计算机网络 —— 总纲

层次划分

(1)应用层(application layer)

应用层是体系结构中的最高层。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。这里的进程(process)就是指主机中正在运行的程序。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。在因特网中的应用层协议很多，如支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议，等等。应用层交互的数据单元称为报文(message)。

(2) 运输层(transport layer)

运输层的任务就是负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。由于一台主机可同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务，分用与复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
运输层主要使用以下两种协议：
● 传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)——提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段(segment)。
● 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)——提供无连接的、尽最大努力(best-effort)的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报

(3）网络层(network layer)

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包(packet)进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫作 IP数据报，或简称为数据报(datagram)。本书把“分组”和“数据报”作为同义词使用。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。因特网是一个很大的互联网，它由大量的异构(heterogeneous)网络通过路由器(router)相互连接起来。因特网主要的网络层协议是无连接的网际协议IP (Internet Protocol)和许多种路由选择协议，因此因特网的网络层也叫做网际层或IP层。

(4)数据链路层(data link layer)

数据链路层常简称为链路层，两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧（framing），在两个相邻结点间的链路上传送帧（frame）。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）。

(5)物理层(physical layer)

在物理层上所传数据的单位是比特。发送方发送1（或0）时，接收方应当收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。当然，解释比特代表的意思，就不是物理层的任务。传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下面。因此也有人把物理媒体当作第0层。

把数据（即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方。这就是所谓的“对等层”(peer layers)之间的通信。我们以前经常提到的各层协议，实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

● 计算机网络最常用的性能指标是：速率、带宽、吞吐量、时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）、时延带宽积、往返时间和信道（或网络）利用率。
● 网络协议即协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则。计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。
● 五层协议的体系结构由应用层、运输层、网络层（或网际层）、数据链路层和物理层组成。运输层最重要的协议是传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP，而网络层最重要的协议是网际协议IP。

概述

重点内容为：

互联网边缘部分和核心部分的作用，其中包含分组交换的概念。
计算机网路的性能指标
计算机网络分层次的体系结构，包含协议和服务的概念。

计算机网路在信息时代中的作用

首先，，21世纪一些特征是数字化、网络化和信息化，是一个以网络为核心的信息时代(虽然有许多问题需要去解决但是互联网确实给信息的传递带来了方便)。三大网络电信网络，有限电视网络和计算机网络。电信网络提供电话、电报以及传真等服务。有线电视网络向用户传输各种电视节目；计算机网络则使用户能够在计算机之间传输数据文件。但是随着技术的发展，电信网络和有线电视网络都逐渐融入了现代计算机网络的技术、扩大原有的服务范围。而计算机网络同样也能够提供电话通信、视频通信以及传输视频节目的作用。

Internet的中文译文有两种：第一种：因特网。第二种：互联网。 Internet的特点之一就是由数量极大的各种计算机网络互联起来的（连通性：互联网使上网用户无视距离的情况下，方便的，经济的交换各种信息（数据，音频，视频）），另外一个是共享，是指资源共享，资源共享包括但不限于信息共享，硬件共享。。

互联网概述

网络中的网络

计算机网络（简称网络）由若干个节点（node）和链接的链路（link）组成。网络中的节点（node）可以是由计算机、集线器、交换机或路由器等硬件。网络={计算机，节点，链路}

互联网，有多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成一个范围更大的计算机网络，这样的网络称为互联网（internetwork 或 internet 。因此互联网是“网络中的网络（network if networks）” 网络中的网络 = 互联网 = {网络，路由器，链路}

网络中把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过一些路由器连接在一起，与网络相连的计算机常称为主机（host）

问题：怎么理解网络中的网络？

网络有三要素：计算机、节点（如计算机、集线器、交换机h或路由器）和链路组成。网络中的网络是把许多网络连接起来，因此，网络中的网络也有三要素，即网络，节点（路由器）和链路。所以，网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起。

问题：为什么要区分小写的i的internet和大写的I的Internet
以小写字母i开始的internet（互连网）是一个通用名词，，泛指由多个计算机网络互联而成的网络。在这些网络之间的通信协议是任意的。
以大写字母I开始的Internet（互联网）则是一个专有名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定的计算机网络，它采用TCP/IP协议组作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

问题： Internet是否可以译为国际互联网？
不太准确，因为互联网本身就是国际性的，没有必要重复。

问题：为什么internet有两种译名“互联网”和“互连网”？
互连网表示通用名词internet，互联网表示专有名词Internet。

问题：名词node应当译为“节点”好还是“结点”？
尽管有许多专家提出：，对于网络，应当使用准确的译名“结点”，但是，目前国内的教材和文献中，绝大多数使用的是不大准确的译名”节点”。为此，现在采用“节点”而不是“结点”。

问题： “主机”和“计算机”一样不一样？
主机（host）就是计算机（computer），因此，主机和计算机应当是一样的意思。

互联网基础结构发展的三个阶段

第一个阶段是从单个网络（ARPANET）向互连网发展的过程。1983年TCP/IP协议成为了ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互联网相互进行通信，因此1983年作为互联网诞生时间。1990年ARPANET正式宣布关闭，因为它的实验任务已经完成。

第二个阶段的特点时建成了三级结构的互联网，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）

第三阶段的特点是逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网。从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被商用的互联网主干网替代。这样就出现了一个新的名词：互联网服务提供者ISP（Internet Service Provider，又译为互联网服务提供商）中国的ISP例如，中国电信、中国联通和中国移动。根据提供服务的覆盖范围的面积大小以及拥有的IP数目的不同，ISP可以分为不同的层次：主干ISP、地区ISP和本地ISP。

图中的互联网交换点IXP的主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。IXP的作用减少了分组转发的迟延时间，降低了分组转发的费用。典型的IXP由一个或多个网络交换机组成，许多ISP再连接到这些网络交换机相关的端口上。目前根据[ W-PCH ] 2020年8月的统计，全球一共有1064个IXP，我国拥有32个。

互联网已经成为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络，互联网的迅猛发展开始与20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW（Worid Wide Web ）被广泛应用再互联网上，大大方便了广大网络专业人员的使用。在2005年互联网的用户数超过了10亿，在2010年超过了20亿，在2014年已经接近30亿，到2019年3月底，互联网的用户数已经超过了43.8亿。

互联网的标准化工作

互联网的标准化对互联网的发展起到了非常重要的作用。 1992年由于互联网不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性的组织叫做互联网协会（Internet Society）简称为ISOC [ W-ISOC ] IOSC下面由一个技术组织叫做互联网体系结构委员会 IAB （Internet Architecture Board） 负责互联网有关协议的开发。 IAB下面又有两个工程部：（1）**互联网工程部IETF **
（2） 互联网研究部IRTF （Internet Researcher Task Force ） 互联网的协议是由RFC的形式在互联网上发表的。RFC（Request For Comments）请求评论。需要注意的是并非所有的RFC都是互联网标准。只有很少的RFC文档最后才能变为互联网标准。

制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段
（1）互联网草案（Internet Draft ） ——互联网草案的有效期只有6个月。在这个阶段还不能算是RFC文档。
（2）建议标准（Proposed Standard ） —— 从这个阶段开始成为RFC文档
（3）互联网标准(Internet Standard ) —— 经过长期的检验，证明了某个建议标准可以成为互联网标准时，分配有关标准编号，记为STDxx。一个互联网标准可以和多个RFC文档关联。

互联网的组成

互联网的拓扑结构虽然非常复杂，但是从其工作方式上看，可以划分为以下两大块：
(1) 边缘部分，由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传输数据、音频或视频）和资源共享。
（2）核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）

互联网的边缘部分

处在互联网边缘部分就是连接在互联网上的所有主机。这些主机又被称为端系统（end system ），端就是末端的意思，包含小的端系统普通的个人电脑（笔记本电脑或平板电脑），大的端系统可以是一台大型服务器。A主机和B主机进行通信指的是“运行在A主机上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信。”也就是说“主机A的某个进程和主机B的另外一个进程进行通信” 严格点的说法就是“计算机互相通信”。

在网络边缘的端系统之间的通信方式可以划分为两大类：客户-服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）、

客户-服务器方法：这种方法是互联网上最常用的，也是最传统的方式。客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用程序。客服-服务器方式描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
客户程序：（1），在被用户调用后，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。（2）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
服务器程序：（1）一种专门用于提供某种服务的程序，可以同时处理多个远地或本地客户的请求。（2）系统启动后需要一致不断运行着，被动的等待并接受来自各地的客户的请求通信，因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。（3）一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持，。
这里需要说明一下，客户和服务器本来都是指的是计算机进程（软件）。使用计算机的人是“用户（user）”而不是“客户（client）” 。
对等连接方式（P2P）：对等连接（peer-to-peer）简写P2P。实际上，对等连接方式从本质上看仍然是使用客户-服务器方式，只是对等连接指的每一台主机既是客户同时又是服务器。对等连接的方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。

互联网的核心部分

网络核心部分是互联网指最复杂的部分，在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router），他是一种专用计算机（不叫主机）路由器是实现分组交换（packet switching）的关键部件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

电路交换的基本概念：必须经过“建立连接（占用通信资源）—— 通话（一直建立通信资源）—— 释放连接（归还通信资源）” 三个步骤的交换方式称为电路交换。电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。但是当使用电路交换来传输计算机数据时，其线路传输效率往往很低。这是因为计算机数据是突发式的出现在传输线路上的，因此线路上真正用来传输数据的时间往往不到10%甚至1%。所以后面引出了分组交换的概念。

分组交换的主要特点：分组交换采用存储转发技术。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文（message),在发送报文之前，先把较长的报文划分为一个更小的等长数据段，例如每个数据段为1024bit，在每个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的首部（header）后就构成了一个分组（packet）。分组又称为包，而分组的首部也可以称为“包头”分组是在互联网中传输的数据单元。分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息每一个分组才能在互联网中独立的选择传输路径，并正确的交付到分组传输的终点。

位于网络边缘部分的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机。但是他们的作用却很不一样。主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器则用来转发分组，即进行分组交换。路由器收到分组，先暂时存储一下（短分组是暂存在路由器的存储器中（内存）而不是存储在磁盘中。这样就保证了较高的交换效率），检查其首部，查找转发表按照首部中的目的地址，找到合适的转发接口出去，把分组交给下一个路由器。
分组交换在传输数据之前不必先占用一条端到端的通信资源。分株在那段链路上传输才占用哪段链路的通信资源。分组在传输时就这样逐渐的占用通信资源，而且还省去了建立连接和释放连接的开销，因而数据的传输效率更高。
分组交换的优点
但是分组交换在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。此外，由于分组交换不像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源，因而无法确保通信时端到端所需的带宽。另一个问题时各分组必须携带的控制信息也造成了一定程度的开销（overhead）。整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。

电路交换 —— 整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传输
报文交换 —— 整个报文先传送到相邻节点，全部存储醒来后查找转发表，转发到下一个节点
分组交换 —— 单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。

三种交换的比较，电路交换、报文交换、分组交换

计算机网络在我国的发展

我国最早建立专用计算机广域网的是铁道部，铁道部在1980年开始计算机联网实验。（1983年是互联网的诞生时间）我国于1994年4月20日用64kbit/s专线正式接入互联网，从此我国在国际撒谎给你正式成为接入互联网的国家。到目前为止，我国陆续建造了基于互联网技术并能够和互联网互联的多个全国范围的公用计算机网路，其中最大的5个为：
（1）中国电信互联网CHINANET（也就是原来的中国公用计算机互联网）
（2）中国联通互联网NUINET
（3）中国移动互联网CMNET
（4）中国教育和科研计算机我CERNET
（5）中国科学技术网CSTNET
中国互联网络信息中心CNNIC（china Network Information Center）每年两次公布我国互联网的发展情况。

计算机网络的类别

计算机网络的定义：按照较好的定义来讲，，，计算机网络主要是由一些通用的，可编程的硬件互连成的，，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能够支持广泛的和日益增长的应用。
几种不同类别的计算机网络（计算机网络由多种类别）

按照网络的作用范围进行分类。（1）广域网（Wide Area Network）广域网的作用范围通常为几十到几千公里，因而有时也可以称为**远程网（long haul network）。广域网是互联网的核心部分，任务是长距离的运送主机所发送的数据。连接广域网各个节点交换机的链路一般都是高速链路，具有较大的通信容量。（2）城域网 MAN （Metropolitan Area Network）城域网的作用范围一般是一个城市，作用范围一般为5~50km。城域网可以为一个或几个单位所拥有，也可以是一种公用设施，用来讲多个局域网互连。（3）局域网 LAN （Local Area Network）局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连，范围一般为1KM左右，学校或企业大都拥有许多个互连的局域网（这样的网络常被称为校园网或企业网）。（4）个人区域网PAN （Personal Area Network）个人区域网就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备使用无限技术来连接起来的网络，因此又常称为无限个人局域网WPAN （Wireless PAN）。
按照网络的使用者分类（1）公用网（public network ）指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。“公用”的意思就是所有愿意按电信公司的规定缴纳费用的人都可以使用这种网络。（2）专用网（private network ）为某个部门满足本单位的特殊工作的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的单位提供服务。例如，军队，铁路，银行，电力等系统。
用来把用户接入到互联网的网络，这种网络就是接入网（Access Network）它又称为本地接入网或居民接入网。这是一类比较特殊的计算机网络。接入网是将上就是本地ISP所拥有的网络，它既不是互联网的核心部分，也不是互联网的边缘本办法。接入网由某个端系统连接到本地ISP的第一个路由器（也称为边缘路由器）逐渐的一些网络链路所组成

几种不同类别的计算机网络

计算机网络的性能

计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标
（1）速率，网络技术中的速率指的是数据的传输速率，，它也称为数据率（data rate ）或比特率。比特（bit）意思是一个“二进制数字” 比特也是信息论中使用信息量的单位。 4 x 10^10bit/s的数据率就记为40 Gbit/s 。需要注意的是当提到网络的速率时，，往往指的时额定速率或标称速率而非网络实际上运行的速率。
（2）带宽带宽的含义有两种。第一种（频域称谓）：带宽本来是指某个信号具有的频率宽度。例如传统的通信线路上传输的电话信号的带宽是3.1 KHz（从300 Hz 到 3.4 kHz）。表示某信道允许通过的信号频带的信号频带范围就称为该信道的带宽（或通频宽）第二种（时域称谓）：带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”。这种意义的带宽的单位就是数据率的单位bit/s，是“比特每秒”
（3）吞吐量，表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。例如，对于一个1Gbit/s的以太网，对1Gbit/s 的以太网，，其实际的吞吐量可能只有100Mbit/s,甚至更低，并没有达到其额定速率。
（4）时延指数据（一个报文或分组，，甚至比特）从网络（或链路）的一端传输到另一端所需要的时间。有时又称为延迟或迟延。需要注意的是网络中的时延是由以下不同的部分组成的（一共有4种时延总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延）： 1. 发送时延发送时延(transmission delay)是主机或路由器发送数据帧所需要的时间（发送时延发生在机器的内部的发送器中）。 2.传播时延传播时延(propagation delay)是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间(传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上)。 3. 处理时延主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，例如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等等，这就产生了处理时延。 4. 排队时延分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和 .
（5）时延带宽积：传播时延 x 带宽链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
（6）往返时间RTT：往返时间RTT (Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标，它表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方收到数据后便立即发送确认），总共经历的时间。
（7）利用率：利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。

计算机网络的非性能指标

计算机网络的非性能指标
（1）费用：网络的价格（包括设计和实现的费用）总是必须考虑的，因为网络的性能与其价格密切相关。一般说来，网络的速率越高，其价格也越高。
（2）质量 :网络的质量取决于网络中所有构件的质量，以及这些构件是怎样组成网络的。网络的质量影响到很多方面，如网络的可靠性、网络管理的简易性，以及网络的一些性能。但网络的性能与网络的质量并不是一回事。例如，有些性能也还可以的网络，运行一段时间后就出现了故障，变得无法再继续工作，说明其质量不好。高质量的网络往往价格也较高。
（3）标准化：网络的硬件和软件的设计既可以按照通用的国际标准，也可以遵循特定的专用网络标准。最好采用国际标准的设计，这样可以得到更好的互操作性，更易于升级换代和维修，也更容易得到技术上的支持。
（4）可靠性：络的硬件和软件的设计既可以按照通用的国际标准，也可以遵循特定的专用网络标准。最好采用国际标准的设计，这样可以得到更好的互操作性，更易于升级换代和维修，也更容易得到技术上的支持。
（5）可扩展性和可升级性：在构造网络时就应当考虑到今后可能会需要扩展（即规模扩大）和升级（即性能和版本的提高）。网络的性能越高，其扩展费用往往也越高，难度也会相应增加。
（6）.易于管理和维护：网络如果没有良好的管理和维护，就很难达到和保持所设计的性能。

计算机网络体系结构

计算机网络体系的形成

首先为了解释计算机网络，让我们来想一个最简单的网络体系：连接在网络上的两台计算机要互相传送文件。
这两台计算机之间必须有一条传送数据的通路。但这还远远不够，至少还有以下几项工作需要去完成：(1) 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活(activate)。所谓“激活”就是要发出一些信令，保证要传送的计算机数据能在这条通路上正确发送和接收。(2) 要告诉网络如何识别接收数据的计算机。(3) 发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已开机，并且与网络连接正常。(4) 发起通信的计算机中的应用程序必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好接收文件和存储文件的准备工作。(5) 若计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一台计算机应完成格式转换功能。(6) 对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个结点交换机出故障等，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。
相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。为了设计这样复杂的计算机网络，早在最初的ARPANET设计时即提出了分层的方法。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。

1974年 IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）这个网络结构就是按照分层的方法制定的。不久后，其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构。不同的网络体系结构出现后，使用同一个公司生产的各种设备都能够很容易地互连成网。如果购买了其他公司的产品，那么由于网络体系结构的不同，就很难互相连通。

基于上述原因，为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model)，简称为OSI。在1983年形成了开放系统互连基本参考模型的正式文件，即著名的ISO7498国际标准，也就是所谓的七层协议的体系结构。

在20世纪80年代，许多大公司甚至一些国家的政府机构纷纷表示支持OSI。当时看来似乎在不久的将来全世界一定会按照OSI制定的标准来构造自己的计算机网络。然而到了20世纪90年代初期，虽然整套的OSI国际标准都已经制定出来了，但由于因特网已抢先在全世界覆盖了相当大的范围，而与此同时却几乎找不到有什么厂家生产出符合OSI标准的商用产品。

所以现在的情况是，得到最广泛应用的不是法律上的国际标准 OSI，而是非国际标准TCP/IP。TCP/IP就常被称为是事实上的国际标准

协议与划分层次

在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。这里所说的同步不是狭义的（即同频或同频同相）而是广义的，即在一定的条件下应当发生什么事件（如发送一个应答信息），因而同步含有时序的意思。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议(network protocol)。网络协议也可简称为协议。更进一步讲，网络协议主要由以下三个要素组成：
(1) 语法，即数据与控制信息的结构或格式；
(2) 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；
(3) 同步，即事件实现顺序的详细说明。

协议通常有两种不同的形式，一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述，另一种是使用让计算机能够理解的程序代码。这两种不同形式的协议，都必须能够对网络上信息交换过程做出精确的解释

分层可以带来很多好处。如：
(1) 各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口（即界面）所提供的服务。
(2) 灵活性好。当任何一层发生变化时（例如由于技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。此外，对某一层提供的服务还可进行修改。当某层提供的服务不再需要时，也可以将这层取消。
(3) 结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。
(4) 易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。
(5) 能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。

计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构(architecture)。换种说法，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义[ GREE82 ]。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

具有五层协议的体系结构

OSI的七层协议体系结构（图1-18(a)）的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。TCP/IP体系结构则不同，它现在已经得到了非常广泛的应用。TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层（用网际层这个名字是强调这一层是为了解决不同网络的互连问题）。但是从本质上来讲，TCP/IP只有最上面的三层，因为最下面的网络接口层基本上和一般的通信链路在功能上没有多大差别，因此在学习计算机网络的原理时往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。

实体、协议、服务和服务访问点

当研究开放系统中的信息交换时，往往使用实体(entity)这一较为抽象的名词表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。

协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。而协议在语义方面的规则就定义了发送者或接收者所要完成的操作，在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。计算机网络的协议还有一个很重要的特点，就是协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。

协议和服务在概念上是不一样的。协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才能称之为“服务”。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。

在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点 SAP (ServiceAccess Point)。服务访问点SAP是一个抽象的概念，它实际上就是一个逻辑接口，有点像邮政信箱（可以把邮件放入信箱和从信箱中取走邮件），但这种层间接口和两个设备之间的硬件接口（并行的或串行的）并不一样。在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点 SAP (ServiceAccess Point)。服务访问点SAP是一个抽象的概念，它实际上就是一个逻辑接口，有点像邮政信箱（可以把邮件放入信箱和从信箱中取走邮件），但这种层间接口和两个设备之间的硬件接口（并行的或串行的）并不一样。OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU (Service Data Unit)，它可以与协议数据单元PDU不一样。例如，可以是多个SDU合成为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU。