计算机网络的体系结构

时间：2022-10-12 20:14:46 计算机等级我要投稿

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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。下面是小编整理的关于计算机网络的体系结构，希望大家认真阅读!

　　计算机网络的体系结构

　　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。

　　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。

　　计算机网络入门知识

　　一、计算机网络基础

　　对“计算机网络”这个概念的理解和定义，随着计算机网络本身的发展，人们提出了各种不同的观点。

　　早期的计算机系统是高度集中的，所有的设备安装在单独的大房间中，后来出现了批处理和分时系统，分时系统所连接的多个终端必须紧接着主计算机。50年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了第一代计算机网络。

　　第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机定票系统。

　　终端：一台计算机的外部设备包括CRT控制器和键盘，无GPU内存。

　　随着远程终端的增多，在主机前增加了前端机FEP当时，人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或近一步达到资源共享的系统”，但这样的通信系统己具备了通信的雏形。

　　第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务，兴起于60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPAnet。

　　主机之间不是直接用线路相连，而是接口报文处理机IMP转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，组成了资源子网。

　　两个主机间通信时对传送信息内容的理解，信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵守一个共同的约定，称为协议。

　　在ARPA网中，将协议按功能分成了若干层次，如何分层，以及各层中具体采用的协议的总和，称为网络体系结构，体系结构是个抽象的概念，其具体实现是通过特定的硬件和软件来完成的。

　　70年代至80年代中第二代网络得到迅猛的发展。

　　第二代网络以通信子网为中心。这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，形成了计算机网络的基本概念。

　　第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。

　　IS0在1984年颁布了0SI/RM，该模型分为七个层次，也称为0SI七层模型，公认为新一代计算机网络体系结构的基础。为普及局域网奠定了基础。

　　70年代后，由于大规模集成电路出现，局域网由于投资少，方便灵活而得到了广泛的应用和迅猛的发展，与广域网相比有共性，如分层的体系结构，又有不同的特性，如局域网为节省费用而不采用存储转发的方式，而是由单个的广播信道来连结网上计算机。

　　第四代计算机网络从80年代末开始，局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，多媒体，智能网络，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。

　　计算机网络：将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。

　　从定义中看出涉及到三个方面的问题：

　　(1)至少两台计算机互联。

　　(2)通信设备与线路介质。

　　(3)网络软件，通信协议和NOS

　　二、计算机网络的分类

　　用于计算机网络分类的标准很多，如拓扑结构，应用协议等。但是这些标准只能反映网络某方面的特征，最能反映网络技术本质特征的分类标准是分布距离，按分布距离分为LAN，MAN，WAN，Internet。

　　1.局域网

　　几米——10公里。小型机，微机大量推广后发展起来的，配置容易，速率高，4Mbps～2GbpS。位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层。

　　2.都市网

　　10公里——100公里。对一个城市的LAN互联，采用IEEE802.6标准，50Kbps～l00Kbps，位于一座城市中。

　　3.广域网

　　也称为远程网，几百公里——几千公里。发展较早，租用专线，通过IMP和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题，速率为9.6Kbps～45Mbps 如：邮电部的CHINANET，CHINAPAC，和CHINADDN网。

　　4.互联网

　　并不是一种具体的网络技术，它是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。

　　三、局域网的特征

　　局域网分布范围小，投资少，配置简单等，具有如下特征：

　　(1)传输速率高：一般为1Mbps--20Mbps，光纤高速网可达100Mbps，1000MbpS

　　(2)支持传输介质种类多。

　　(3)通信处理一般由网卡完成。

　　(4)传输质量好，误码率低。

　　(5)有规则的拓扑结构。

　　四、局域网的组成

　　局域网一般由服务器、工作站、网卡和传输介质四部分组成。

　　1.服务器

　　运行网络0S，提供硬盘、文件数据及打印机共享等服务功能，是网络控制的核心。

　　从应用来说较高配置的普通486以上的兼容机都可以用于文件服务器，但从提高网络的整体性能，尤其是从网络的系统稳定性来说，还是选用专用服务器为宜。

　　目前常见的NOS主要有Netware，Unix和Windows NT三种。

　　(1)Netware：

　　流行版本V3.12，V4.11，V5.0，对硬件要求低，应用环境与DOS相似，技术完善，可靠，支持多种工作站和协议，适于局域网操作系统，作为文件服务器，打印服务器性能好。

　　(2)Unix：

　　一种典型的32位多用户的NOS，主要应用于超级小型机，大型机上，目前常用版本有Unix SUR4.0。支持网络文件系统服务，提供数据等应用，功能强大，不易掌握，命令复杂，由AT&T和SCO公司推出。

　　(3)Windows NT Server 4.0：

　　一种面向分布式图形应用程序的完整平台系统，界面与Win95相似，易于安装和管理，且集成了Internet网络管理工具，前景广阔。

　　服务器分为文件服务器，打印服务器，数据库服务器，在Internet网上，还有Web，FTP，E-mail等服务器。

　　网络0S朝着能支持多种通信协议，多种网卡和工作站的方向发展。

　　2.工作站

　　可以有自己的0S，独立工作;通过运行工作站网络软件，访问Server共享资源，常见有DOS工作站，Windows 95工作站。

　　3.网卡

　　将工作站式服务器连到网络上，实现资源共享和相互通信，数据转换和电信号匹配。

　　网卡(NTC)的分类：

　　(1)速率：10Mbps，100Mbps

　　(2)总线类型：ISA/PCI

　　(3)传输介质接口：

　　单口：BNC(细缆)或RJ-45(双绞线)。(^60090922b^2)

　　4.传输介质

　　目前常用的传输介质有双绞线，同轴电缆，光纤等。

　　(1)双绞线(TP)：

　　将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低干扰，每对相互扭绕而成。分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。局域网中UTP分为3类，4类，5类和超5类四种。

　　以AMP公司为例：

　　3类：10Mbps，皮薄，皮上注“cat3”，箱上注“3类”，305米/箱，400元/箱。

　　4类：网络中用的不多。

　　5类：(超5类)100Mbps，10Mbps，皮厚，匝密，皮上注“cat5”，箱上注5类，305米/箱，600—700元/箱(每段100米，接4个中继器，最大500米)。

　　接线顺序：

　　正常：白桔桔白绿蓝白蓝绿白棕棕

　　(对应) 1 2 3 4 5 6 7 8

　　集联：白绿绿白桔棕白棕桔白蓝蓝

　　(对应) 1 2 3 4 5 6 7 8

　　STP：内部与UTP相同，外包铝箔，Apple，IBM公司网络产品要求使用STP双绞线，速率高，价格贵。

　　(2)同轴电缆：

　　由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，两导体间用绝缘材料隔开。

　　按直径分为粗缆和细缆。

　　粗缆：传输距离长，性能高但成本高，使用于大型局域网干线，连接时两端需终接器。

　　A.粗缆与外部收发器相连。

　　B.收发器与网卡之间用AUI电缆相连。

　　C.网卡必须有AUI接口：每段500米，100个用户，4个中继器可达2500米，收发器之间最小2.5米，收发器电缆最大50米。

　　细缆：传输距离短，相对便宜，用T型头，与BNC网卡相连，两端安50欧终端电阻。

　　每段185米，4个中继器，最大925米，每段30个用户，T型头之间最小0.5米。按传输频带分为基带和宽带传输。

　　基带：数字信号，信号占整个信道，同一时间内能传送一种信号。

　　宽带：传送的是不同频率的信号。

　　(3)光纤：

　　应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。分为单模光纤和多模光纤。绝缘保密性好。

　　单模光纤：由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离长，2公里以上。

　　多模光纤：由二极管发光，低速短距离，2公里以内。

　　五、局域网的几种工作模式

　　1.专用服务器结构(Server-Baseb)

　　又称为“工作站/文件服务器”结构，由若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件，共享存储设备。

　　文件服务器自然以共享磁盘文件为主要目的。对于一般的数据传递来说已经够用了，但是当数据库系统和其他复杂而被不断增加的用户使用的应用系统到来的时候，服务器已经不能承担这样的任务了，因为随着用户的增多，为每个用户服务的程序也增多，每个程序都是独立运行的大文件，给用户感觉极慢，因此产生了客户机/服务器模式。

　　2.客户机/服务器模式(client/server)

　　其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器，而将其他的应用处理工作分散到网络中其他微机上去做，构成分布式的处理系统，服务器控制管理数据的能力己由文件管理方式上升为数据库管理方式，因此，C/S由的服务器也称为数据库服务器，注重于数据定义及存取安全后备及还原，并发控制及事务管理，执行诸如选择检索和索引排序等数据库管理功能，它有足够的能力做到把通过其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机去，减轻了网络的传输负荷。C/S结构是数据库技术的发展和普遍应用与局域网技术发展相结合的结果。

　　3.对等式网络(Peer-to-Peer)

　　在拓扑结构上与专用Server与C/S相同。在对等式网络结构中，没有专用服务器每一个工作站既可以起客户机作用也可以起服务器作用。

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