网络工程师

CHUQING_099

203人浏览 · 2025-09-25 15:35:00

CHUQING_099 · 2025-09-25 15:35:00 发布

计算机网络的概念

网络体系结构

OSI模型 TCP/IP模型网络体系结构模型

1974年，IBM第一次提出网络结构体系结构SNA（System Network Architecture),第一次使用了分层的方法。

1979年国际标准化组织ISO（International Organiztion for Standardization）提出了一次标准互联框架，即OSI/RM（open system interconnection/reference model）,简称OSI模型。

1983年形成OSI/RM正式文件——ISO 7498标准，即常见的七层协议模型，其中从低到高分别为物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。

可知，网络体系也可定义为计算机网络各层之间及协议本身的集合，这样看，OSI本身算不得一个好的网络体系结构，它没有定义每一层所用到的服务和协议，也太过复杂，华而不实。

体系结构是抽象的概念，现实要求是具体的概念，实际运行的是硬件和软件。

一个体系的演化是靠人民群众不断实践试错，在历经数次比较出来最优的适合当下的体系结构。

TCP/IP参考模型得以应运而生，它与OSI模型有许多相似之处，都是以协议栈为基础，各层也有对应关系，其中只有四层模型，由低到高分别是：

网络接口层，对应着OSI的物理层与数据链路层；

网际层，对应的是OSI的网络层，该层负责为经过逻辑互联网络路径的数据进行路由选择；

传输层，对应OSI的传输层，该层允许源主机与目标主机上的对等体之间的对话，定义的了两个端到端协议：TCP协议和UDP协议；

应用层，对应OSI的会话层，表示层，应用层，它包含了所有的高层协议。

TCP/IP参考模型是一个协议簇，各层之间对应的协议也得到了广泛的应用，具体的各层协议对应那一层是我们关注的重点。

TCP/IP 与OSI大体相似，但也有些区别，优势不同各有千秋，比如，OSI模型最大的优势是强化了服务、接口和协议的概念，明确了何为规范，何为实现，它侧重于理论框架的完备。TCP/IP则是事实上的工业标准，改进后的TCP/IP模型却没有适用新一代网络构架体系设计，比如TCP/IP至今没有区分物理层与数据链路层这两个功能完全不同的层。

简而言，OSI模型适用于理论研究和新网络逻辑技术研究，TCP/IP真正做到了流行和使用。

学习本章脑中要有一个“七四五”的概念，就是七层模型参考跟四层模型参考与五层网络体系结构。

下面详解

OSI模型与TCP/IP模型：网络体系结构详解

OSI七层参考模型

OSI(Open Systems Interconnection)模型是由国际标准化组织(ISO)提出的网络体系结构标准，将网络通信划分为七个层次：

物理层(Physical Layer)
- 负责比特流的物理传输
- 定义电气、机械、功能和规程特性
- 例如：网线、光纤、同轴电缆、中继器、集线器等设备
数据链路层(Data Link Layer)
- 将比特流组织成帧
- 提供节点到节点的可靠传输
- 包含MAC子层和LLC子层
- 例如：以太网、PPP、网桥、交换机等
网络层(Network Layer)
- 负责数据包的路由选择和转发
- 提供逻辑寻址(如IP地址)
- 例如：IP协议、路由器、三层交换机等
传输层(Transport Layer)
- 提供端到端的可靠数据传输
- 流量控制和错误恢复
- 例如：TCP、UDP协议
会话层(Session Layer)
- 建立、管理和终止应用程序间的会话
- 同步和对话控制
- 例如：RPC、NetBIOS
表示层(Presentation Layer)
- 数据格式转换、加密解密
- 数据压缩解压缩
- 例如：ASCII、JPEG、MPEG等编码
应用层(Application Layer)
- 直接为用户应用程序提供网络服务
- 例如：HTTP、FTP、SMTP、DNS等协议

TCP/IP四层模型

TCP/IP模型是实际互联网中广泛使用的网络体系结构，分为四层：

网络接口层(Network Interface Layer)
- 对应OSI的物理层和数据链路层
- 例如：以太网、Wi-Fi、ATM等
网络层(Internet Layer)
- 对应OSI的网络层
- 核心协议是IP协议
- 例如：IP、ICMP、ARP等
传输层(Transport Layer)
- 对应OSI的传输层
- 提供端到端通信
- 例如：TCP(可靠传输)、UDP(不可靠传输)
应用层(Application Layer)
- 对应OSI的应用层、表示层和会话层
- 包含各种应用协议
- 例如：HTTP、FTP、SMTP、DNS等

两种模型的比较

特性	OSI模型	TCP/IP模型
开发机构	ISO	DARPA
层数	7层	4层
标准化	理论标准	实际标准
协议依赖性	协议独立	基于TCP/IP协议族
适用性	通用参考模型	互联网实际应用

实际应用场景

Web浏览：HTTP(应用层)→TCP(传输层)→IP(网络层)→以太网(网络接口层)
电子邮件：SMTP(应用层)→TCP(传输层)→IP(网络层)→Wi-Fi(网络接口层)
文件传输：FTP(应用层)→TCP(传输层)→IP(网络层)→光纤(网络接口层)

网络设备与层次对应关系

物理层：中继器、集线器
数据链路层：网桥、交换机
网络层：路由器
传输层及以上：网关、防火墙

五层网络体系结构简介

五层网络体系结构是学术界和教学领域常用的模型，介于OSI七层模型与TCP/IP四层模型之间。它保留了OSI的理论分层思路，同时简化了实际应用中的复杂性，便于理解网络通信原理。

五层模型的具体分层

物理层（Physical Layer）
负责传输原始比特流，定义电气、机械和时序接口特性（如电缆类型、电压水平）。
数据链路层（Data Link Layer）
提供节点到节点的可靠传输，通过帧（Frame）封装数据，并处理错误检测（如CRC校验）。典型协议包括以太网（Ethernet）和PPP。
网络层（Network Layer）
实现主机到主机的通信，负责路由选择与分组转发。核心协议是IP（IPv4/IPv6），辅以ICMP、ARP等。
传输层（Transport Layer）
确保端到端的可靠数据传输，主要协议为TCP（面向连接、可靠）和UDP（无连接、高效）。
应用层（Application Layer）**
直接面向用户服务，涵盖HTTP、FTP、DNS、SMTP等协议，功能与OSI的应用层、表示层、会话层合并对应。