计算机网络学习4：常见的计算机网络体系结构

Myth丶恋晨 2023-10-01 11:08 110阅读 0赞

## 计算机网络体系结构 ##

### 常见的计算机网络体系结构 ###

分别有OSI体系结构、TCP/IP体系结构

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
OSI的层次划分不是很合理，功能重复出现了。

因为TCP/IP体系结构在网络层使用的是IP协议，IP协议也叫作网际协议，所以 叫作 网际层。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
路由器一般只有网际层和网络接口层。

TCP/IP体系结构的网络接口层并没有规定什么具体的内容。这样做的目的是互连全世界不同的网络接口，如有线以太网接口，无线局域网的wifi接口等等。

IP协议是网际层的核心协议。

TCP和UDP是运输层的核心协议。

应用层则包含了很多网络协议。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
IP协议可以将不同的网络接口互连，并且向上面的TCP和UDP协议提供网络互连服务。TCP向应用层的相应协议提供可靠传输的服务。UDP协议则是提供不可靠的传输服务。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_10_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
TCP和IP协议是两个很重要的协议，常称为TCP IP协议簇。学习计网时，综合OS和TCPIP的优点，有一份五层原理体系结构。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_8_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

### 计算机网络体系结构分层的必要性 ###

分层可以将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的问题，就可以易于处理等。

计算机网络主要面临的问题：

首先是物理层：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
严格来说，传输媒体不属于物理层。计算机网络的传输信号不是方波信号，只是为了方便理解。

假设以上，可以实现主机发送信号0和1了。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

假设A要给C发信号，但是全部电脑都接收到了，主机C如何知道是发给自己的呢。BDE又如何知道不是发送给自己的，要解决呢。

这就是 如何标识网络中的各个主机（主机编址问题，如MAC地址。）

主机在发送数据时，要给数据发送目的地址。

但是又引出了第二个问题：如何从信号标识的一连串比特流中区分出地址和数据呢。

也就是需要解决分组的封装格式问题。

对于总线型的网络，还会出现碰撞的问题。  
（某个时刻是空闲的，但是突然多台主机发送数据），所以协调主机也需要考虑。

以上的问题全部规划到 数据链路层。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]  
只要解决物理层和数据链路层就可以解决分组在网络上传输了，但仅仅是解决简单的数据传输。

现在有多个网络，面临的问题如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
但是也会有应用层的问题。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]  
在此基础上，定制各个协议来解决应用进程之间的交互。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]  
总结如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]

### 分层思想举例 ###

假设此时电脑需要访问一个页面服务器，那么过程如下，注意此时是 应用进程基于网络的通信。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]  
首先应用层封装好一个http报文。

应用层将报文给运输层，运输层添加一个TCP首部。  
![在这里插入图片描述][6d4425ac169a4a9d8b2a5d397489439c.png]  
网络层又给数据报加一个IP首部形成IP数据报。  
这个时候就可以被路由器转发了。  
![在这里插入图片描述][8c51df87a7534efd8dfd8b8508b7915f.png]  
数据链路层又加一个首部和尾部，形成了帧。  
![在这里插入图片描述][16af58c9559d4bd698ea9c0a810e4a4c.png]  
假设上述的N1网络是以太网，那么以太网的首部格式为：  
![在这里插入图片描述][d9156a8234a842c59c3918f70329eb43.png]  
首部这么做是为了使数据报能在链路上或者网络上传输。能够到达目的地地址。

尾部的格式如下：是为了让目的主机检查收到的帧是否有误码。

![在这里插入图片描述][3b74a1f374af4b579a401d0450a81a5f.png]

然后物理层将这个帧看作是比特流。N1是以太网还会增加前导码。

路由器收到之后，首先将比特流的前导码给去掉，然后交付给链路层。（交付的是帧）。然后去掉帧的首部和尾部之后，交付给网络层，这实际上是IP数据报。

网络层解析首部IP，查出目的地址，然后查找自身的路由表。确定转发端口以便转发。然后再往下传。  
![在这里插入图片描述][0953d2fc767f43659ca11962ae037595.png]  
先数据链路层加一个首部和尾部，然后物理层看做比特流，由于N2也是以太网，加一个前导码。

到了服务器，也是一层一层拆，然后向上交付（类似发送的逆过程）。然后服务器解析HTTP报文，然后返回一个响应报文，然后过程如前面说的那样。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 9]

### 专用术语 ###

专用术语来自OSI的七层体系结构，但也适用于其他两个体系结构结构。

主要分成三个：实体、协议、服务。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 10]

称为逻辑通信是只用考虑这一层的对等通信，不用考虑其他层。是理想中的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 11]

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 12]  
语义：定义收发双方要完成的操作。

如HTTP的GET请求报文需要完成什么过程操作。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 13]  
服务：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 14]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 15]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5rSy55qE5a2m5Lmg56yU6K6w_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 16]

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