计算机网络体系结构与参考模型
一、计算机网络分层体系结构的基本概念
计算机网络作为综合计算机技术与通信技术的复杂系统，在制定网络协议时经常采用的思路是将复杂的网络通信功能划分为由若干协议分别完成，然后将这些协议按照一定的方式组织起来，最终实现网络通信的所有功能。最典型的划分方式就是采用分层的方式来组织协议。
分层的核心思路是上一层的功能建立在下一层的功能基础上，并且在每一层内均要遵守一定的通信规则，即协议。目前，典型的层次化体系结构有 OSI 参考模型和 TCP/IP 参考模型两种。
二、OSI 参考模型
OSI 参考模型采用分层结构化技术，将整个计算机网络的通信功能分为7层，由低层至高层分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有特定的功能，并且上一层利用下一层的功能所提供的服务，完成本层功能。
1. 物理层
物理层的主要功能是在传输介质上实现无结构比特流传输。所谓无结构比特流是指不关心比特流实际代表的信息内容，只关心如何将 0 和 1 这些比特以合适的信号传送到目的地，因此，物理层要实现信号编码功能。物理层的另一项主要任务就是规定数据终端设备与数据通信设备之间接口的相关特性，主要包括机械、电气、功能和规程 4 个方面的特征。
2. 数据链路层
数据链路层的主要功能是实现在相邻结点之间数据可靠而有效的传输。为了能实现有效的差错控制，就采用了一种以“帧”为单位的数据块传输方式。要采用帧格式传输，就必须有相应的帧同步技术，这就是数据链路层的“成帧”功能，包括定义帧的格式、类型、成帧的方法等。
3. 网络层
网络层解决的核心问题是如何将分组通过交换网络传送至目的主机，因此，网络层的主要功能是数据转发与路由。在交换网络中，信息从源结点出发，要经过若干个中继结点的存储转发后，才能达到目的结点。这样一个包括源结点、中继结点、目的结点的集合称为从源结点到目的结点的路径。同时，网络层还要对进入交换网络的通信量加以控制，以避免通信量过大造成交换网络性能下降。
4. 传输层
传输层是第一个端到端的层次，也是 进程-进程 的层次。数据的通信表面上看是在两台主机之间进行，但实质上是发生在两个主机的进程之间。传输层的功能主要包括 复用/分解（区分发送和接收主机上的进程）、端到端的可靠数据传输、连接控制、流量控制和拥塞控制机制等。
5. 会话层
会话层是指用户与用户的连接，通过在两台计算机之间建立、管理和终止通信来完成对话。会话层的主要功能：在建立会话时，核实双方身份是否有权参加会话；确定双方支付通信费用；双方在各种选择功能方面（全双工/半双工）取得一致；在会话建立以后，需要对进程间的对话进行管理与控制。
6. 表示层
表示层主要用于处理应用实体间交换数据的语法，其目的是解决格式和数据表示的差别，从而为应用层提供一个一致的数据格式，使字符、格式等有差异的设备之间相互通信。除此之外，表示层还可以实现文本 压缩/解压 、数据 加密/解密 、字符编码的转换等功能。
7. 应用层
应用层与提供给用户的网络服务相关，这些服务非常丰富，包括文件传送、电子邮件、P2P应用等。应用层为用户提供了一个使用网络应用的“接口”。
在 OSI 参考模型中，1～3层主要是完成数据交换和数据传输，称之为网络低层；5～7层主要是完成信息处理服务的功能，称之为网络高层；底层与高层之间由第4层衔接。
三、面向连接的服务和无连接的服务
1. 面向连接的服务
面向连接的服务以电话系统最为典型，其过程如下：
第一步：某一方欲传送数据，首先给出对方的全称地址，并请求建立连接，当双方同意后，双方之间的通信链路就建立起来。
第二步：传送数据，通常以分组为单位，按序传送，不再标称地址，只标称所建立的链路号，并由收方对收到的分组予以确认，称为可靠传送方式；不确认则称为不可靠传送方式。
第三步：当数据传送结束后，拆除链路。
2. 面向无连接的服务
无连接的服务没有建立和拆除链路的过程，例如，邮政系统的用户在发送信件之前，不必与收信方进行任何消息交换。无连接的服务又称为数据报服务，要求每一个分组信息带有全称地址，独立选择路径，其到达目的地的顺序也是不定的，到达目的地后，还要重新对分组进行排序。
四、TCP/IP 参考模型
TCP/IP 参考模型包括应用层、传输层、网络互联层和网络接口层。每一层封装的数据包采用不同的名称。
1. 应用层
TCP/IP 参考模型将 OSI 参考模型中会话层和表示层的功能合并到了应用层来实现。在Internet上，用户通过应用层来使用 Internet 提供的各种服务。每一种应用都使用了相应的协议来将用户的数据（网页、文件、电子邮件等）按照协议定义的格式进行封装，以便达到对应的控制功能，然后再利用下一层即传输层的协议进行传输。
2. 传输层
当应用层的程序将用户数据按照特定应用层协议封装好后，接下来就由传输层的协议负责把这些数据传输到接收方主机上对等的应用层程序。传输层协议为运行在不同主机上的进程提供了一种逻辑通信机制。利用这种逻辑通信机制，两个进程可以不用考虑两者之间的物理连接方式而实现 发送/接收 消息。传输层协议可以解决诸如端到端可靠性，保证数据按照正确的顺序到达等问题。
3. 网络互联层
网络互联层是整个 TCP/IP 参考模型的核心，主要解决把数据分组发往目的网络或主机的问题。在这个过程中，要为分组的传输选择相应的路径（路由选择），完成分组的转发，提供网络层寻址——IP地址。在 TCP/IP 参考模型中，网络互联层的核心协议是 IP，负责定义分组的格式和传输。
4. 网络接口层
网络接口层对应 OSI 参考模型中的数据链路层和物理层，网络层IP分组在这一层被封装到底层网络的链路层数据帧中，并最终以比特流的形式在物理介质上进行传输。
五、OSI 参考模型与 TCP/IP 参考模型的比较
对比 TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型，TCP/IP 参考模型缺少 OSI 参考模型中功能比较少的表示层与会话层，而 TCP/IP 参考模型的网络接口层则相当于合并了OSI参考模型的数据链路层与物理层。
