计算机网络体系结构

作者简介：闫可新（1992.10-），女，汉，黑龙江佳木斯人。大学本科在读，单位：齐齐哈尔工程学院，专业方向：计算机科学与技术。

摘要：随着信息技术及其应用的迅猛发展，人类已经进入了网络时代，人们也开始关注于网络体系结构。网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议存取控制和拓扑提供标准。

关键词：OSI参考模型；TCP/IP参考模型与协议；TCP/IP协议簇我们把计算机网络的层次划分及各层协议的集合称为计算机网络体系结构，简称网络体系结构。换句话说，所谓网络体系结构是指整个网络系统的逻辑结构和功能划分，它包含了硬件和软件的组织与设计所必须遵守的规定。计算机网络采用分层结构还有利于交流、理解和标准化。在网络发展过程中，已建立的网络体系结构很不一致，互不相容，难以相互连接。为了使用网络系统标准化，国际标准化组织在20世纪80年代初正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型。

一、 网络协议

计算机之间进行数据通信仅有传送数据的通路是不够的，还必须遵守一些事先约定好的规则，由这些规则明确所交换数据的格式及有关等问题。计算机网络协议就是通信的实体之间有关通信规则约定的集合。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信和交流。网络协议由3个要素组成，即：

（1） 语法，即控制信息或数据的结构和格式。（2） 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及何种应答。（3） 同步，即事件实现顺序的详细说明。

二、 OSI参考模型

开放系统互连参考模型OSI/RM是抽象的概念，而不是一个具体的网络。它将整个网络的功能划分成7个层次，由下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每层都有它的功能以及会自动完成一定的功能。两个终端通信实体之间的通信必须遵循这7层结构。发送进程发送给接收进程的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理介质；通过物理介质传输到接收方后，在经过从下到上各层的转递，最后到达接收进程。在这里我简单地说一下各层的功能：

（1） 物理层：物理层是整个OSI参考模型的最低层，它为数据链路层提供透明传输比特流的服务。

（2） 数据链路层：数据链路层是OSI参考模型的第二层，它主要的功能是实现无差错的服务。

（3） 网络层：网络层是OSI参考模型的第三层，它解决的是网络与网络之间，即网际的通信问题。

（4） 传输层：传输层是OSI参考模型的第四层，它主要功能是完成网络中不同主机上的用户或进程之间可靠的数据传输。

（5） 会话层：会话层是OSI参考模型的第五层，其主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信。

（6） 表示层：表示层是OSI参考模型的第六层，其主要功能是解决用于信息语法的表示问题。

（7） 应用层：应用层是OSI体系结构的最高层次，它直接而面向用户以满足用户的不同需求。在整个OSI参考模型中，应用层是最复杂的，所包含的协议也是最多的。

三、 TCP/IP参考模型与协议

由于历史的原因，现在得到广泛应用的不是OSI 模型，而是TCP/IP协议。TCP/IP协议最早起源于1969年美国国防部赞助研究的网络世界上第一个采用分组交换技术的计算机通信网。它是网络采用的标准协议。网络的迅速发展和普及，使得TCP/IP协议成为全世界计算机网络中使用最广泛、最成熟的网络协议，并成为事实上的工业标准。TCP/IP协议模型从更实用的角度出发，形成了具有高效率的4层体系结构，即主机网络层、网络互联层、传输层和应用层。在这里我简单地说一下各层的功能：

（1） 网络接口层：网络接口层是模型中的最低层，它负责将数据包透明传送到电缆上。

（2） 网络互联层：网络互联层是参考模型额第二层，它决定数据如何传送到目的地，主要负责寻址和路由选择等工作。

（3） 传输层：是参考模型额第三层，它负责在应用进程之间的端与端通信传输层主要有两个协议，即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。

（4） 应用层：应用层位于TCP/IP协议中的最高层次，用于确定进程之间通信的性质以满足用户的要求。

OSI与TCP/IP比较

1、 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的对照关系

OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构，但OSI采用的是7层模型，TCP/IP是4层结构。TCP/IP参考模型的网络接口层实际上并没有真正的定义，只是一些概念性的描述。而OSI参考模型不仅分了两层，而且每一层的功能都很详尽。TCP/IP的互联层相当于OSI参考模型网络层中的无连接网络服务。OSI参考模型与TCP/IP参考模型的传输层功能基本类似，都是负责为用户提供真正的端到端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。所不同的是TCP/IP参考模型的传输层是建立在互联层基础之上，而互联层只提供无连接的服务，所以面向连接的功能完全在TCP协议中实现，当然TCP/IP的传输层还提供无连接的服务，如UDP；相反OSI参考模型的传输层是建立在网络层基础之上的，网络层即提供面向连接的服务，又提供无连接服务，但传输层只提供面向连接的服务。

在TCP/IP参考模型中，没有会话层和表示层，事实证明，这两层的功能确实很少用到，因此，OSI中的这两层次的划分显得有些画蛇添足。

四、 TCP/IP协议簇

TCP/IP实际上是指作用于计算机通信的一组协议，这组协议通常被称为TCP/IP协议簇。TCP/IP协议簇包括了地址解析协议ARP、逆向地址解析协议RARP、网络协议IP网际控制报文协议ICMP、用户数据报协议UDP、传输控制协议TCP、超文本传输协议HTTP、文件产生协议FTP、简单邮件管理协议SMTP、域名服务协议DNS、远程控制协议TELNET等众多协议。协议簇的实现是以协议报文格式为基础，完成对数据的交换和传输。

五、网络层相关协议

网络层中含有4个重要的协议：IP协议、因特网控制信息协议ICMP、地址解析协议ARP和反向地址解析RARP。IP协议是TCP/IP协议簇中最为核心的协议。所有的TCPUDPICMP及IGMP数据都以IP数据分组的格式传输。IP协议提供一种不可靠、无连接的数据分组传输服务。

六、传输层相关协议TCP/IP协议簇在传输层提供了两个：TCP/UDP。TCP和UDP是两个性质不同的通信协议，主要用来向高层用户提供不同的服务。两者都使用IP协议作为其网络层的传输协议。TCP和UDP的主要区别在于服务的可靠性。TCP是高度可靠的，两者的这种本质区别也决定了TCP协议的高度复杂性，因此需要大量的开销，而UDP却由于它的简单性获得了较高的传输效率。TCP/UDP都是通过端口来与上层进程进行通信。ァ糎TH〗总结:〖HT〗ザ設SI参考模型和TCP/IP模型的整个体系及每层的主要工作进行了详细介绍和对比，并对TCP/IP模型中的主要协议和重要知识点进行了详尽讨论。网络体系结构是错综复杂的网络世界必须遵守的网络标准，而OSI参考

模型和TCP/IP模型则是典型的代表，因此网络体系结构的掌握对于我们更好地认识计算机网络提供帮助。

参考文献

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[3]王健.网络互联与系统集成[M].电子工业出版社

[4]肖朝晖 罗娅.计算机网络基础.清华大学出版社