几种计算机网络体系结构的对比分析

几种计算机网络体系结构的对比分析

摘要：

在这篇文章中，将要简要的介绍三种不同的计算机体系结构：OSI

体系结构、TCP/IP体系结构以及综合在这两个基础上的五层体系结构及工作原理。

此外，还要对这几个体系结构的之间的共同之处以及不同之处进行对比说明。

最后，对比这三个体系结构的优缺点，分别对这三个体系结构进行一些评价以及自己的一些观点。

关键词：：TCP/IP 体系结构、OSI体系结构、五层体系结构，优缺点对比

一：TCP/IP 体系结构：

简介：从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层 （如下图）。

各层功能： 网络接口层：

网络接口层严格来说不是一个独立的层次只是一个接口，TCP/IP并没有对他定义什么具体的协议。网络接口层负责将网络层的数据发送出去，或从网络就收数据帧，抽出IP数据报上交网际层。网络接口层可以使用各种网络，如LAN 、MAN 、WAN ，甚至点对点链路。网络接口层使得上层的TCP/IP和底层的实际网络无关。

网络层：

一：负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入I P 数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。

二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。

三、处理路径、流控、拥塞等问题。

网络层包括：IP(Internet Protocol) 协议、ICMP(Internet Control Message Protocol)

控制报文协议、ARP(Address Resolution Protocol)地址转换协议、R ARP(Reverse ARP)反向地址转换协议。

IP是网络层的核心，通过路由选择将下一跳IP封装后交给接口层。IP 数据报是无连接服务。

ICMP是网络层的补充，可以回送报文。用来检测网络是否通畅。

Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echo relay进行网络测试。

ARP 是正向地址解析协议，通过已知的I P ，寻找对应主机的M AC 地址。

RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站和DHCP服务。

传输层：

提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。

传输层协议主要是：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol) 和用户数据报协议UDP(User Datagram protocol)。

应用层：

应用层是向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET 使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。

应用层一般是面向用户的服务。如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3 。

FTP(File Transfer Protocol)是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H。

Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。

DNS(Domain Name Service) 是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换。

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转。

POP3(Post Office Protocol 3) 是邮局协议第3版本，用于接收邮件。

二、OSI 体系结构：

OSI体系结构，意为开放式系统互联。国际标准组织（国际标准化组织）制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工作分为7层,分别是物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层和应用层。1至4层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。5至7 层是高层，包含应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。

各层功能介绍： 物理层：

第一层是物理层（也即OSI模型中的第一层）,它看起来似乎很简单。物理层实际上就是布线、光纤、网卡和其它用来把两台网络通信设备连接在一起的东西。甚至一个信鸽也可以被认为是一个1层设备。网络故障的排除经常涉及到1层问题

数据链路层：

第2层是数据链路层,运行以太网等协议。交换机可以看成网桥，人们现在都这样称呼它。网桥都在2层工作，仅关注以太网上的M AC 地址。如果在谈论有关MAC地址、交换机或者网卡和驱动程序，你就是在第2层的范畴。集线器属于第1层的领域，因为它们只是电子设备，没有2层的知识。第2层的相关问题在本网络讲座中有自己的一部分，因此现在先不详细讨论这个问题的细节。现在只需要知道第2层把数据帧转换成二进制位供1层处理就可以了。

网络层：

第3层是网络层在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息源站点和目的站点地址的网络地址。

如果你在谈论一个IP地址，那么你是在处理第3层的问题，这是数据包问题，而不是第2层的帧。IP是第三层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地址解析协议（ARP）。有关路由的一切事情都在第3层处理。地址解析和路由是3层的重要目的。

传输层：

第4层是处理信息的传输层。第4层的数据单元也称作数据包。但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段而U DP协议的数据单元称为“数据报。这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。理解第4层的另一种方法是，第4层提供端对端的通信管理。像T CP

等一些协议非常善于保证通信的可靠性。有些协议并不在乎一些数据包是否丢失，UDP协议就是一个主要例子。

会话层：

第五层是会话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

表示层：

这一层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。

应用层：

第7层也称作“应用层”是专门用于应用程序的。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务如果你的程序需要一种具体格式的数据，你可以发明一些你希望能够把数据发送到目的地的格式，并且创建一个第7层协议。SMTP、DNS和FTP都是7层协议。

三、5 层体系结构

五层体系结构是建立在上述两个体系结构的基础上，综合了两个结构的优点而建立的。它分为五层，分别是：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层。

物理层：透明的经实际电路传送比特流。 数据链路层：提供无差错帧传送。

网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信。 运输层：负责主机中两个进程之间的通信。

应用层：确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。

四、三个体系结构对比及优缺点分析：

OSI和TCP/IP的优缺点比较：

OSI/RM优点：

1、OSI参考模型的抽象能力高，适合于描述各种网络，它采取的是自顶向下的设计方式，先定义了参考模型，才逐步去定义各层的协议。

OSI/RM缺点：

1、会话层和表示层几乎是空的，数据链路层和网络层包含内容太多，有很的子层插入，每个子层都有不同的功能。

2、OSI模型以及相应的服务定义和协议都极其复杂，它们很难实现，有些功能，例如编址、流控制和差错控制，都会在每一层重复出现，必然降低系统的效率；协议的出现时机晚于TCP/IP 协议。

3、由于定义模型的时候对某些情况预计不足，造成了协议和模型脱节的情况。

TCP/IP 缺点：

1、该模型并没有清楚地区分哪些是规范、哪些是实现，使得在设计新网络时，指导意义显得不大，而且TCP/IP模型不适合于其它非TCP/IP 协议簇。

2、TCP/IP模型的主机—网络层并不是常规意义上的一层，它是定义了网络层与数据链路层的接口，接口与层的区别是非常重要的，而TCP/IP模型却没有将它们区分开来。

TCP/IP优点: 1、开放的额协议标准,可免费使用,并独立与特定的计算机硬件与操作系统。 2、独立与特点硬件 可运行在 WAN、MAN、LAN。 3、统一的网络地址分配.使网中具有唯一地址。 4 、标准化高层协议。

五、两种模型的一些个人观点:

首先在结构上面，OSI/RM结构上要比TCP/IP细致，七个层次中会话层和表示层的主要作用是更好的保证用户之间的数据传输联系，相对于其他几层这两层好像形同虚设，但是它在这些层次中的总用确实不可缺少的。其次，在TCP/IP结构的最底层是网络接口层，它是实现TCP/IP体系结构的物理基础，而在OSI/RM结构中处在最底层的是物理层和数据链路层，他们的作用是为网络平台提供最为基础的功能。OSI/RM体系结构概念比较清楚，相对来说比较完整，但是没有与它相对应的网络应用平台；TCP/IP体系结构相对来说内容结构比较简练，它主要解决的是网络端到端的问题，解决多种网络互联的问题，该结构在Internet中应用比较广泛。综合所有方面的内容，OSI/RM中层次的冗余和功能上的重复出现使得它显得有所累赘，TCP/IP在这一方面就显得比较突出，可以说TCP/IP是在OSI/RM 的基础上形成的。我想在以后会有更加方便简练的网络体系结构形成并发展。

在我看来，OSI/RM 和TCP/IP这两个体系结构的核心思想是一致的，都是为了建立通用的计算机网络体系结构，将计算机连接起来，以达到资源共享的目的。而其不同在于OSI/RM体系结构将计算机网络分为了7层，显得十分完善；而T CP/IP体系结构则简洁地将计算机网络分为了4层。两者比较起来，并不能说谁好谁坏，但是TCP/IP体系结构相对简化的结构，相比OSI/RM繁琐的体系结构，减少了不少的开支，且具有更好的扩展性和传输性，更能调和多数人的利益关系，迎合了多数人的利益要求，因此迅速在历史舞台上站稳了脚跟并迅速地发展了起来，淘汰了OSI/RM 体系结构。但OSI/RM并非“一无是处”，该体系结构对于安全的重视，被更好的运用在了军事或商业计算机网络，而TCP/IP体系结构则被顺理成章的运用在了对安全要求不高的民用计算机网络。

OSI/RM只给出了计算机网络的一些原则性说明，并不是一个具体的网络。

它将整个网络的功能划分成七个层次。层与层之间的联系是通过各层之间的接口来进行的，上层通过接口向下层提出服务请求，而下层通过接口向上层提供服务。两个用户计算机通过网络进行通信时，除物理层之外，其余各对等层之间均不存在直接的通信关系，而是通过各对等层之间的通信协议来进行通信（用虚线连接），只有两物理层之间通过传输介质进行真正的数据通信。OSI作为一个完整、严谨的体系结构，有它的生存空间，它的设计思想在许多系统中得以借鉴，同时随着它的逐步改进，必将得到更广泛的应用。

虽然TCP/IP协议已经被推广应用，但是它还存在的缺点，如安全问题和地址空间问题。我相信在不久的将来一定会有一种更加完善的网络通信协议代替它走进我们的生活，如教材上介绍的五层结构的协议就在结构上比它完善。

OSI或TCP/IP参考模型与协议都有它成功的一面和不足的一面。例如，在O SI/RM中层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率；但这个只是开始，要达到他原定的目标，还有有一段很长的路要走。TCP/IP利用正确的策略，抓住了有利的时机，伴随着Internet的发展而成为目前公认的工业标准。但是不管怎样，对于二者，我们都该好好的了解和掌握，才能做到扬长避短，为我所用。

参考文献：

【1】 百度百科【D】

【2】 张曾科 计算机网络与通信【M】机械工业出版社 2009 【3】 两种网络结构的对比【J】 施为

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/p8vp.html