个相邻节点间的链路上传送帧 (frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。//帧=数据+控制信息

        在接收数据时，控制信息使接收端能够知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样，数据链路层在收到一个帧后，就可从中提取出数据部分，上交给网络层。

        控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续在网络中传送下去白白浪费网络资源。//检错

        如果需要改正数据在数据链路层传输时出现的差错(这就是说，数据链路层不仅要检错，而且要纠错)，那么就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。//纠错

        （5）物理层(physical layer)

        在物理层上所传数据的单位是比特。发送方发送 1 时，接收方应当收到 1 而不是 0。因此物理层要考虑用多大的电压代表 “1” 或 “0”，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各引脚应如何连接。

        请注意，传递信息所利用的一些物理传输媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内，而是在物理层协议的下面。因此也有人把物理层下面的物理传输媒体当作第 0 层。

3、TCP/IP 的体系结构

        在互联网所使用的各种协议中，最重要的和最著名的就是 TCP 和 IP 两个协议。但是我们经常提到的 TCP/IP 并不一定是单指 TCP 和 IP 这两个具体的协议，而往往是表示互联网所使用的整个 TCP/IP 协议族(protocol suite)。//所以TCP/IP是网络的具体实现，是互联网通信的基础

        前面已经说过，TCP/IP 的体系结构比较简单，它只有四层。下图给出了这种四层协议表示方法的例子。//不同设备拥有的层不一样，路由器只有简单的两层

        TCP/IP 体系结构的发展并不遵循严格的 OSI 分层概念，在实际上的 TCP/IP 体系结构中某些应用程序可以直接使用 IP 层或直接使用最下面的链路层，如下图所示：//现实中，TCP/IP 允许跨层使用，各层之间没有严格的进行隔离，层与层之间模糊不清

        所以，有了另一种表示 TCP/IP 协议族的方式，它的特点是上下两头大而中间小：应用层和网络接口层都有多种协议，而中间的 IP 层很小，上层的各种协议都向下汇聚到一个 IP 协议中。如下图所示：//这只是表示方式，该表示方式更复合分层思想，更容易标准化且更容易让人接受

        从上图中，不难看出 IP 协议在互联网中的核心作用，实际上，图中还反映出互联网的一个十分重要的设计理念，这就是网络的核心部分越简单越好，把一切复杂的部分让网络的边缘部分去实现。

        至此，全文结束。