網路體系結構

計算機網路涉及計算機技術，通信，使用等多個方面，複雜而有秩序。網路普遍存在於軍事、工業、教學、家庭、公司集團等。在網路的管理中有著嚴格的管理秩序。計算機網路體系就是通過網路將所有的計算機連接在一起，實現信息的共享，但是其有通信防議和介面服務。

計算機網路的設計是按高度結構化方式進行的。為了減少網路設計的複雜性，增加網路系統的開放性和互操作性，幾乎所有的計算機網路都按分層方式組織和設計協議。 層是指網路體系結構中功能劃分明確的一個部分不同類型的計算機具有不同的體系結構，其層的數量、各層的定義和功能以及各層之間的介面都不一樣。

1、網路體系結構具有適用性

在所有的計算機網路的研究中，雖然會在一些具體的需求項目上存在差異性和不適用性，但仍能夠滿足大部分用戶對於網路服務的要求，實現網路資源的共享和網路交流。網路技術基本上都追求的是遠距離的信息傳輸和遠程通信和資源共享的實現。同時，不同的計算機網路雖然會在其覆蓋範圍、通信媒介、設備種類、拓撲結構等存在著或多或少的差別，但同樣的物體必然存在共性，例如計算機網路的結構搭建思想是不變的，協議標準是規定好的，只是不同計算機網路的複雜程度不同，運用到的標準協議的多少有差異而已。而網路體系結構的研究中，一個重要領域就是對計算機網路中這些具有普遍性的思想和有共性的標準協議進行研究，並由此建立了一整套具有普適性特點的科學的理論研究方法，同時一系列的切實可行的工程技術方法也被開發出來。因此，網路體積結構具有統領所有計算機網路研究的普適性。

2、網路體系結構具有特指性

計算機網路體系結構相當複雜，且具有一定的程序性和系統性，可以認為它是一個獨立系統，具有一定的系統性、複雜性以及其他獨特的特徵，而計算機網路體系結構的一個重要特徵就是過程性。任何過程都不是輕而易舉的就能夠做到過程性，特別是計算機網路體系結構這種具一定系統性、複雜性與抽象性的系統，需要花費大量的時間、金錢與精力。因此，應該對計算機網路體系有一個正確的認識與理解，準確抓住機算機網路體系結構建設的核心，並遵循一定的科學原理，有效完善計算機網路體系結構，提高計算機網路體系結構的運行效率。

3、網路體系結構具有抽象性

與各種具體的網路實現技術相比較，作為對某種網路系統的所有相關研究內容總體概括的網路體系結構，在概念上，會更具有抽象性和廣延性。網路體系結相當於對網路的總體描述，從基礎搭建到上層建設，將實現某一特定功能的網路系統中的研究和建設中所有的方方面面全部的聯繫起來，並使其成為一個整體，使具有某一特定功能的計算機網路系統的研究更為全面，更透徹。另外，網路體系結構的涵義的抽象性還體現在各層協議的集合上，雖然協議是實實在在存在的，但在搭建體系結構的運用中以及完成體系結構后，協議的存在就顯得模糊和抽象。例如網路的七層模型就是人們為搭建設計出來的，但除了物理層是實實在在存在的，其他的六個層次顯得既模糊又抽象，只能體現在網路體系結構的使用過程中。在使用時，才會感受到它的真實存在。

4、網路體系結構具有過程性

為了適應越來越大的網路過負荷使用壓力，網路體系結構必須尋求突破，在已有基礎上做出更大的進步。

1、網路體系結構（network architecture）：是計算機之間相互通信的層次，以及各層中的協議和層次之間介面的集合。

2、網路協議：是計算機網路和分佈系統中互相通信的對等實體間交換信息時所必須遵守的規則的集合。

3、語法（syntax）:包括數據格式、編碼及信號電平等。

4、語義（semantics）：包括用於協議和差錯處理的控制信息。

5、定時（timing）：包括速度匹配和排序。

計算機網路是一個非常複雜的系統，需要解決的問題很多並且性質各不相同。所以，在ARPANET設計時，就提出了“分層”的思想，即將龐大而複雜的問題分為若干較小的易於處理的局部問題。

1974年美國IBM公司按照分層的方法制定了系統網路體系結構SNA（System Network Architecture）。現在SNA已成為世界上較廣泛使用的一種網路體系結構。

一開始，各個公司都有自己的網路體系結構，就使得各公司自己生產的各種設備容易互聯成網，有助於該公司壟斷自己的產品。但是，隨著社會的發展，不同網路體系結構的用戶迫切要求能互相交換信息。為了使不同體系結構的計算機網路都能互聯，國際標準化組織ISO於1977年成立專門機構研究這個問題。1978年ISO提出了“異種機連網標準”的框架結構，這就是著名的 開放系統互聯基本參考模型 OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Modle),簡稱為 OSI 。

OSI得到了國際上的承認，成為其他各種計算機網路體系結構依照的標準，大大地推動了計算機網路的發展。20世紀70年代末到80年代初，出現了利用人造通信衛星進行中繼的國際 通信網路。網路互聯技術不斷成熟和完善，區域網和網路互聯開始商品化。

OSI參考模型用物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、對話層、表示層和應用層七個層次自底向上描述網路的結構，它的規範對所有的廠商是開放的，具有指導國際網路結構和開放系統走向的作用。它直接影響匯流排、介面和網路的性能。目前常見的網路體系結構有FDDI、乙太網、令牌環網和快速乙太網等。從網路互連的角度看，網路體系結構的關鍵要素是協議和拓撲。

Network Architecture 網路體系結構

網路體系結構定義計算機設備和其他設備如何連接在一起以形成一個允許用戶共享信息和資源的通信系統。存在專用網路體系結構，如IBM的系統網路系統結構(SNA)和DEC的數字網路體系結構(DNA)，也存在開放體系結構，如國際標準化組織(ISO)定義的開放式系統互聯(OSI)模型。網路體系結構在層中定義(參見“分層體系結構”)。如果這個標準是開放的，它就向廠商們提供了設計與其他廠商產品具有協作能力的軟體和硬體的途徑。然而，OSI模型還保持在模型階段，它並不是一個已經被完全接受的國際標準。考慮到大量的現存事實上的標準，許多廠商只能簡單地決定提供支持許多在工業界使用的不同協議，而不是僅僅接受一個標準。

分層在一個“協議棧”的不同級別說明不同的功能。這些協議定義通信如何發生，例如在系統之間的數據流、錯誤檢測和糾錯、數據的格式、數據的打包和其它特徵。

通信是任何網路體系結構的基本目標。在過去，一個廠商需要非常關心它自己的產品可以相互之間進行通信，並且如果它公開這種體系結構，那麼其它廠商就也可以生產和此競爭的產品了，這樣就使得這些產品之間的兼容通常是很困難的。在任何情況下，協議都是定義通信如何在不同操作的級別發生的一組規則和過程。一些層定義物理連接，例如電纜類型、訪問方式、網路拓樸，以及數據是如何在網路之上進行傳輸的。向上是一些關於在系統之間建立連接和進行通信的協議，再向上就是定義應用如何訪問低層的網路通信功能，以及如何連接到這個網路的其它應用。

如上所述，OSI模型已經成為所有其它網路體系結構和協議進行比較的一個模型。這種OSI模型的目的就是協調不同廠商之間的通信標準。雖然一些廠商還在繼續追求他們自己的標準，但是象DEC和IBM這樣的一些公司已經將OSI和象TCP/IP這樣的Internet標準一起集成到他們的聯網策略中了。

當許多LAN被連接成企業網時，互操作性是很重要的。可以使用許多不同的技術來達到這一目的，其中包括在單一系統中使用多種協議或使用可以隱藏協議的“中間件”的技術。中間件還可以提供一個介面來允許在不同平台上的應用交換信息。使用這些技術，用戶就可以從他們的台式應用來訪問不同的多廠商產品了。

物理層負責在計算機之間傳遞原始比特流，規定通信設備的機械的、電氣的、功能的和規程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。具體地講，機械特性規定了網路連接時所需接插件的規格尺寸、引腳數量和排列情況等；電氣特性規定了在物理連接上傳輸bit流時線路上信號電平的大小、阻抗匹配、傳輸速率距離限制等；功能特性是指對各個信號先分配確切的信號含義，即定義了DTE和DCE之間各個線路的功能；規程特性定義了利用信號線進行比特流傳輸的一組操作規程，是指在物理連接的建立、維護、交換信息時，DTE和DCE雙方在各電路上的動作系列。

在這一層，數據的單位稱為比特（bit）。

物理層的主要設備：中繼器、集線器、適配器。

在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀（Frame）在通道上無差錯的傳輸，並進行各電路上的動作系列。

數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址定址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。

在這一層，數據的單位稱為幀（frame）。

數據鏈路層主要設備：二層交換機、網橋

在計算機網路中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路，也可能還要經過很多通信子網。網路層的任務就是控制通信子網，選擇合適的路由，將分組從源主機轉發到目的主機。網路層將數據鏈路層提供的幀組成數據包，包中封裝有網路層包頭，其中含有邏輯地址信息- -源站點和目的站點地址的網路地址。

如果你在談論一個IP地址，那麼你是在處理第3層的問題，這是“數據包”問題，而不是第2層的“幀”。IP是第3層問題的一部分，此外還有一些路由協議和地址解析協議（ARP）。有關路由的一切事情都在第3層處理。地址解析和路由是3層的重要目的。網路層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。

在這一層，數據的單位稱為數據包（packet）。

網路層協議的代表包括：IP、IPX、RIP、ARP、RARP、OSPF等。

網路層主要設備：路由器

第4層的數據單元也稱作處理信息的傳輸層(Transport layer)。但是，當你談論TCP等具體的協議時又有特殊的叫法，TCP的數據單元稱為段（segments）而UDP協議的數據單元稱為“數據報（datagrams）”。這個層負責獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數據單元碎片、亂序到達的數據包和其它在傳輸過程中可能發生的危險。第4層為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的透明的、可靠的數據傳輸服務。所謂透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節。

傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。

這一層也可以稱為會晤層或對話層，是為用戶提供會話控制服務的，例如令牌管理和同步控制。在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不再另外命名，統稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如伺服器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。

這一層主要解決用戶信息的語法表示問題，為用戶提供數據轉換和表示服務，它將欲交換的數據從適合於某一用戶的抽象語法，轉換為適合於OSI系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮，加密和解密等工作都由表示層負責。例如圖像格式的顯示，就是由位於表示層的協議來支持。

應用層包含用戶使用的各種網路應用，比如操作系統或網路應用程序提供訪問網路服務的介面。

應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。