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前言

文章可作为学习计算机网络体系结构的笔记，框架和主要内容来源于B站UP主-湖科大教书匠的视频系列：深入浅出计算机网络 - 1.6.1 常见的三种计算机网络体系结构，小编进行了整理并对一些内容进行了补充和注释，非商用，如有侵权，必删改！文末附上源视频链接。

一、常见的三种网络体系结构

在网络领域，常见的三种网络体系结构为OSI（开放系统互连）参考模型、TCP/IP（传输控制协议/因特网协议）参考模型以及混合网络体系结构，以下展开介绍：

OSI参考模型

• 概述：由国际标准化组织（ISO）提出，是一个理论上的、理想的网络通信模型，它将网络通信过程划分为七个层次，每一层都有明确的功能和职责，且各层之间相互独立，通过接口进行通信。
• 层次及功能
  • 物理层：负责在物理介质上传输原始的比特流，定义了网络的物理特性，如电缆类型、接口标准、信号电平等。就像运输货物的道路和车辆，只关心如何把货物从一个地方运到另一个地方，不关心货物是什么。
  • 数据链路层：将物理层接收到的比特流组织成帧（Frame），并进行差错检测和纠正，确保相邻节点之间可靠的数据传输。它类似于货物运输中的装卸团队，负责将货物打包成合适的单元，并在运输过程中检查货物是否完好。
  • 网络层：主要负责数据包的路由选择和转发，将数据包从源主机传输到目标主机，即使它们位于不同的网络中。这就像物流公司的调度中心，根据货物的目的地和交通状况，选择最佳的运输路线。
  • 传输层：提供端到端的可靠数据传输服务，确保数据能够准确无误地从发送方传输到接收方。它通过流量控制、拥塞控制和差错恢复等机制，保证数据传输的质量。类似于快递服务中的客服团队，负责跟踪货物的运输状态，及时处理运输过程中出现的问题。
  • 会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话连接，协调不同应用程序之间的通信。它允许不同主机上的应用程序进行交互，例如在视频会议中，会话层负责建立和维护参与者之间的通信会话。
  • 表示层：处理数据的表示形式，如数据的加密、解密、压缩、解压缩以及数据格式的转换等。它确保发送方和接收方能够理解彼此的数据格式，就像翻译人员一样，将不同语言的信息进行转换。
  • 应用层：为用户提供各种网络应用服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。它是用户与网络交互的接口，用户通过应用层软件来访问网络资源。

TCP/IP参考模型

• 概述：是互联网实际使用的网络体系结构，由美国国防部高级研究计划局（ARPA）开发，它起源于ARPANET项目，经过多年的发展和完善，成为了互联网的标准协议体系。
• 层次及功能
  • 网络接口层：负责将IP数据包封装成适合在物理网络上传输的帧，并通过物理网络进行传输。它与OSI模型的物理层和数据链路层相对应，处理与物理网络相关的细节，如以太网、Wi-Fi等网络接口的驱动和数据传输。
  • 网际层：主要协议是IP（互联网协议），负责将数据包从源主机传输到目标主机，进行路由选择和分组转发。它类似于OSI模型中的网络层，但功能相对简单，不保证数据传输的可靠性。
  • 运输层：提供端到端的通信服务，主要有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）两种协议。TCP提供可靠的、面向连接的传输服务，确保数据能够准确无误地到达目的地；UDP则提供不可靠的、无连接的传输服务，适用于对实时性要求较高但允许一定数据丢失的应用，如视频直播、在线游戏等。
  • 应用层：包含各种应用层协议，如HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）等，为用户提供具体的网络应用服务。这些协议定义了应用程序之间通信的规则和格式。

混合网络体系结构

• 概述：在实际的网络应用中，很少有网络完全严格遵循OSI或TCP/IP参考模型，通常是两种模型的混合体。这种混合体系结构结合了两种模型的优点，以满足不同网络环境和应用需求。
• 特点
  • 灵活性：可以根据实际需求选择合适的协议和层次结构，灵活地构建网络。例如，在一些企业网络中，可能会采用TCP/IP协议栈作为基础，但在某些特定的应用场景下，引入OSI模型中某些层次的功能，如加强数据链路层的安全性。
  • 兼容性：能够兼容不同厂商的网络设备和软件，促进网络技术的发展和互操作性。许多网络设备制造商在设计产品时，会同时考虑OSI和TCP/IP模型的要求，确保其产品能够在各种网络环境中正常运行。
  • 性能优化：通过对不同层次的功能进行优化和整合，提高网络的性能和效率。例如，在网络拥塞控制方面，可以综合利用传输层和网络层的机制，实现更有效的流量管理和资源分配。

注：原理参考模型

         TCP/IP体系结构为了将不同的网络接口进行互联，其网络接口层并没有规定什么具体内容，然而这对于我们学习计算机网络的完整体系而言就会缺少一部分内容，因此在学习计算机网络原理时往往采取折衷的办法，也就是综合OSI参考模型和TCP/IP参考模型的优点，采用一种原理参考模型。原理参考模型是一个5层协议的体系结构，自下而上依次是物理层、数据链路层、网络层、运输层以及应用层。很显然5层协议的原理体系结构TCP/IP体系结构的网络接口层又重新划分为了数据链路层和物理层，更有利于我们对计算机网络原理的学习。

二、TCP/IP协议 

       TCP/IP协议是互联网的核心协议，大多数局域网和广域网都使用TCP/IP协议作为标准协议，以实现设备之间的通信和数据传输，几乎所有的互联网设备都支持TCP/IP协议，它已成为事实上的国际标准和工业标准。然而，这并不意味着所有网络设备都仅依赖TCP/IP协议。

在特定场景下，存在使用非TCP/IP协议的情况：

1. 传统/专用网络：工业控制系统可能使用Modbus、CAN总线等协议；蓝牙早期版本使用非IP协议；部分物联网设备采用CoAP、MQTT协议（虽基于TCP/IP，但并非所有设备均依赖）。
2. 局域网特定协议：局域网内设备可能依赖ARP等非TCP/IP协议实现特定功能。
3. 协议组合应用：DNS在某些情况下使用TCP发送和接收域名数据库，但使用UDP传送有关单个主机的信息

 我们一般认为路由器的网络体系结构中最高层为网际层.

TCP/IP体系结构的网络接口层并没有规定什么具体的内容，这样做的目的是可以互联全世界各种不同的网络接口，比如有线的以太网接口、无线局域网的WiFi接口，而不限定仅使用一种或几种网络接口，因此TCP/IP体系结构在本质上只有上面的三层网际协议。

      网际协议IP是TCP/IP体系结构网际层的核心协议传输控制协议，TCP和用户数据报协议UDP是TCP/IP体系结构运输层的两个重要协议。

      TCP/IP体系结构的应用层包含传送协议HTTP、简单邮件传送协议SMTP、域名系统DNS以及实时运输协议RTP等。 即便同学们是计算机网络的初学者对HTTP这个英文缩写词可能也不会陌生因为每当我们打开浏览器在地址栏输入网址时就会看到它。

       IP协议可以将不同的网络接口进行互联，并向其上的TCP协议和UDP协议提供网络互联服务。TCP协议在享受IP协议提供的网络互联服务的基础上，可向应用层的某些协议提供可靠传输的服务；UDP协议在享受IP协议提供的网络互联服务的基础上，可向应用层的某些协议提供可靠传输的服务。IP协议作为TCP/IP体系结构中的核心协议，一方面负责互联不同的网络接口，也就是IP over everything  ；另一方面为各种网络应用提供服务，也就是Everything over IP。

         由于TCP/IP体系结构中包含有大量的协议，而IP协议和TCP协议是其中非常重要的两个协议，因此用TCP和IP这两个协议来表示整个协议大家族，常称为TCP/IP协议族。顺便提一下,在嵌入式系统开发领域TCP/IP协议族，也常称为TCP/IP协议栈。这是因为TCP/IP协议体系的分层结构与数据结构中的栈在图形画法中是相似的。

三、OSI标准失败的原因

该处文章内容视频来源：

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总结

       以上就是今天要讲的内容，本文介绍了常见的三种网络体系结构为OSI（开放系统互连）参考模型、TCP/IP（传输控制协议/因特网协议）参考模型以及混合网络体系结构，并重点讲解了TCP/IP协议。