简述计算机网络体系结构(概念、组成部分、分层原则、各层功能和代表协议)

在当今这个信息爆炸的时代，计算机网络已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。无论是工作、学习还是娱乐，网络都扮演着重要的角色。那么，什么是计算机网络呢？简单来说，计算机网络就是通过通信设备和线路将地理位置分散的多台计算机连接起来，实现资源共享和信息传递的系统。

一、计算机网络体系结构的概念

计算机网络体系结构，顾名思义，就是描述计算机网络各组成部分之间相互关系的一种框架。这个框架定义了网络中的硬件、软件以及它们之间的交互方式。它不仅包括了物理设备，如路由器、交换机等，还包括了各种协议和标准，确保数据能够在网络中正确地传输和处理。

二、计算机网络体系的组成部分

计算机网络体系主要由三个部分组成：主机、通信子网和网络协议。

1. 主机：主机是网络中的主要节点，可以是个人电脑、服务器或者其他任何能够处理数据的设备。主机负责生成数据并发送至其他主机，同时也能接收来自其他主机的数据。

2. 通信子网：通信子网由各种中间节点（如路由器、交换机）和通信链路组成，它负责在主机之间转发数据包，确保数据能够从源主机到达目的主机。

3. 网络协议：网络协议是一套规则，规定了数据如何在网络中传输。这些规则包括数据的格式、传输的方式、错误检测和纠正等。不同的协议适用于不同的网络环境和需求。

三、计算机网络体系的分层原则

1. 分离关注点：每一层负责不同的功能，并且各层之间的功能是相对独立的，实现逻辑上的分离。这样可以降低系统的复杂性，提高系统的可管理性。

2. 清晰定义接口：每一层之间通过清晰定义的接口进行通信，上一层与下一层之间的通信是通过接口进行的，从而提高了系统的扩展性和灵活性。

3. 模块化设计：将整个系统分为多个层次，每个层次是一个模块，实现了功能的模块化设计。这种分层设计可以提高代码的重用性，减少代码的耦合度。

4. 透明性：每一层的内部实现对上层是透明的，上层不需要了解下层的具体实现细节，只需要通过定义好的接口来实现与下层的交互。

5. 标准化：通过将不同功能分层实现，可以让每一层都遵循相同的标准和协议，提高了系统的互操作性和兼容性。

6. 分层管理：每一层负责自身的功能和管理，实现了分层的管理和责任划分，有利于系统的维护和优化。

四、各层的功能和代表协议

一般网络上的分层主要有三种方式：（1） ISO/OSI 即开放系统互联参考模型 （2）TCP/IP  由于应用广泛成了事实上的标准  （3）将两者综合

1） ISO/OSI 参考模型

国际标准化组织ISO提出的OSI（开放系统互联参考模型）。OSI有七层， 自下而上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。

下面的三层称为通信子网，他是为了联网而附加上去的通信设备，完成数据的传输功能；高三层统称为资源子网，它相当于计算机系统，完成数据的存储等功能。运输层承上启下。

1. 物理层

Physical Layer  主要定义了数据终端设备和数据通信设备的物理和逻辑连接方法。 物理层的功能是负责管理电脑通信设备和网络媒体之间的互联互通，在物理媒体上透明地传输比特流。代表性协议包括 RJ45、802.11。

请注意：传输信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而在物理层协议的下面，所以有人把物理媒体当做第0层。

1. 数据链路层

由于外界的噪声干扰， 传输的比特流可能会产生错误，而数据链路层（Data Link Layer）就是设置可靠的保护机制，检测并校正物理层传输介质上发送的传输错误。数据链路层的主要功能为：成帧、差错控制、流量控制和传输管理等四个方面。代表性协议包括以太网（Ethernet）、PPP。

1. 网络层

网络层会把传输层中产生的报文段或用户数据封装成分组（包）进行传送。 常用的协议是IP。 所以因特网的网络层又叫做网际层或IP层。代表性协议包括 IP、ICMP、ARP。

1. 传输层

传输层也叫做运输层。 他的工作是端到端或进程到进程的功能层次，使用传输层的服务，高层用户就可以直接进行端到端的数据传输，而忽略通信子网的存在。 传输层的任务就是为高层用户提供可靠地、透明地、有效的数据传输服务，实现端到端（进程到进程）的数据传输管理、差错控制、流量控制和复用管理。代表性协议包括 TCP、UDP。

1. 会话层

会话层（session Layer）允许不同主机上各进程之间的会话，即逻辑连接。会话层利用的是传输层提供的端到端的服务，想表示层提供他的增值服务。  会话层负责主机间各进程的会话，包括建立、管理以及终止进程间的会话。 代表性协议包括 NetBIOS。

1. 表示层

表示层（Presentation Layer）主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。 不同机器采用的编码和表示方法不同，使用的数据结构也不同。为了使不同表示方法的数据可以互相交换，表示层采用抽象的标准方法定义数据结构，并采用标准的解码方式。 代表性协议包括 SSL/TLS。

1. 应用层

应用层（Application Layer）是OSI模型的最高层，是用户与网络的界面  。应用层的主要目的是为用户特定类型的应用集成提供访问OSI环境的手段。 应用层也是最为复杂的一层，因为用户的实际应用多种多样。 典型的协议有万维网应用的HTTP，电子邮件使用的SMTP，文件传送的FTP。

 2）TCP/IP 模型

此模型和OSI模型不同，它认为从低到高分为4层：网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP由于应用广泛，称为了事实上的标准。

1. 网络接口层

盖层表示与物理网络的接口。 他的责任是从主机或节点接受IP分组，并把它们发送到指定的物理网络上。

1. 网际层

这是TCP/IP的关键部分，他和OSI网络层在功能上非常相似。网际层定义了标准的分组格式和协议，即IP。 当前采用的IP是第4版，即IPv4，下一个版本是IPv6。

1. 传输层

传输层的功能和OSI中的传输层类似，其主要使用下面的两种协议传输控制协议（TCP） - 面向连接的，数据传输的单位是报文段，保证提供可靠地交付。用户数据报协议（UDP） - 无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠地交付，只能提供尽可能的交付。

1. 应用层

包括文件传输协议（FTP）、域名解析服务（DNS）和电子邮件协议（SMTP）

计算机网络体系结构是一个复杂但有序的系统，它通过分层的设计原则来简化问题的复杂度，提高系统的可维护性和可扩展性。每一层的协议和设备都扮演着特定的角色，共同协作以实现数据的传输和处理。随着技术的不断进步，计算机网络也在不断地发展和完善，为我们提供了更加便捷和高效的信息服务。

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