朱建武 张 莹

（[1]武汉城市职业学院计算机与电子信息工程学院 湖北·武汉 430070；[2]武汉市硚口区东方红小学 湖北·武汉 430000）

计算机网络系统是一个纷繁复杂的体系结构，为了更安全更有效率的进行数据通信和资源共享，除了在计算机之间建立传送数据的通路，还需要对网络系统进行分层，分层可以减少网络系统设计的复杂性，提高网络系统的稳定性和可管理性。通过分层，能实现各层之间相互独立，同时，各层之间具备更好的灵活性，各层在结构上可以分割，各层的协议和服务易于实现和维护，容易实现标准化。

计算机网络体系结构定义和描述了计算机和相关各种通信设备之间的互联互通的协议和标准的集合。在20世纪八十年代初，各个企业和计算机的厂商都有自己的一套网络体系结构和规范，之间互相并不兼容，为了解决网络互联互通的问题，著名的国际标准化组织即ISO在1979年成立了一个委员会来专门研究一种体系结构用来规范网络之间的互联互通的协议和标准的集合，这就是OSI/RM,即开放-系统-互连-参考模型。

1 OSI参考模型

将计算机网络系统结构具体分为七个层次，包括最底层物理层，依次数据链路层，依次网络层，依次传输层，依次会话层，以及表示层，最后是应用层共七个层次。最底层是物理层，最上层应用层，上层向下层提出请求，下层向上层提供服务。

将网络中的信息传输类比为贸易商人从武汉运送货物去北京的情景：

（1）必须有一条通往北京的道路。相当于是七层的OSI参考模型中的最底层的物理层，作用是“道路”，类比为最底层物理层中的进行数据传输的网络媒介和网络接口。

（2）对货物进行包装。相当于是七层的OSI参考模型中的第二层数据链路层，作用是“打包”，类比为数据链图层中把比特流划分为可以处理的数据单元，进行帧的装配、拆解、流量控制和差错校验。

（3）需要一条合适的路径送货。相当于是七层的OSI参考模型中的第三层网络层，作用是“选择”，类比为网络层中确保每一个分组能够从源点到达终点，进行路由选择和流量控制。

（4）运输的路途上是否要保证货物的安全？货物不会遗失？相当于是七层OSI参考模型中的第四层传输层，作用是“保护”，类比为传输层中向高层提供可靠的进程到进程的数据传输，包括报文交付，差错恢复等功能。

（5）运输前双方的沟通是否需要？相当于是七层OSI参考模型中的第五层会话层，作用是“交流”，类比为会话层中对话控制：允许2个系统进行对话状态，建立同步检查点。

（6）是否需要标签和说明？是否需要翻译人员？相当于是七层OSI参考模型中第六层表示层，作用是“标签”，类比为表示层中的转换：字符、数字按不同的编码系统转换为比特流。加密：对敏感信息进行保密。压缩：传输多媒体信息，减少比特数。

（7）货物怎样交易？相当于是七层OSI参考模型中最上层应用层，作用是“交易”，类比为应用层中提供对应用程序和许多服务的支持。

表1：七层体系结构OSI模型各层的作用

物理层是实现计算机端到端的节点之间比特流的传送，传送过程透明。数据链路层是在物理网络链路中，能提供可靠的端到端的节点之间的数据传输。网络层是负责把分组数据从源点发送出去，直至交付到终点截止。传输层是向网络层次中的高层提供可靠的端到端，进程到进程的数据报的交互，差错恢复。会话层的作用是建立会话、管理会话和在有需要的时候终止会话。表示层的作用是对数据进行数据转换、数据的加密和必要的数据的压缩。应用层的作用为用户提供网络接口，同时也提供了对许多协议和网络服务的支持。经过分析发现，网络七层中各层之间存在很多重复的功能，OSI体系结构不够简洁实用。

2 TCP/IP体系结构

最早来源于美国军方的ARPAnet，从实际应用的角度出发，提出了更高效更简洁的四层的体系结构，即最底层网络接口层，网络层，传输层和最上层应用层，而且TCP/IP体系结构的提出要早于OSI模型，所以慢慢OSI模型被TCP/IP体系结构所取代，TCP/IP体系结构成为了事实上的通用的网络国际标准。

（1）网络接口层（数据链路层，物理层）。负责对硬件的沟通，与七层体系结构OSI参考模型中的数据链路层（Data link layer）和物理层(Physical layer)相对应，未定义任何特定的协议。

（2）网络层。网络层是网络互联的基础，其主要任务是决定数据如何传送到目的地。

（3）传输层。主要为TCP/UDP协议。

（4）应用层。应用层相当于OSI会话层、表示层、应用层。

3 OSI模型和TCP/IP模型的比较

从网络体系结构来看，七层的OSI模型比TCP/IP模型要具体的多，在OSI体系结构的七层模型中会话层和表示层主要的作用是信道的连接与挂断，数据的表示、数据加密与解密，目的是保护用户之间的网络数据传输不会出现中断，但是会话层和表示层有部分功能在七层中是有重复的。在四层的TCP/IP体系结构中，最下面的层即最底层是网络接口层，相当于OSI体系结构的物理层（Physical layer）和数据链路层（Data link layer），他们的作用是实现计算机端到端，节点到节点之间比特流的传送，传送过程透明。数据链路层是通过物理网络链路提供可靠的数据传输。OSI/RM 体系结构相对来说较为完整，每层的作用相对来说比较清晰，但存在各层之间重复的功能，显得七层体系结构较为复杂，四层的TCP/IP体系结构是从ARPANET发展过来的，实用性非常强，在现实网络运用中得到了不断改进和检验，而且相对OSI/RM来说TCP/IP模型四层的体系结构较为简洁。

（1）OSI/RM参考模型的优缺点：OSI参考模型概念清楚，层次结构分明，但协议较为复杂，各层之间存在重复的功能，不够简洁，比如流量控制功能和寻址功能在各层中反复出现，所以OSI模型没有全面普及开来，形成产品。

①会话层和表示层中几乎没有内容，数据链路层和网络层中的内容反而比较多，内容显得不够均衡。

②七层OSI模型以及各层次定义的服务和协议非常复杂，比较难以实现；部分功能会在有些层重复出现，例如地址编辑、流量控制以及差错控制，加大了体系结构的复杂程度，大大降低系统结构的运行效率；还有一个原因是由于TCP/IP协议因为得到普遍的使用，变成了现实意义上的规范和标准，因而OSI体系结构中协议的出现要比TCP/IP协议出现的晚，没有得到普遍的认可。

③ISO组织在设计OSI/RM模型的时候，对可能会出现的情况没有做到提前判断和提前预计，造成了模型和协议规范不完全匹配的情况出现。

（2）TCP/IP模型在现实中得到了广泛的应用，TCP/IP模型的优点：

①支持开放的各种规范和协议标准,并且协议对用户免费,可以在不同的计算机硬件与操作系统独立运行。

②独立于各种硬件系统,可运行在广域网，城域网，局域网。

③支持各项网络IP地址进行统一指派和分配，在同一个网段中，IP地址具备唯一性的特征。

④各层协议的统一标准化。但是存在明显的缺陷，比如网络接口层并不是一个实际意义的层，只是一个接口；没有具体区分服务、接口、协议的概念；在TCP/IP模型中没有明确区分数据链路层和物理层。因此，TCP/IP模型还存在很大的缺陷。

总结：折中的参考模型方案。

综合OSI模型和TCP/IP模型的优缺点：OSI模型体系结构复杂而且不实用，但层次结构分明，TCP/IP协议得到了广泛的应用但体系结构并不完整，在现实的计算机网络体系结构中，我们采取的是折中的方案，吸取不同体系结构的优点，设计了一种具有五层协议的西体结构，层次结构分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。这五个层次的体系结构能较好的实现网络上的各项功能，成为现在普遍通用的体系结构。

五层的体系结构既简洁又能将每层的功能。为了方便描述，有时把最底下两层物理层（Physical layer）和数据链路层（Data link layer）统称为网络接口层（Network interface layer）。在五层的网络体系结构中数据链路层负责分配物理地址，两个端到端的相邻节点之间传送比特流时，数据链路层（Data link layer）将网络层（Net layer）传送下来的因特网协议数据报组装成帧（Frame），从端到端的两个相邻的数据链路上传送帧（Frame）。每一帧(Frame)包括传送的比特流数据和相关的控制信息。物理层包括网卡接口的网络驱动程序，处理数据在物理媒介上的传输；不同的物理网络具有电气特性，为上层协议提供一致接口。物理层所传数据单位是比特(Byte)。物理层主要研究在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流的能力。

4 各层对应的工作设备

物理层：中继器、集线器。

数据链路层：网桥或交换机。

网络层中继系统：路由器。

网络层以上的中继系统：网关。