计算机网络的体系结构

计算机网络的体系结构

　计算机网络体系结构关注三方面内容：网络协议如何分层、各层协议、层间接口。下面是我整理的关于计算机网络的体系结构，希望大家认真阅读!

　一、计算机网络体系结构分层思想

　首先，你要对计算机网络有一个模糊的认识---计算机网络是一个十分复杂的系统⊙﹏⊙。看看你电脑上有多少服务，那些服务有着各种协议，小白问度娘都不一定能弄懂。可想而知，对于那些计算机科学家(我觉得当年应该有很多玩通信的工程师吧，臆想而已。对这段历史感兴趣可以参考央视《互联网时代》)来说，设计一种网络体系结构应该可能也是很难的，复杂度不是一般高啊。

　可能你学没学过汇编语言(Assembly Language)，那么请自行查资料。如果你学过汇编语言，不管学没学好，从一开始接触汇编语言你就会有感觉---这是什么鬼。然后随着历史的发展，在汇编语言的基础上出现了结构化程序设计语言，比如Fortran、Basic、C。这些结构化编程语言有别于上一代的是书上说的出现了"函数"的概念，从此写代码有了质的改变。自上而下，分而治之便是结构化程序设计的核心思想。

　同样，对于计算机网络来说也是这种思路。计算机网络体系结构可以看成一个很大的面向过程程序。如果将所有的内容都写在一个main函数中，那么这个程序就太尴尬了，到最后都不知道在写些什么了，大大加剧了程序设计的复杂度，以及后来程序维护的复杂度等等问题。也就是说不采用分治思想的计算机网络协调性差，设计复杂度高，网络通信出错可能性也陡增。基于此原因，计算机网络体系结构的"分层"思想诞生了。

　"分层"思想，通俗将就是常说的"分而治之"。ARPANET设计时提出的"分层"方法可将庞大而复杂的计算机网络问题，转化为若干个局部的问题，而这些局部问题可以通过研究逐一攻破，那么计算机之间通信就成为了可能。

　二、OSI/RM模型和TCP/IP协议族的较量

　1 OSI/RM

　OSI/RM是英文Open System Interconnection Reference Model的缩写，中文翻译为"开放系统互联基本参考模型"。在1983年，ISO发布正式文件后，也就有了现在所谓的七层协议的体系。

　2 TCP/IP

　TCP/IP并不是单一的协议，而是协议族。分为四层：应用层、运输层、网际层、网络接口层。

　OSI/RM和TCP/IP协议的PK中失败了，究其原因，我认为主要有如下几点：

　1)OSI/RM 模型各层协议之间有重复功能。这就像写代码的时候有重复的代码，上头就想抽你俩嘴巴子，钱这么好赚么→_→。

　2)OSI/RM 模型层数太多。也就是要说要实现网络互联，你需要的硬件以及软件就相对会更多。而且数据传来传去多了，运行效率也会降低。

　3)OSI/RM 那帮人可能是棒通信领域的专家，这玩意比TCP/IP在实现上得多花不少钱。

　基于这些事实，TCP/IP成了非法律上国际标准的事实上国际标准。

　三、采用分层体系网络原因总结

　1)并不是所有的设备都需要这么多层次。计算机网络中不同设备完成的任务不同，需要的功能也不同。除了计算机网络边缘部分的端系统需要所有层次协议，其余计算机网络核心部分部分则不需要这么多层次的协议。而且可以想象，多一层次就意味着多了部分硬件和软件，成本就会增加。

　PS:这里两图只是为了说明三层交换机比二层交换机价格高，至于高多少还取决于品牌和带宽等因素。

　2)每层设计实现相对独立的功能，在层次设计(硬件和软件设计)完成后，只需要提供向上的接口可供上层调用，。这样做的好处是就像编程中的函数模块化设计，我们只要知道高手设计的库函数的API就行了，不需要具体软件开发再编写同样高质量的代码，从而服务了代码搬运工。

　3)模块化协议层次大大的好啊。哪好了雕版印刷术和活字印刷术的区别。如果某一层的技术发生变化后，只要层间接口不变，只要对某层提供的服务进行修改(添加和修改)即可。你想，这可以省多少钱啊。就像你电脑显示屏坏了，你总不可能去新买个电脑吧，差不多就这意思。

　4)降低实现和维护网络难度。如果那种服务不能使用了，那就查提供此种服务对应的那层，而不需再从头查起。

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刚才说过网络体系结构的关键要素之一就是网络协议。而所谓协议(Protocol)就是对数据格式和计算机之间交换数据时必须遵守的规则的正式描述，它的作用和普通话的作用如出一辙。依据网络的不同通常使用Ethernet(以太网)、NetBEUI、IPX/SPX以及TCP/IP协议。Ethernet是总线型协议中最常见的网络低层协议，安装容易且造价便宜；而NetBEUI可以说是专为小型局域网设计的网络协议。对那些无需跨经路由器与大型主机通信的小型局域网，安装NetBEUI协议就足够了，但如果需要路由到另外的局域网，就必须安装IPX/SPX或TCP/IP协议。前者几乎成了Novell网的代名词，而后者就被著名的Internet网所采用。

计算机网络的分类方式有很多种,可以按地理范围、拓扑结构、传输速率和传输介质等分类。

⑴按地理范围分类

①局域网LAN(Local Area Network)

局域网地理范围一般几百米到10km之内,属于小范围内的连网。如一个建筑物内、一个学校内、一个工厂的厂区内等。局域网的组建简单、灵活,使用方便。

②城域网MAN(Metropolitan Area Network)

城域网地理范围可从几十公里到上百公里,可覆盖一个城市或地区,是一种中等形式的网络。

③广域网WAN(Wide Area Network)

广域网地理范围一般在几千公里左右,属于大范围连网。如几个城市,一个或几个国家,是网络系统中的最大型的网络,能实现大范围的资源共享,如国际性的Internet网络。

⑵按传输速率分类

网络的传输速率有快有慢,传输速率快的称高速网,传输速率慢的称低速网。传输速率的单位是b/s(每秒比特数,英文缩写为bps)。一般将传输速率在Kb/s—Mb/s范围的网络称低速网,在Mb/s—Gb/s范围的网称高速网。也可以将Kb/s网称低速网,将Mb/s网称中速网,将Gb/s网称高速网。

网络的传输速率与网络的带宽有直接关系。带宽是指传输信道的宽度,带宽的单位是Hz(赫兹)。按照传输信道的宽度可分为窄带网和宽带网。一般将KHz—MHz带宽的网称为窄带网,将MHz—GHz的网称为宽带网,也可以将kHz带宽的网称窄带网,将MHz带宽的网称中带网,将GHz带宽的网称宽带网。通常情况下,高速网就是宽带网,低速网就是窄带网。

⑶按传输介质分类

传输介质是指数据传输系统中发送装置和接受装置间的物理媒体,按其物理形态可以划分为有线和无线两大类。

①有线网

传输介质采用有线介质连接的网络称为有线网,常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维。

●双绞线是由两根绝缘金属线互相缠绕而成,这样的一对线作为一条通信线路,由四对双绞线构成双绞线电缆。双绞线点到点的通信距离一般不能超过100m。目前,计算机网络上使用的双绞线按其传输速率分为三类线、五类线、六类线、七类线,传输速率在10Mbps到600Mbps之间,双绞线电缆的连接器一般为RJ-45。

●同轴电缆由内、外两个导体组成,内导体可以由单股或多股线组成,外导体一般由金属编织网组成。内、外导体之间有绝缘材料,其阻抗为50Ω。同轴电缆分为粗缆和细缆,粗缆用DB-15连接器,细缆用BNC和T连接器。

●光缆由两层折射率不同的材料组成。内层是具有高折射率的玻璃单根纤维体组成,外层包一层折射率较低的材料。光缆的传输形式分为单模传输和多模传输,单模传输性能优于多模传输。所以,光缆分为单模光缆和多模光缆,单模光缆传送距离为几十公里,多模光缆为几公里。光缆的传输速率可达到每秒几百兆位。光缆用ST或SC连接器。光缆的优点是不会受到电磁的干扰,传输的距离也比电缆远,传输速率高。光缆的安装和维护比较困难,需要专用的设备。

②无线网

采用无线介质连接的网络称为无线网。目前无线网主要采用三种技术：微波通信,红外线通信和激光通信。这三种技术都是以大气为介质的。其中微波通信用途最广,目前的卫星网就是一种特殊形式的微波通信,它利用地球同步卫星作中继站来转发微波信号,一个同步卫星可以覆盖地球的三分之一以上表面,三个同步卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。

⑷按拓扑结构分类

计算机网络的物理连接形式叫做网络的物理拓扑结构。连接在网络上的计算机、大容量的外存、高速打印机等设备均可看作是网络上的一个节点,也称为工作站。计算机网络中常用的拓扑结构有总线型、星型、环型等。

①总线拓扑结构

总线拓扑结构是一种共享通路的物理结构。这种结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局域网的连接,总线一般采用同轴电缆或双绞线。

总线拓扑结构的优点是：安装容易,扩充或删除一个节点很容易,不需停止网络的正常工作,节点的故障不会殃及系统。由于各个节点共用一个总线作为数据通路,信道的利用率高。但总线结构也有其缺点：由于信道共享,连接的节点不宜过多，并且总线自身的故障可以导致系统的崩溃。

②星型拓扑结构

星型拓扑结构是一种以中央节点为中心,把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。这种结构适用于局域网,特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。

星型拓扑结构的特点是：安装容易,结构简单,费用低,通常以集线器(Hub)作为中央节点,便于维护和管理。中央节点的正常运行对网络系统来说是至关重要的。

③环型拓扑结构

环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构。信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备,每一台设备都配有一个收发器,信息在每台设备上的延时时间是固定的。

这种结构特别适用于实时控制的局域网系统。

环型拓扑结构的特点是：安装容易,费用较低,电缆故障容易查找和排除。有些网络系统为了提高通信效率和可靠性,采用了双环结构,即在原有的单环上再套一个环,使每个节点都具有两个接收通道。环型网络的弱点是,当节点发生故障时,整个网络就不能正常工作。

④树型拓扑结构

树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树,与总线拓扑结构相比,主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆,用于军事单位、政府部门等上、下界限相当严格和层次分明的部门。

树型拓扑结构的特点：优点是容易扩展、故障也容易分离处理,缺点是整个网络对根的依赖性很大,一旦网络的根发生故障,整个系统就不能正常工作。

1、分层结构将应用系统正交地划分为若干层，每一层只解决问题的一部分，通过各层的协作提供整体解决方案。大的问题被分解为一系列相对独立的子问题，局部化在每一层中，这样就有效的降低了单个问题的规模和复杂度，实现了复杂系统的第一步也是最为关键的一步分解。

2、分层结构具有良好的可扩展性，为应用系统的演化增长提供了一个灵活的框架，具有良好的可扩展性。增加新的功能时，无须对现有的代码做修改，业务逻辑可以得到最大限度的重用。同时，层与层之间可以方便地插入新的层来扩展应用。

3、分层架构易于维护。在对系统进行分解后，不同的功能被封装在不同的层中，层与层之间的耦合显著降低。因此在修改某个层的代码时，只要不涉及层与层之间的接口，就不会对其他层造成严重影响。

扩展资料：

体系结构：

计算机网络是一个复杂的具有综合性技术的系统，为了允许不同系统实体互连和互 *** 作，不同系统的实体在通信时都必须遵从相互均能接受的规则，这些规则的集合称为协议(Protocol)。

系统指计算机、终端和各种设备。实体指各种应用程序，文件传输软件，数据库管理系统，电子邮件系统等。互连指不同计算机能够通过通信子网互相连接起来进行数据通信。

互 *** 作指不同的用户能够在通过通信子网连接的计算机上，使用相同的命令或 *** 作，使用其它计算机中的资源与信息，就如同使用本地资源与信息一样。计算机网络体系结构为不同的计算机之间互连和互 *** 作提供相应的规范和标准。

——分层结构