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• 【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：1.6 计算机网络体系结构（1）—常见的计算机网络体系结构

一：OSI参考模型

OSI（开放式系统互联通信参考模型）：是国际化标准组织（ISO）于1984年提出的网络体系结构模型。自下而上依次为 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

OSI参考模型各层功能及协议如下

（1）应用层（Application Layer）

应用层：是OSI模型的最高层，是用户与网络的界面；应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段；用户的实际应用多种多样，所以这也就要求应用层采用不同的协议来解决不同类型的应用要求，比如QQ、浏览器等等；典型的协议有

• FTP（文件传送）
• SMTP（电子邮件）
• HTTP（万维网）
• …

（2）表示层（Presentation Layer）

表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）；主要有以下功能

• 数据格式变换
• 数据加密解密
• 数据压缩和恢复

（3）会话层（Session Layer）

会话层：向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序传输数据，也即建立同步（SYN）；主要有以下功能

• 建立、管理、终止会话
• 使用校验点可以使会话在通信失效时从校验点或同步点继续恢复通信，实现数据同步

（4）传输层（Transport Layer）

传输层：负责主机中两个进程的通信，也即端到端的通信（因为主机中的进程是靠端口号区分的），传输单位是报文段或用户数据包；主要有以下功能

• 可靠传输和不可靠传输：可靠传输负责信息及时、完整到达；不可靠传输只负责发送信息
• 差错控制：当发送的报文段失序、丢失时负责纠正
• 流量控制：控制发送方发送数据的速度或发送量，使接收方能够正确完整地接收数据
• 复用和分用：复用是指多个应用层进程可以同时使用下面传输层的服务；分用是指传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程

主要协议有

• TCP
• UDP

（5）网络层（Network Layer）

网络层：负责把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务，传输单位是数据报（数据报由大小相等分组构成）；主要有以下功能

• 路由选择：根据路由选择算法选择合适的路径发送
• 流量控制：协调发送端和接收端速度
• 差错控制：双方根据一定的校验规则，验证传输数据是否正确
• 拥塞控制：洞察整个网络情况，控制全局，避免网络堵塞

主要协议有

• IP
• ICMP
• ARP
• OSPF

（6）数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层：负责把网络层传下来的数据报组装成帧，传输单位是帧；主要有以下功能

• 成帧：定义帧的开始和结束，否则无法区分信息
• 差错控制：包括帧错误或位错误，提供检错和纠错手段
• 流量控制：
• 访问控制：控制对信道的访问

主要协议有

• SDLC
• HDLC
• PPP

（7）物理层（Physical Layer）

物理层：负责在物理介质上实现比特流的透明传输，传输单位是比特；主要有以下功能

• 定义接口特性
• 定义传输模式
• 定义传输速率
• 比特同步
• 比特编码

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OSI参考模型在理论上获得了成功，但是在市场应用上却是失败的。而之后的TCP/IP模型则更适合于市场，因此获得了成功，OSI参考模型只能成为一种法定标准

二：TCP/IP参考模型

（1）概述

TCP/IP参考模型：OSI参考模型是一个法定的标准，但是它没有指明应该如何应用，只是一个理论上的概念。因特网从1983年开始使用TCP/IP协议族，并逐步演变成TCP/IP参考模型，该模型是一个四层体系结构，从上往下分别为网络接口层、网际层、传输层和应用层，成为了事实上的国际标准

TCP/IP参考模型各层功能及协议如下,其中TCP协议和IP协议是最为重要的两个协议，所以用这两个协议来表示整个协议家族

• 网络接口层：并没有规定什么具体内容，这样做的目的是可以互连全世界各种不同的网络接口，例如：
  • 有线以太网接口
  • 无线局域网WiFi接口
• 网际层：其核心协议为IP协议，也是TCP/IP参考模型的核心协议
• 传输层：其重要协议为TCP和UDP，也是TCP/IP参考模型的重要协议
• 应用层：包含了大量协议，例如
  • HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）：超文本传输协议
  • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：简单邮件传输协议
  • DNS（Domain Name System）：域名解析系统
  • RTP（Real-time Transport Protocol：实时传输协议
  • …

OSI参考模型失败的原因可以归纳为以下两点：

• 第一：OSI部分协议实现起来过分复杂，而且效率很低
• 第二：OSI标准制定周期太长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场
• 第三：OSI参考模型制定者们缺乏实际经验，在完成OSI标准时没有商业驱动力
• 第四：OSI层次划分不太合理，例如有些功能在多个层次中重复出现

（2）OSI与TCP/IP参考模型对比

相同点：如下

• 二者都采取分层的体系结构，将庞大且复杂的问题划分为若干较容易处理的、范围较小的问题，而且分层的功能也大体相似
• 二者都是基于独立的协议栈的概念
• 二者都可以解决异构网络的互联，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信

不同点：如下

• OSI参考模型的最大贡献就是精确地定义了三个主要概念：服务、协议和接口，这与现代的面向对象程序设计思想非常吻合。而TCP/IP 模型在这三个概念上却没有明确区分，不符合软件工程的思想

• OSI参考模型产生在协议发明之前，没有偏向于任何特定的协议，通用性良好。但设计者在协议方面没有太多经验，不知道把哪些功能放到哪一层更好；TCP/IP模型正好相反，首先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述，因此不会出现协议不能匹配模型的情况，但该模型不适合于任何其他非TCP/IP的协议栈

• TCP/IP模型在设计之初就考虑到了多种异构网的互联问题，并将IP协议作为一个单独的重要层次；而OSI参考模型最初只考虑到用一种标准的公用数据网将各种不同的系统互联，OSI参考模型在认识到IP协议的重要性后，才在网络层中划分出一个子层来完成类似于TCP/IP模型中的IP协议的功能

• 重要区别

  • OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信
  • TCP/IP模型在网际层仅有一种无连接的通信模式，但传输层支持无连接和面向连接两种模式

三：五层原理体系结构

五层原理体系结构：OSI参考模型详细说明了每层应该具有的功能，TCP/IP参考模型层次简单、独立性强。因此结合两种模型的优点，计算机网络考研中研究的模型是五层协议模型，相应章节也是按照这个逻辑划分的。从下到上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层

各层功能如下

层次	作用	传输单位
物理层	实现比特流的透明传输	比特
数据链路层	负责把网络层传下来的数据报组装成帧	帧
网络层	分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务	数据报
传输层	负责主机中两个进程的通信，也即端到端的通信	数据包
应用层	为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段	报文