计算机网络体系结构和分层原理

1. 网络体系结构: 是计算机之间的通信级别，是每一层之间的协议和接口的集合.

2. 网络协议: 它是在计算机网络和分布式系统中相互通信的对等实体之间交换信息时必须遵循的规则的集合.

3. 语法: 包括数据格式，编码和信号电平.

4. 语义: 包括用于协议和错误处理的控制信息.

5. 时间: 包括速度匹配和排序.

计算机网络是一个非常复杂的系统，有许多要解决的问题，并且它们的属性是不同的. 因此，在ARPANET的设计中，提出了“分层”的思想，即将大而复杂的问题分为几个较小且易于处理的局部问题. 1974年，美国IBM根据分层方法制定了系统网络体系结构（SNA）. SNA已成为世界上广泛使用的网络体系结构.

最初，每个公司都有自己的网络体系结构，这使得每个公司生产的各种设备可以轻松地互连到网络中，从而帮助公司垄断了自己的产品. 然而，随着社会的发展，不同网络架构的用户迫切需要能够相互交换信息. 为了实现不同体系结构的计算机网络的互连，国际标准化组织ISO于1977年成立了一个专门机构来研究此问题. 1978年，ISO提出了“异构机器联网标准”的框架结构. 这是众所周知的开放系统互连参考模型（OSI / RM），缩写为OSI.

OSI已得到国际认可，并已成为各种计算机网络体系结构的标准，极大地促进了计算机网络的发展. 从1970年代末到1980年代初，出现了使用人工通信卫星进行中继的国际通信网络. 网络互连技术不断成熟和完善，局域网和网络互连的商业化开始.

OSI参考模型在七层中描述了网络的结构: 物理层，数据链路层，网络层，传输层，对话层，表示层和应用程序层. 它的规格对所有制造商开放，并具有指导作用. 国际网络结构和开放系统的作用. 它直接影响总线，接口和网络的性能. 常见的网络体系结构包括FDDI，以太网，令牌环和快速以太网. 从网络互连的角度来看，网络体系结构的关键要素是协议和拓扑.

第一层: 物理层（PhysicalLayer）

指定通信设备的机械，电气，功能和监管特性，以建立，维护和拆除物理链路连接. 具体而言，机械特性指定了网络连接所需的大小，引脚数和连接器的布置. 电气特性指定线路上信号电平的大小，阻抗匹配，传输速率，距离限制等；功能特性是指首先为每个信号分配确切的信号含义，这定义了DTE和DCE之间每条线的功能；过程特性定义了一组使用信号线进行比特流传输的操作过程，是指在建立，维护和交换物理连接时DTE和DCE在每个电路上的一系列操作. 在这一层，数据的单位称为位. 物理层的主要设备: 中继器，集线器.

第2层: 数据链接层（DataLinkLayer）

基于物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立数据链路，通过错误控制在通道上提供数据帧（Frame）的无错误传输，并对每个电路系列执行操作. 数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输. 该层的功能包括: 物理寻址，数据成帧，流控制网络体系结构包括，数据错误检测和重传. 在此级别上，数据单位称为帧. 数据链路层的主要设备: 第2层交换机和桥接器.

第三层: 网络层（Network layer）

在计算机网络上进行通信的两台计算机可能会通过许多数据链接，也可能会通过许多通信子网. 网络层的任务是在网络之间选择适当的路由和交换节点，以确保及时传输数据. 网络层将数据链路层提供的帧组合成数据包. 该数据包封装了网络层标头，其中包含逻辑地址信息-源站点地址和目标站点地址的网络地址.

如果您正在谈论IP地址，那么您正在处理第3层问题. 这是一个“数据包”问题，而不是第2层“框架”. 除了某些路由协议和地址解析协议（ARP），IP还是第3层问题的一部分. 有关路由的所有内容都在第3层处理. 地址解析和路由是第3层的重要目的. 网络层还可以实现诸如拥塞控制和Internet互连之类的功能.

在此级别，数据单位称为数据包. 网络层协议的代表包括: IP网络体系结构包括，IPX，RIP，ARP，RARP，OSPF等. 网络层的主要设备: 路由器

第四层: 传输层（Transport layer）

第4层的数据单元也称为处理信息的传输层. 但是，当您谈论诸如TCP之类的特定协议时，会有一个特殊的名称. TCP数据单元称为段，而UDP协议数据单元称为“数据报”. 该层负责获取所有信息. 因此，它必须跟踪数据单元碎片，乱序数据包以及在传输过程中可能发生的其他危险. 第4层为上层提供了端到端（最终用户到最终用户）透明而可靠的数据传输服务. 所谓透明传输是指在通信过程中，传输层将上层与通信传输系统的特定细节隔离开来. 传输层协议的代表包括: TCP，UDP，SPX等.

第五层: 会话层（Session layer）

此层也可以称为会议层或对话层. 在会话层及更高层中，数据传输单元不再单独命名，而统称为消息. 会话层不参与特定的传输. 它提供了用于在应用程序之间建立和维护通信的机制，包括访问验证和会话管理. 例如，服务器验证用户登录是由会话层完成的.

第六层: 表示层

这一层主要解决了用户信息的语法表示问题. 它将要交换的数据从适合特定用户的抽象语法转换为适合OSI系统内部使用的传输语法. 即提供格式化的表示和转换数据服务. 数据压缩和解压缩，加密和解密都由表示层执行. 例如，表示层的协议支持图像格式的显示.

第七层: 应用程序层（Application layer）

应用程序层提供了用于访问操作系统或网络应用程序的网络服务的接口.

应用层协议的代表包括: Telnet，FTP，HTTP，SNMP等.

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