网络体系结构和网络协议

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网络体系结构和网络协议是计算机网络技术中两个最基本的概念。今天我们将从网络层次，服务和协议的基本概念出发，理解一下网络中基本的概念。

一. 网络体系结构的基本概念

1. 什么是网络协议

在生活中，我们多于通信协议并不陌生，一种语言本身就是一种协议。在我们寄信或者请假时，假条内容的格式就是一种协议。这样的例子很多。在计算机中，计算机网络由多台主机组成，主机之间需要不断的交换数据。要做到有条不紊的交换数据，就需要一定的或者实现约定好的通信规则。

为网络数据交换制定的通信规则，我们称为网络协议（protocol）。

2. 层次结构

层次（Layer）结构是处理计算机网络问题的最基本的方法，对于一些复杂的问题，我们经常采用“化整为零，分而治之”的思想，将一个复杂的问题分解为若个小问题去解决。

3. 接口

（1）同一主机的相邻层之间存在着明确的接口，相邻层之间通过接口来传递信息。

（2）低层通过接口向高层提供服务。只要接口不变，低层协议不变，实现低层协议的技术变化不会影响整个系统的工作。

4. 网络体系结构

（1）网络体系结构是网络层次结构和各层协议之间的集合。

（2）网络体系结构对计算机网络实现的功能应该精确定义。

（3）网络体系结构是抽象的，而实现网络协议的技术是具体的。

二. OSI参考模型

1. OSI参考模型的基本概念

OSI（Open System Internetwork) 开放系统互连是1974年国际电报与电话咨询委员会（CCITT，现已更名为国际电信联盟）和国际标准化组织（ISO）共同制定的系统网络体系结构。

（1）“开放”是指一台联网计算机系统只要遵循OSI模型，就可以通信。

（2）“OSI参考模型定义了开放系统的层次结构，层次之间的相互关系，以及各层所需的服务。

2. OSI 参考模型

OSI包括7层模型，物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。


OSI参考模型将整个通信功能划分为7个层次，其层次划分的主要原则是：

（1）网中各主机都具有相同的层次

（2）不同主机中的同一层具有相同的功能

（3）同一主机内相邻层通过接口通信

（4）每层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务

（5）不同主机之间的同等层之间的通信通过协议

三. TCP/IP参考模型

目前TCP/IP已经称为公认的Internet工业标准与事实上的网络协议标准

1. TCP/IP参考模型的层次

TCP/IP模型有五层，包括物理层，数据链路层，网络层，传输层和应用层，其中物理层可以归为硬件技术，数据链路层，网络层和传输层可以归为系统层，而应用层可以归为用户层。


注：在应用进程A向进程B发送数据时，需要在A主机自上向下每经过一层，在数据外添加该层的报头信息，直至物理层（物理层不添加报头），物理层再一个比特位的传输数据，到主机B，主机B自下向上解包和分用，直至应用层，由应用层将数据传给进程B，完成数据传输。

2. TCP/IP各层的功能

网络层

TCP/IP的网络层使用的是IP协议，IP协议是一种不可靠，无连接的数据报传输协议，它提供一种”尽力而为（best -effort)“的服务。网络层数据单元是IP 分组。

（1）处理来自传输层的数据发送请求，在接收到报文发送请求后，将传输层报文封装为IP分组，并启动路由算法，选择合适的发送路径。

（2）处理接收的分组，检查IP地址，如果IP地址正确，则除去分组头，将数据移交传输层。

（3）处理网络的路由选择，流量控制和拥塞控制

传输层

传输层是负责在会话进程之间建和维护端——端连接的，实现网络环境中分布式通信。

（1）传输层有两种协议：TCP（transport Control Protocol )传输控制协议，UDP（User Datagram Protocol )用户数据报协议。

（2）TCP是一种可靠的，面向连接，面向字节流的传输协议。

（3）UDP是一种不可靠，无连接的传输层协议。

应用层

应用层属于用户级级别，包括各种标准的网络应用协议：

（1）远程登录协议（TELNET）

（2）文件传输协议（File Transport Protocol ，FTP）

（3）域名服务（DNS）协议

（4）超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）。

3.  TCP/IP的特点

（1）开放的协议标准

（2）独立于特定的计算机硬件与操作系统

（3）独立于特定的网络硬件，适合各种网络。

（4）统一的IP地址分配方案，所有网络设备在网络中都有唯一的IP地址。

（5）标准化的应用层协议。

四.  TCP/IP参考模型和OSI模型的比较

1. OSI模型的问题

（1）OSI模型的会话层和表示层很少应用，资源浪费。

（2）参考模型结构复杂，实现比较困难。

（3）寻址，流量差错控制在模型中反复出现，系统运行效率低。

（4）结构复杂，运行效率低，实现周期长，缺乏市场与商业推动力。

2.  TCP/IP模型的优缺点

（1） TCP/IP模型在服务，接口和协议上区别不是很清楚。

（2）简单，实用，商业推动力强。


五. 网络中数据传输