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??系列專欄：網(wǎng)絡(luò)奇遇記、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
??少年有夢不應(yīng)止于心動，更要付諸行動。
一. 常見的三種計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
1.1 開放系統(tǒng)互連參考模型
????為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)都能互連起來，國際標準化組織（簡稱：ISO）于1977年成立了專門機構(gòu)研究該問題。不久，它們提出了一個使全世界各種計算機可以互連成網(wǎng)的標準框架，這就是著名的開放系統(tǒng)互連參考模型，簡稱OSI。在1983年形成了開放系統(tǒng)互連參考模型的正式文件（ISO 7498國際標準）。
????OSI參考模型是一個七層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，自下而上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、會話層、表示層以及應(yīng)用層，如下圖所示：
????OSI體系結(jié)構(gòu)是法律上的國際標準，只獲得了一些理論研究的成果，但在市場化方面卻輸給了TCP/IP標準。OSI失敗的原因有以下幾點：
- OSI的專家們?nèi)狈嶋H經(jīng)驗，他們在完成OSI標準時沒有商業(yè)驅(qū)動力。
- OSI的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，而且運行效率很低。
- OSI標準的制定周期太長，因而使得按OSI標準生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場。
- OSI的層次劃分也不太合理，有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn)。
1.2 TCP/IP參考模型
????因特網(wǎng)是全球覆蓋范圍最廣、用戶數(shù)量最多的互聯(lián)網(wǎng)，它采用TCP/IP參考模型。TCP/IP參考模型是一個四層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，自下而上依次是網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、運輸層以及應(yīng)用層，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)相當于將OSI體系結(jié)構(gòu)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層合并為了網(wǎng)絡(luò)接口層，將會話層和表示層合并到了應(yīng)用層，如下圖所示：
TCP/IP體系結(jié)構(gòu)各層包含的主要協(xié)議如下圖所示：
(1) TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有規(guī)定什么具體內(nèi)容，這樣做的目的是可以互連全世界各種不同的網(wǎng)絡(luò)接口，例如有線的以太網(wǎng)接口、無線局域網(wǎng)的Wi-Fi接口，而不限定僅使用一種或幾種網(wǎng)絡(luò)接口。因此，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上只有上面?zhèn)€三層。
(2) 國際協(xié)議IP是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)際層的核心協(xié)議。
(3) 傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)傳輸層的兩個重要協(xié)議。
(4) TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用層包含了大量的應(yīng)用層協(xié)議，例如超文本傳送協(xié)議(HTTP)、簡單郵件傳送協(xié)議(SMTP)、域名系統(tǒng)(DNS)以及實時運輸協(xié)議(RTP)等。
????由于TCP/IP協(xié)議體系中包含大量的協(xié)議，而IP協(xié)議和TCP協(xié)議是其中非常重要的兩個協(xié)議，因此用TCP和IP這兩個協(xié)議來表示整個協(xié)議大家族，常稱為TCP/IP協(xié)議族。
補充：在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域，TCP/IP協(xié)議族也常稱為TCP/IP協(xié)議棧。這是因為TCP/IP協(xié)議體系的分層結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧在圖形畫法上是類似的。
1.3 原理參考模型
原理參考模型是一個五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，自下而上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層以及應(yīng)用層。五層協(xié)議的原理體系結(jié)構(gòu)將TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口層又重新劃分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，這樣更利于我們對計算機網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)。
二. 計算機網(wǎng)絡(luò)各層的主要功能
????我們以五層原理體系結(jié)構(gòu)為例，自下而上、非常簡單地介紹一下各層的主要功能。實際上，如果要真正弄清楚各層作用還需要學(xué)習(xí)了后面章節(jié)中協(xié)議的之后，讓我們細水長流，以后的事情交給以后，不給當下造成學(xué)習(xí)障礙。
2.1 物理層
計算機網(wǎng)絡(luò)物理層的主要功能是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為傳輸介質(zhì)上的模擬信號，以便在傳輸介質(zhì)中傳輸。它的主要任務(wù)包括：
-
通過傳輸介質(zhì)傳輸比特流：物理層負責(zé)將比特流轉(zhuǎn)換為適合傳輸介質(zhì)的電信號，并將這些電信號傳輸?shù)浇邮辗健?/p>
-
建立、維護和釋放物理連接：物理層負責(zé)建立物理連接，以便在通信中傳輸數(shù)據(jù)。在通信完成后，物理層負責(zé)釋放連接，以便其他設(shè)備可以使用傳輸介質(zhì)。
-
傳輸介質(zhì)的管理：物理層負責(zé)管理傳輸介質(zhì)的使用，包括傳輸速率、電氣特性、機械特性等。
-
差錯檢測和糾正：物理層負責(zé)檢測和糾正傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤，以確保傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性。
2.2 數(shù)據(jù)鏈路層
它的主要功能包括：
-
封裝數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層傳輸過來的IP數(shù)據(jù)報封裝成幀，加上幀頭和幀尾，以便在物理層進行傳輸。
-
傳輸控制：數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)控制幀的傳輸，包括數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，以及處理出現(xiàn)的差錯和重傳。
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訪問控制：數(shù)據(jù)鏈路層通過媒體訪問控制協(xié)議（MAC協(xié)議）來控制網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點訪問媒介的順序和方式，以避免數(shù)據(jù)碰撞和沖突。
-
差錯檢測：數(shù)據(jù)鏈路層通過循環(huán)冗余校驗（CRC）等技術(shù)來檢測數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)的差錯，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
-
流量控制：數(shù)據(jù)鏈路層通過設(shè)置窗口大小等機制來控制發(fā)送方的發(fā)送速率，以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失。
-
鏈路管理：數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)維護鏈路狀態(tài)信息，包括鏈路地址、鏈路狀態(tài)、鏈路速率等，以提供更高層次的服務(wù)。
2.3 網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層主要功能是提供端到端的邏輯通信，為各個主機之間的通信建立邏輯上的路徑。具體來說，它的主要功能包括：
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路由選擇：網(wǎng)絡(luò)層通過路由選擇算法，選擇最優(yōu)路徑將數(shù)據(jù)包從源主機發(fā)送到目標主機。
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分組轉(zhuǎn)發(fā)：網(wǎng)絡(luò)層將報文分組，每個數(shù)據(jù)包都有自己的目的地址和源地址，通過路由選擇算法將分組轉(zhuǎn)發(fā)到正確的目的地。
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差錯控制：網(wǎng)絡(luò)層對分組進行差錯檢測和處理，保證數(shù)據(jù)的正確性。
-
流量控制：網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)控制數(shù)據(jù)包的流量，以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。
-
擁塞控制：網(wǎng)絡(luò)層監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)負載情況，通過擁塞控制機制，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。
????總之，網(wǎng)絡(luò)層是計算機網(wǎng)絡(luò)中非常重要的一層，它為邏輯通信提供了基礎(chǔ)，保障了網(wǎng)絡(luò)的正常運行。
2.4 運輸層
他的主要功能包括：
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可靠性傳輸：運輸層通過使用流量控制、差錯控制和重傳機制等技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸，即使在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時也能夠保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。
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分段和重組：運輸層將應(yīng)用層傳輸過來的數(shù)據(jù)進行分段和重組，以便于網(wǎng)絡(luò)傳輸和接收。
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連接控制：運輸層通過建立、維護和終止傳輸層連接，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和正確接收，同時還可以對連接進行管理和監(jiān)控。
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流量控制：運輸層通過流量控制機制，控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞和資源浪費。
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差錯控制：運輸層通過差錯控制機制，檢測和糾正數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的差錯。
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多路復(fù)用和分解：運輸層可以同時處理多個數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)多路復(fù)用和分解，提高網(wǎng)絡(luò)的性能和效率。
????總的來說，運輸層在計算機網(wǎng)絡(luò)中具有重要的作用，它能夠保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和正確接收，提高網(wǎng)絡(luò)的性能和效率，同時也是實現(xiàn)各種應(yīng)用程序之間通信的基礎(chǔ)。
2.5 應(yīng)用層
應(yīng)用層是計算機網(wǎng)絡(luò)中最高層的一個層次，主要功能包括：
- 提供數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用程序接口，使得應(yīng)用程序可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。
- 提供各種服務(wù)和協(xié)議，如文件傳輸、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)電話、視頻會議、網(wǎng)絡(luò)游戲等。
- 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的編解碼、壓縮、加密等處理，增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/li>
- 實現(xiàn)應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)管理，包括網(wǎng)絡(luò)資源的分配、調(diào)度和控制等。
- 提供網(wǎng)絡(luò)故障的診斷、測試和修復(fù)功能，保證網(wǎng)絡(luò)的正常運行。
????總之，應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)通信的最高層，主要提供各種高層次服務(wù)和協(xié)議，方便用戶在網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)交換和各種應(yīng)用程序的實現(xiàn)。
??全文總結(jié)
本文主要講解：
????本文主要講解了常見的三種計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) —— 開放系統(tǒng)互連參考模型、TCP/IP參考模型、原理參考模型，以及介紹了計算機網(wǎng)絡(luò)各層的主要功能。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-756158.html
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文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-756158.html
到了這里，關(guān)于【網(wǎng)絡(luò)奇遇記】我和因特網(wǎng)的初相遇3 —— 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)篇的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
