計算機網絡體系結構

計算機網絡的作用

數字化、網絡化、信息化成為時代的趨勢，這個時代就是一個以網絡為核心基礎的信息時代。完善的網絡是實現數字化、網絡化、信息化的基礎。擁有完善的網絡才能以最快速地傳遞信息。當今社會，我們所說的網絡包括以下“三網”：

電信網絡：給用戶提供電話、傳真以及電報業務（現在電報業務已基本消失了）。

有線電視網絡：向用戶提供各種電視節目

計算機網絡：向用戶提供寬帶服務，我們的計算機終端、手機等設備所接的寬帶服務都是通過網關設備接入計算機網路。

隨著技術的發展，電信網絡、有線電視網絡都逐漸融入了現代計算機網絡中。這就是我們常說的“三網融合”。

計算機網絡與有線電視網絡以及電信網絡一樣，也是一種通信基礎設施，與這兩個網絡不一樣的是，計算機網絡的終端設備是功能強大且具有隻能的計算機設備，計算機設備上運行的各種應用程序通過彼此間的通信功能為整個計算機網絡中的所有終端設備提供豐富的服務和應用。

計算機網絡具有最重要的兩個功能就是：

連通性：計算機網絡上所有的連網設備都可以互相交換信息。

共享：即資源共享，包括信息共享、軟件共享也可以是硬件共享，如我們常說的雲計算，雲計算服務商通過計算機網絡向全網絡的用戶提供計算與存儲資源共享

什麼叫網絡？

網絡（Network）：由若干個節點（node）和鏈接這些節點的鏈路組成。這些節點可以是計算機、集線器、交換機、路由器、WiFi路由器等設備。如下圖 1所示，是一個由三臺計算機、一個以太網交換機、三根以太網線纜組成的網絡。這種簡單的網絡架構在企業中最常見。

在家庭，我們通過一個無線路由器來組建一個WiFi無線網絡，如下圖所示這就是我們家裡、小微企業最常見的小型局域網（WiFi無線鏈路組建的小型局域網），無線路由器WAN口通過網線與光貓的以太網口連接，通過光貓連接到互聯網。

因特網與互聯網

因特網最開始是由美國軍方創建的一個分組交換網（ARPANET），所有的主機都是直接與就近的節點交換機相連。這個網絡與我們圖1，通過交換機把計算機連通的簡單網絡類似，所有的節點都是在一個網絡上，一個網絡表示一個衝突域，也就是說哪怕這個網絡有上萬個節點，這些節點都在一個衝突域上，這時候人們已認識到，不可能僅用一個單獨的網絡來滿足所有的通信問題。於是20世界70年代中期，ARPA開始研究多種網絡互連的技術，經過演進，多種網絡的互連形成了因特網的雛形，1983年，TCP/IP協議成為了ARPANET上的標準協議，這樣使得所有使用TCP/IP的節點都能進行互連互通，因而，1983年就成為因特網的誕生時間。

1985年，美國國家科學基金會（NSF）就圍繞留個大型計算機中心建設計算機網絡，即國家科學基金網NSFNET，這是一個三級計算機網絡，分為主幹網、地區網、校園網（或企業網）最終，這種三級的計算機網絡覆蓋了美國主要的大學和研究所，並且成為因特網中的主要組成部分。

1991年，NSF與政府意識到，因特網必須擴大其使用範圍，世界上的許多公司紛紛介入到因特網，網絡上的通信量開始急劇增大，使得因特網的容量已不能滿足需要，於是政府決定將因特網的主幹網轉交給私人公司來經營。

1993年，NSFNET轉變成由若干個商用的因特網主幹網替代，於是因特網服務提供商(ISP，Internet Service Provider)就出現了，整個NSFNET由原來的三級結構轉變成多層次的ISP結構。眾多的ISP承擔了因特網的運營工作，而因特網的管理職責則由因特網域名與地址管理結構（ICANN）來承擔，大型的ISP可以向這個管理機構申請一批IP地址，就比如我們的中國電信，向ICANN申請1000萬個IP地址，這時中國電信就可以自己用一部分IP地址作為網絡上的節點使用，然後其餘的IP地址則可以作為商品進行運營。個人或者企業跟中國電信申請了通信線路並要求一個固定的IP地址，繳費後，中國電信就會給你分配一個IP地址。

因特網的迅猛發展開始於20世紀90年代，由歐洲原子核研究組織開發的萬維網WWW（World Wide Web）被廣泛應用在因特網上，大大方便了廣大非網絡專業人員對網絡的使用，大量的專業人員利用編程語言所編寫的內容，通過WWW瀏覽器向普通人員展示出來，各行各業的專業人士通過WWW向廣大用戶分享展示自己所編寫的內容以及與用戶進行交互。WWW的廣泛應用，帶來的就是全世界的互聯網化，也正是如此，我們所說的口語從“因特網”到“互聯網”的轉變。

計算機網絡系統架構

我們常見的計算機網絡體系架構包括OSI七層模型與TCP/IP四層模型兩種國際標準，而我們在進行各類研究與開發的時，更多的喜歡採用TCP/IP五層模型，它綜合了OSI七層模型與TCP/IP四層模型的優點。

OSI（Open Systems Interconnection Reference Model，開發系統互連參考模型）是由國際標準化組織ISO制定的標準，試圖提出一個各種計算機在世界範圍內互聯成網的標準框架。OSI模型分為7層，不過在市場化方面，OSI模型卻失敗了。

互聯網商業演進的過程中，TCP/IP標準被廣泛使用，於是形成了一種非標準的TCP/IP模型，這種模型把計算機網絡體系結構分為四層。

而現在，我們為了更清晰的研究，又經常喜歡把TCP/IP四層模型中的網絡接口層拆分成物理層與數據鏈路層，這樣就形成了TCP/IP五層模型，五層協議的體系結構能夠既簡介有清晰的將計算機網絡系統結構的概念闡述清楚。

TCP/IP五層體系結構

TCP/IP五層協議表示方法如下圖所示，途中路由器在轉發分組時最高只用到網際層沒有使用運輸層與應用層。

實際上，技術與應用的發展

客戶進程與服務器進程使用TCP/IP通信

功能較強的計算機可同時運行多個服務器進程，