计算机网络之计算机网络体系结构

一、定义与概述

计算机网络体系结构是计算机网络及其部件所应该完成功能的精确定义，这些功能由何种硬件或软件完成是遵循这种体系结构的。体系结构是抽象的，实现是具体的，是运行在计算机软件和硬件之上的。

二、主流模型

目前，计算机网络体系结构的主流模型包括OSI模型和TCP/IP模型。

OSI模型：

全称：开放系统互联（Open System Interconnection）参考模型。
提出机构：国际标准化组织（ISO）。
层次结构：OSI模型从逻辑上将一个网络系统分为功能上相对独立的7个有序的子系统，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

TCP/IP模型：

提出背景：TCP/IP模型是由实际应用发展总结出来的。
层次结构：TCP/IP模型包括应用层、传输层、网际层和网络接口层。
此外，还有一种五层模型，它是对OSI模型和TCP/IP模型的一个折中，综合了两者的优点，既简洁又能将概念阐述清楚。五层模型包括物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层（注意运输层与OSI模型中的传输层命名不同，但功能相似）。

三、各层功能

1、物理层：
功能：为上层提供一个物理的连接，以及该物理连接表现出来的机械、电气、功能和过程特性，实现透明的比特流传输。
传输媒介：双绞线、同轴电缆、光纤等。

2、数据链路层：
功能：在2个相邻的结点之间的链路上实现无差错的数据帧传输。
实现的主要功能：帧的同步、差错控制、流量控制、寻址、帧内定界、透明比特组合传输等。

3、网络层：
功能：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
主要任务：通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。
协议数据单元：IP分组（或称为IP数据报）。

4、运输层（或传输层）：
功能：负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。
传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
TCP提供可靠的、面向连接的运输服务；UDP提供不可靠的、无连接的运输服务。

5、会话层：
功能：负责建立、管理和终止进程之间的会话连接。
会话连接：在两个通信应用进程之间建立、组织和协调交互。

6、表示层：
功能：对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层上的数据能被另一个主机的应用层理解。
变换内容：数据的格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。

7、应用层：
功能：直接为用户的应用进程提供服务。
应用协议：HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）等。

四、总结

计算机网络体系结构是计算机网络设计和实现的基础，它定义了网络中各层的功能、协议和接口。通过分层的方式，可以将复杂的网络通信问题分解为多个相对简单的子问题，从而降低了设计的复杂性和实现的难度。同时，不同的网络体系结构模型如OSI模型、TCP/IP模型和五层模型等，为网络技术的发展和应用提供了灵活的选择和广阔的空间。