计算机网络 （4）计算机网络体系结构

前言

       计算机网络体系结构是指计算机网络层次结构模型，它是各层的协议以及层次之间的端口的集合。这一体系结构为计算机网络及其部件应完成的功能提供了精确定义，并规定了这些功能应由何种硬件或软件来实现。

一、主流模型

     计算机网络体系结构存在多种模型，其中最为广泛采用的是OSI参考模型和TCP/IP模型。

1. OSI参考模型：

   • 简介：OSI（Open System Interconnection）参考模型由国际标准化组织（ISO）于1984年提出，是一个逻辑上的网络系统分层模型。
   • 层次结构：OSI参考模型从低到高分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七层。
   • 各层功能：
     • 物理层：负责物理传输媒体（如双绞线、同轴电缆、光纤等）的电气、机械、功能和过程特性的规范，实现透明的比特流传输。
     • 数据链路层：负责在相邻节点之间的链路上实现无差错的数据帧传输，提供帧同步、差错控制、流量控制等功能。
     • 网络层：提供逻辑地址（如IP地址）和路由选择功能，负责在不同媒介类型之间连接，并根据路由选择协议选择最佳路径。
     • 传输层：提供端到端的连接，建立、维护、拆除虚拟链路，并确保数据传输的可靠性。
     • 会话层：在两个应用程序之间建立、维护并拆除会话，负责建立和管理应用程序之间的通信。
     • 表示层：解决不同系统之间的通信语法问题，确保系统接收的数据是可读的，并提供数据加密功能。
     • 应用层：为应用进程提供网络服务，如电子邮件、文件传输、电子竞技等，并提供与用户之间的接口。

2. TCP/IP模型：

   • 简介：TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）模型是一个实际运行的网络协议，得到了广泛的应用。
   • 层次结构：TCP/IP模型从下到上分为网络接口层、网际层、运输层和应用层四层（有时也分为五层，包括一个额外的链路层，但在此我们采用四层划分）。
   • 各层功能：
     • 网络接口层：负责数据在物理网络上的传输，包括物理层和数据链路层的功能。
     • 网际层：提供IP地址和路由选择功能，负责在不同网络之间传输数据包。
     • 运输层：提供端到端的通信服务，包括TCP（提供面向连接的可靠数据传输）和UDP（提供无连接的尽最大努力的数据传输）两种协议。
     • 应用层：提供各种网络服务，如HTTP（万维网应用）、SMTP（电子邮件）、FTP（文件传输）等。

二、其他模型

       除了OSI参考模型和TCP/IP模型外，还存在一种折中的五层体系结构模型，它结合了OSI和TCP/IP的优点，既简洁又能将概念讲清楚。五层体系结构从下到上分为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

三、模型对比与选择

1. OSI参考模型：概念清楚，理论完整，但既复杂又不实用。它更多地作为一个理论框架和参考标准，为网络协议的设计和实现提供了指导。
2. TCP/IP模型：得到了广泛的应用，因为它简单实用，能够很好地满足现代网络的需求。TCP/IP模型是一个实际运行的网络协议，它随着互联网的发展而不断完善和扩展。
3. 五层体系结构：折中了OSI和TCP/IP的优点，既简洁又能将概念讲清楚。它在学习和教学方面具有一定的优势。

总结 

       在选择网络体系结构模型时，需要根据具体的应用场景和需求来决定。对于需要严格遵循国际标准和规范的大型网络系统，OSI参考模型可能更为合适；而对于需要快速部署和灵活扩展的现代网络环境，TCP/IP模型则更为适用。同时，五层体系结构也可以作为一个学习和教学的参考框架。

       总之，计算机网络体系结构是计算机网络设计和实现的基础，它决定了网络的功能、性能和可扩展性。因此，在选择和设计网络体系结构时，需要充分考虑各种因素，包括应用场景、需求、技术标准和规范等。

 结语    

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