计算机网络体系结构

计算机网络的作用

数字化、网络化、信息化成为时代的趋势，这个时代就是一个以网络为核心基础的信息时代。完善的网络是实现数字化、网络化、信息化的基础。拥有完善的网络才能以最快速地传递信息。当今社会，我们所说的网络包括以下“三网”：

电信网络：给用户提供电话、传真以及电报业务（现在电报业务已基本消失了）。

有线电视网络：向用户提供各种电视节目

计算机网络：向用户提供宽带服务，我们的计算机终端、手机等设备所接的宽带服务都是通过网关设备接入计算机网路。

随着技术的发展，电信网络、有线电视网络都逐渐融入了现代计算机网络中。这就是我们常说的“三网融合”。

计算机网络与有线电视网络以及电信网络一样，也是一种通信基础设施，与这两个网络不一样的是，计算机网络的终端设备是功能强大且具有只能的计算机设备，计算机设备上运行的各种应用程序通过彼此间的通信功能为整个计算机网络中的所有终端设备提供丰富的服务和应用。

计算机网络具有最重要的两个功能就是：

连通性：计算机网络上所有的连网设备都可以互相交换信息。

共享：即资源共享，包括信息共享、软件共享也可以是硬件共享，如我们常说的云计算，云计算服务商通过计算机网络向全网络的用户提供计算与存储资源共享

什么叫网络？

网络（Network）：由若干个节点（node）和链接这些节点的链路组成。这些节点可以是计算机、集线器、交换机、路由器、WiFi路由器等设备。如下图 1所示，是一个由三台计算机、一个以太网交换机、三根以太网线缆组成的网络。这种简单的网络架构在企业中最常见。

在家庭，我们通过一个无线路由器来组建一个WiFi无线网络，如下图所示这就是我们家里、小微企业最常见的小型局域网（WiFi无线链路组建的小型局域网），无线路由器WAN口通过网线与光猫的以太网口连接，通过光猫连接到互联网。

因特网与互联网

因特网最开始是由美国军方创建的一个分组交换网（ARPANET），所有的主机都是直接与就近的节点交换机相连。这个网络与我们图1，通过交换机把计算机连通的简单网络类似，所有的节点都是在一个网络上，一个网络表示一个冲突域，也就是说哪怕这个网络有上万个节点，这些节点都在一个冲突域上，这时候人们已认识到，不可能仅用一个单独的网络来满足所有的通信问题。于是20世界70年代中期，ARPA开始研究多种网络互连的技术，经过演进，多种网络的互连形成了因特网的雏形，1983年，TCP/IP协议成为了ARPANET上的标准协议，这样使得所有使用TCP/IP的节点都能进行互连互通，因而，1983年就成为因特网的诞生时间。

1985年，美国国家科学基金会（NSF）就围绕留个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金网NSFNET，这是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网、校园网（或企业网）最终，这种三级的计算机网络覆盖了美国主要的大学和研究所，并且成为因特网中的主要组成部分。

1991年，NSF与政府意识到，因特网必须扩大其使用范围，世界上的许多公司纷纷介入到因特网，网络上的通信量开始急剧增大，使得因特网的容量已不能满足需要，于是政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营。

1993年，NSFNET转变成由若干个商用的因特网主干网替代，于是因特网服务提供商(ISP，Internet Service Provider)就出现了，整个NSFNET由原来的三级结构转变成多层次的ISP结构。众多的ISP承担了因特网的运营工作，而因特网的管理职责则由因特网域名与地址管理结构（ICANN）来承担，大型的ISP可以向这个管理机构申请一批IP地址，就比如我们的中国电信，向ICANN申请1000万个IP地址，这时中国电信就可以自己用一部分IP地址作为网络上的节点使用，然后其余的IP地址则可以作为商品进行运营。个人或者企业跟中国电信申请了通信线路并要求一个固定的IP地址，缴费后，中国电信就会给你分配一个IP地址。

因特网的迅猛发展开始于20世纪90年代，由欧洲原子核研究组织开发的万维网WWW（World Wide Web）被广泛应用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，大量的专业人员利用编程语言所编写的内容，通过WWW浏览器向普通人员展示出来，各行各业的专业人士通过WWW向广大用户分享展示自己所编写的内容以及与用户进行交互。WWW的广泛应用，带来的就是全世界的互联网化，也正是如此，我们所说的口语从“因特网”到“互联网”的转变。

计算机网络系统架构

我们常见的计算机网络体系架构包括OSI七层模型与TCP/IP四层模型两种国际标准，而我们在进行各类研究与开发的时，更多的喜欢采用TCP/IP五层模型，它综合了OSI七层模型与TCP/IP四层模型的优点。

OSI（Open Systems Interconnection Reference Model，开发系统互连参考模型）是由国际标准化组织ISO制定的标准，试图提出一个各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架。OSI模型分为7层，不过在市场化方面，OSI模型却失败了。

互联网商业演进的过程中，TCP/IP标准被广泛使用，于是形成了一种非标准的TCP/IP模型，这种模型把计算机网络体系结构分为四层。

而现在，我们为了更清晰的研究，又经常喜欢把TCP/IP四层模型中的网络接口层拆分成物理层与数据链路层，这样就形成了TCP/IP五层模型，五层协议的体系结构能够既简介有清晰的将计算机网络系统结构的概念阐述清楚。

TCP/IP五层体系结构

TCP/IP五层协议表示方法如下图所示，途中路由器在转发分组时最高只用到网际层没有使用运输层与应用层。

实际上，技术与应用的发展

客户进程与服务器进程使用TCP/IP通信

功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程，