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計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)關(guān)注三方面內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如何分層、各層協(xié)議、層間接口。下面是小編整理的關(guān)于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，希望大家認(rèn)真閱讀!
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)
一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層思想
首先，你要對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有一個模糊的認(rèn)識---計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)�？纯茨汶娔X上有多少服務(wù)，那些服務(wù)有著各種協(xié)議，小白問度娘都不一定能弄懂�？上攵瑢τ谀切┯嬎銠C(jī)科學(xué)家(我覺得當(dāng)年應(yīng)該有很多玩通信的工程師吧，臆想而已。對這段歷史感興趣可以參考央視《互聯(lián)網(wǎng)時代》)來說，設(shè)計一種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該可能也是很難的，復(fù)雜度不是一般高啊。
可能你學(xué)沒學(xué)過匯編語言(Assembly Language)，那么請自行查資料。如果你學(xué)過匯編語言，不管學(xué)沒學(xué)好，從一開始接觸匯編語言你就會有感覺---這是什么鬼。然后隨著歷史的發(fā)展，在匯編語言的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，比如Fortran、Basic、C。這些結(jié)構(gòu)化編程語言有別于上一代的是書上說的出現(xiàn)了"函數(shù)"的概念，從此寫代碼有了質(zhì)的改變。自上而下，分而治之便是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的核心思想。
同樣，對于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來說也是這種思路。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以看成一個很大的面向過程程序。如果將所有的內(nèi)容都寫在一個main函數(shù)中，那么這個程序就太尷尬了，到最后都不知道在寫些什么了，大大加劇了程序設(shè)計的復(fù)雜度，以及后來程序維護(hù)的復(fù)雜度...等等問題。也就是說不采用分治思想的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)性差，設(shè)計復(fù)雜度高，網(wǎng)絡(luò)通信出錯可能性也陡增�；诖嗽�，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的"分層"思想誕生了。
"分層"思想，通俗將就是常說的"分而治之"。ARPANET設(shè)計時提出的"分層"方法可將龐大而復(fù)雜的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問題，轉(zhuǎn)化為若干個局部的問題，而這些局部問題可以通過研究逐一攻破，那么計算機(jī)之間通信就成為了可能。
二、OSI/RM模型和TCP/IP協(xié)議族的較量
1. OSI/RM
OSI/RM是英文Open System Interconnection Reference Model的縮寫，中文翻譯為"開放系統(tǒng)互聯(lián)基本參考模型"。在1983年，ISO發(fā)布正式文件后，也就有了現(xiàn)在所謂的七層協(xié)議的體系。
2. TCP/IP
TCP/IP并不是單一的協(xié)議，而是協(xié)議族。分為四層：應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層、網(wǎng)絡(luò)接口層。
OSI/RM和TCP/IP協(xié)議的PK中失敗了，究其原因，我認(rèn)為主要有如下幾點：
1)OSI/RM 模型各層協(xié)議之間有重復(fù)功能。這就像寫代碼的時候有重復(fù)的代碼，上頭就想抽你倆嘴巴子，錢這么好賺么→_→。
2)OSI/RM 模型層數(shù)太多。也就是要說要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，你需要的硬件以及軟件就相對會更多。而且數(shù)據(jù)傳來傳去多了，運行效率也會降低。
3)OSI/RM 那幫人可能是棒通信領(lǐng)域的專家，這玩意比TCP/IP在實現(xiàn)上得多花不少錢。
基于這些事實，TCP/IP成了非法律上國際標(biāo)準(zhǔn)的事實上國際標(biāo)準(zhǔn)。
三、采用分層體系網(wǎng)絡(luò)原因總結(jié)
1)并不是所有的設(shè)備都需要這么多層次。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備完成的任務(wù)不同，需要的功能也不同。除了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)邊緣部分的端系統(tǒng)需要所有層次協(xié)議，其余計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心部分部分則不需要這么多層次的協(xié)議。而且可以想象，多一層次就意味著多了部分硬件和軟件，成本就會增加。
2)每層設(shè)計實現(xiàn)相對獨立的功能，在層次設(shè)計(硬件和軟件設(shè)計)完成后，只需要提供向上的接口可供上層調(diào)用。這樣做的好處是就像編程中的函數(shù)模塊化設(shè)計，我們只要知道高手設(shè)計的庫函數(shù)的API就行了，不需要具體軟件開發(fā)再編寫同樣高質(zhì)量的代碼，從而服務(wù)了代碼搬運工。
3)模塊化協(xié)議層次大大的好啊。哪好了?雕版印刷術(shù)和活字印刷術(shù)的區(qū)別。如果某一層的技術(shù)發(fā)生變化后，只要層間接口不變，只要對某層提供的服務(wù)進(jìn)行修改(添加和修改)即可。你想，這可以省多少錢啊。就像你電腦顯示屏壞了，你總不可能去新買個電腦吧，差不多就這意思。
4)降低實現(xiàn)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)難度。如果那種服務(wù)不能使用了，那就查提供此種服務(wù)對應(yīng)的那層，而不需再從頭查起。
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)入門知識
一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)
對“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”這個概念的理解和定義，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身的發(fā)展，人們提出了各種不同的觀點。
早期的計算機(jī)系統(tǒng)是高度集中的，所有的設(shè)備安裝在單獨的大房間中，后來出現(xiàn)了批處理和分時系統(tǒng)，分時系統(tǒng)所連接的多個終端必須緊接著主計算機(jī)。50年代中后期，許多系統(tǒng)都將地理上分散的多個終端通過通信線路連接到一臺中心計算機(jī)上，這樣就出現(xiàn)了第一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
第一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個計算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。典型應(yīng)用是由一臺計算機(jī)和全美范圍內(nèi)2000多個終端組成的飛機(jī)定票系統(tǒng)。
終端：一臺計算機(jī)的外部設(shè)備包括CRT控制器和鍵盤，無GPU內(nèi)存。
隨著遠(yuǎn)程終端的增多，在主機(jī)前增加了前端機(jī)FEP當(dāng)時，人們把計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為“以傳輸信息為目的而連接起來，實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理或近一步達(dá)到資源共享的系統(tǒng)”，但這樣的通信系統(tǒng)己具備了通信的雛形。
第二代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以多個主機(jī)通過通信線路互聯(lián)起來，為用戶提供服務(wù)，興起于60年代后期，典型代表是美國國防部高級研究計劃局協(xié)助開發(fā)的ARPAnet。
主機(jī)之間不是直接用線路相連，而是接口報文處理機(jī)IMP轉(zhuǎn)接后互聯(lián)的。IMP和它們之間互聯(lián)的通信線路一起負(fù)責(zé)主機(jī)間的通信任務(wù)，構(gòu)成了通信子網(wǎng)。通信子網(wǎng)互聯(lián)的主機(jī)負(fù)責(zé)運行程序，提供資源共享，組成了資源子網(wǎng)。
兩個主機(jī)間通信時對傳送信息內(nèi)容的理解，信息表示形式以及各種情況下的應(yīng)答信號都必須遵守一個共同的約定，稱為協(xié)議。
在ARPA網(wǎng)中，將協(xié)議按功能分成了若干層次，如何分層，以及各層中具體采用的協(xié)議的總和，稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)是個抽象的概念，其具體實現(xiàn)是通過特定的硬件和軟件來完成的。
70年代至80年代中第二代網(wǎng)絡(luò)得到迅猛的發(fā)展。
第二代網(wǎng)絡(luò)以通信子網(wǎng)為中心。這個時期，網(wǎng)絡(luò)概念為“以能夠相互共享資源為目的互聯(lián)起來的具有獨立功能的計算機(jī)之集合體”，形成了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念。
第三代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并遵循國際標(biāo)準(zhǔn)的開放式和標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)。
IS0在1984年頒布了0SI/RM，該模型分為七個層次，也稱為0SI七層模型，公認(rèn)為新一代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。為普及局域網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。
70年代后，由于大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，局域網(wǎng)由于投資少，方便靈活而得到了廣泛的應(yīng)用和迅猛的發(fā)展，與廣域網(wǎng)相比有共性，如分層的體系結(jié)構(gòu)，又有不同的特性，如局域網(wǎng)為節(jié)省費用而不采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，而是由單個的廣播信道來連結(jié)網(wǎng)上計算機(jī)。
第四代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從80年代末開始，局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展成熟，出現(xiàn)光纖及高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多媒體，智能網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)就像一個對用戶透明的大的計算機(jī)系統(tǒng)，發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)。
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：將多個具有獨立工作能力的計算機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路由功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)資源共享和數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。
從定義中看出涉及到三個方面的問題：
(1)至少兩臺計算機(jī)互聯(lián)。
(2)通信設(shè)備與線路介質(zhì)。
(3)網(wǎng)絡(luò)軟件，通信協(xié)議和NOS
二、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類
用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類的標(biāo)準(zhǔn)很多，如拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用協(xié)議等。但是這些標(biāo)準(zhǔn)只能反映網(wǎng)絡(luò)某方面的特征，最能反映網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)特征的分類標(biāo)準(zhǔn)是分布距離，按分布距離分為LAN，MAN，WAN，Internet。
1.局域網(wǎng)
幾米——10公里。小型機(jī)，微機(jī)大量推廣后發(fā)展起來的，配置容易，速率高，4Mbps～2GbpS。 位于一個建筑物或一個單位內(nèi)，不存在尋徑問題，不包括網(wǎng)絡(luò)層。
2.都市網(wǎng)
10公里——100公里。對一個城市的LAN互聯(lián)，采用IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)，50Kbps～l00Kbps，位于一座城市中。
3.廣域網(wǎng)
也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)，幾百公里——幾千公里。發(fā)展較早，租用專線，通過IMP和線路連接起來，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，解決循徑問題，速率為9.6Kbps～45Mbps 如：郵電部的CHINANET，CHINAPAC，和CHINADDN網(wǎng)。
4.互聯(lián)網(wǎng)
并不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是將不同的物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按某種協(xié)議統(tǒng)一起來的一種高層技術(shù)。
三、局域網(wǎng)的特征
局域網(wǎng)分布范圍小，投資少，配置簡單等，具有如下特征：
(1)傳輸速率高：一般為1Mbps--20Mbps，光纖高速網(wǎng)可達(dá)100Mbps，1000MbpS
(2)支持傳輸介質(zhì)種類多。
(3)通信處理一般由網(wǎng)卡完成。
(4)傳輸質(zhì)量好，誤碼率低。
(5)有規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
四、局域網(wǎng)的組成
局域網(wǎng)一般由服務(wù)器、工作站、網(wǎng)卡和傳輸介質(zhì)四部分組成。
1.服務(wù)器
運行網(wǎng)絡(luò)0S，提供硬盤、文件數(shù)據(jù)及打印機(jī)共享等服務(wù)功能，是網(wǎng)絡(luò)控制的核心。
從應(yīng)用來說較高配置的普通486以上的兼容機(jī)都可以用于文件服務(wù)器，但從提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能，尤其是從網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)穩(wěn)定性來說，還是選用專用服務(wù)器為宜。
目前常見的NOS主要有Netware，Unix和Windows NT三種。
(1)Netware：
流行版本V3.12，V4.11，V5.0，對硬件要求低，應(yīng)用環(huán)境與DOS相似，技術(shù)完善，可靠，支持多種工作站和協(xié)議，適于局域網(wǎng)操作系統(tǒng)，作為文件服務(wù)器，打印服務(wù)器性能好。
(2)Unix：
一種典型的32位多用戶的NOS，主要應(yīng)用于超級小型機(jī)，大型機(jī)上，目前常用版本有Unix SUR4.0。支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)服務(wù)，提供數(shù)據(jù)等應(yīng)用，功能強(qiáng)大，不易掌握，命令復(fù)雜，由AT&T和SCO公司推出。
(3)Windows NT Server 4.0：
一種面向分布式圖形應(yīng)用程序的完整平臺系統(tǒng)，界面與Win95相似，易于安裝和管理，且集成了Internet網(wǎng)絡(luò)管理工具，前景廣闊。
服務(wù)器分為文件服務(wù)器，打印服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在Internet網(wǎng)上，還有Web，F(xiàn)TP，E-mail等服務(wù)器。
網(wǎng)絡(luò)0S朝著能支持多種通信協(xié)議，多種網(wǎng)卡和工作站的方向發(fā)展。
2.工作站
可以有自己的0S，獨立工作;通過運行工作站網(wǎng)絡(luò)軟件，訪問Server共享資源，常見有DOS工作站，Windows 95工作站。
3.網(wǎng)卡
將工作站式服務(wù)器連到網(wǎng)絡(luò)上，實現(xiàn)資源共享和相互通信，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和電信號匹配。
網(wǎng)卡(NTC)的分類：
(1)速率：10Mbps，100Mbps
(2)總線類型：ISA/PCI
(3)傳輸介質(zhì)接口：
單口：BNC(細(xì)纜)或RJ-45(雙絞線)。(^60090922b^2)
4.傳輸介質(zhì)
目前常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線，同軸電纜，光纖等。
(1)雙絞線(TP)：
將一對以上的雙絞線封裝在一個絕緣外套中，為了降低干擾，每對相互扭繞而成。分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。局域網(wǎng)中UTP分為3類，4類，5類和超5類四種。
以AMP公司為例：
3類：10Mbps，皮薄，皮上注“cat3”，箱上注“3類”，305米/箱，400元/箱。
4類：網(wǎng)絡(luò)中用的不多。
5類：(超5類)100Mbps，10Mbps，皮厚，匝密，皮上注“cat5”，箱上注5類，305米/箱，600—700元/箱(每段100米，接4個中繼器，最大500米)。
接線順序：
正常： 白桔 桔 白綠 藍(lán) 白藍(lán) 綠 白棕 棕
(對應(yīng)) 1 2 3 4 5 6 7 8
集聯(lián)： 白綠 綠 白桔 棕 白棕 桔 白藍(lán) 藍(lán)
(對應(yīng)) 1 2 3 4 5 6 7 8
STP：內(nèi)部與UTP相同，外包鋁箔，Apple，IBM公司網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品要求使用STP雙絞線，速率高，價格貴。
(2)同軸電纜：
由一根空心的外圓柱導(dǎo)體和一根位于中心軸線的內(nèi)導(dǎo)線組成，兩導(dǎo)體間用絕緣材料隔開。
按直徑分為粗纜和細(xì)纜。
粗纜：傳輸距離長，性能高但成本高，使用于大型局域網(wǎng)干線，連接時兩端需終接器。
A.粗纜與外部收發(fā)器相連。
B.收發(fā)器與網(wǎng)卡之間用AUI電纜相連。
C.網(wǎng)卡必須有AUI接口：每段500米，100個用戶，4個中繼器可達(dá)2500米，收發(fā)器之間最小2.5米，收發(fā)器電纜最大50米。
細(xì)纜：傳輸距離短，相對便宜，用T型頭，與BNC網(wǎng)卡相連，兩端安50歐終端電阻。
每段185米，4個中繼器，最大925米，每段30個用戶，T型頭之間最小0.5米。 按傳輸頻帶分為基帶和寬帶傳輸。
基帶：數(shù)字信號，信號占整個信道，同一時間內(nèi)能傳送一種信號。
寬帶：傳送的是不同頻率的信號。
(3)光纖：
應(yīng)用光學(xué)原理，由光發(fā)送機(jī)產(chǎn)生光束，將電信號變?yōu)楣庑盘�，再把光信號�?dǎo)入光纖，在另一端由光接收機(jī)接收光纖上傳來的光信號，并把它變?yōu)殡娦盘�，�?jīng)解碼后再處理。分為單模光纖和多模光纖。絕緣保密性好。
單模光纖：由激光作光源，僅有一條光通路，傳輸距離長，2公里以上。
多模光纖：由二極管發(fā)光，低速短距離，2公里以內(nèi)。
五、局域網(wǎng)的幾種工作模式
1.專用服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Server-Baseb)
又稱為“工作站/文件服務(wù)器”結(jié)構(gòu)，由若干臺微機(jī)工作站與一臺或多臺文件服務(wù)器通過通信線路連接起來組成工作站存取服務(wù)器文件，共享存儲設(shè)備。
文件服務(wù)器自然以共享磁盤文件為主要目的。 對于一般的數(shù)據(jù)傳遞來說已經(jīng)夠用了，但是當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和其他復(fù)雜而被不斷增加的用戶使用的應(yīng)用系統(tǒng)到來的時候，服務(wù)器已經(jīng)不能承擔(dān)這樣的任務(wù)了，因為隨著用戶的增多，為每個用戶服務(wù)的程序也增多，每個程序都是獨立運行的大文件，給用戶感覺極慢，因此產(chǎn)生了客戶機(jī)/服務(wù)器模式。
2.客戶機(jī)/服務(wù)器模式(client/server)
其中一臺或幾臺較大的計算機(jī)集中進(jìn)行共享數(shù)據(jù)庫的管理和存取，稱為服務(wù)器，而將其他的應(yīng)用處理工作分散到網(wǎng)絡(luò)中其他微機(jī)上去做，構(gòu)成分布式的處理系統(tǒng)，服務(wù)器控制管理數(shù)據(jù)的能力己由文件管理方式上升為數(shù)據(jù)庫管理方式，因此，C/S由的服務(wù)器也稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，注重于數(shù)據(jù)定義及存取安全后備及還原，并發(fā)控制及事務(wù)管理，執(zhí)行諸如選擇檢索和索引排序等數(shù)據(jù)庫管理功能，它有足夠的能力做到把通過其處理后用戶所需的那一部分?jǐn)?shù)據(jù)而不是整個文件通過網(wǎng)絡(luò)傳送到客戶機(jī)去，減輕了網(wǎng)絡(luò)的傳輸負(fù)荷。C/S結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展和普遍應(yīng)用與局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的結(jié)果。
3.對等式網(wǎng)絡(luò)(Peer-to-Peer)
在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上與專用Server與C/S相同。在對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，沒有專用服務(wù)器 每一個工作站既可以起客戶機(jī)作用也可以起服務(wù)器作用。
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