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计算机网络体系结构

开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect 简称 OSI）是国际标准化组织(ISO)和国际

电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参考模型，为开放式互连信息系统提供

了一种功能结构的框架。其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架，并为

保持相关标准的一致性和兼容性提供共同的参考。这里所说的开放系统，实质上指的是遵循

OSI 参考模型和相关协议能够实现互连的具有各种应用目的的计算机系统。

OSI 采用了分层的结构化技术，共分七层，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、

表示层、应用层。

OSI 七层模型各层的作用

物理层并不是物理媒体本身，它只是开放系统中利用物理媒体实现物理连接的功能描述和执

行连接的规程。

物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指 DTE（Data

Terminal Equipment）和 DCE（Data Communications Equipment）间的互连设备。DTE 即数据

终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而 DCE 则是数据通信设备或电

路连接设备，如调制解调器等。数据传输通常是经过 DTE-DCE，再经过 DCE-DTE 的路径。互

连设备指将 DTE、DCE 连接起来的装置，如各种插头、插座。LAN 中的各种粗、细同轴电缆、

T 型接头、插头、接收器、发送器、中继器等都属物理层的媒体和连接器。

物理层的主要功能是：

① 为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理

媒体连接而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连接、传送数据和终止物理连接。

所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，

形成一条通路。

② ②传输数据。物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。一是要保证数

据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(Bit)数)，

以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串行或并行，半双

工或全双工，同步或异步传输的需要。

数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输介质及其

连接。介质是长期的，连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次

或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两个过程。这种建立起来

的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影

响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进

行检错和纠错。链路层应具备如下功能：

链路连接的建立、拆除和分离；

差错检测和恢复。还有链路标识，流量控制等等。

独立的链路产品中最常见的当属网卡，网桥也是链路产品。

网络层，当数据终端增多时。它们之间有中继设备相连，此时会出现一台终端要求不只是与

惟一的一台而是能和多台终端通信的情况，这就产生了把任意两台数据终端设备的数据链接

起来的问题，也就是路由或者叫寻径。另外，当一条物理信道建立之后，被一对用户使用，

往往有许多空闲时间被浪费掉。人们自然会希望让多对用户共用一条链路，为解决这一问题

就出现了逻辑信道技术和虚拟电路技术。

传输层有一个既存事实，即世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。例如电话交换网，

分组交换网，公用数据交换网，局域网等通信子网都可互连，但它们提供的吞吐量，传输速

率，数据延迟通信费用各不相同。对于会话层来说，却要求有一性能恒定的界面。传输层就

承担了这一功能。

会话层会话单位的控制层，其主要功能是按照在应用进程之间约定的原则，按照正确的顺序

收、发数据，进行各种形态的对话。会话层规定了会话服务用户间会话连接的建立和拆除规

程以及数据传送规程。

会话层提供的服务是应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。会话层使用校验点可使通

信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。这种能力对于传送大的文件极为重要。

表示层其主要功能是把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式，提供字符代码、数据

格式、控制信息格式、加密等的统一表示。表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共

语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为不同的计算机体系结构使用

的数据表示法不同。例如，IBM 主机使用 EBCDIC 编码，而大部分 PC 机使用的是 ASCII 码。

在这种情况下，便需要表示层来完成这种转换。

应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素。

有些可为多种应用程序共同使用，有些则为较少的一类应用程序使用。应用层是开放系统的

最高层，是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，

完成一系列业务处理所需的服务。

TCP/IP 协议

通俗而言：TCP 负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据

安全正确地传输到目的地。而 IP 是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

TCP 和 UDP

TCP

TCP 是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于 TCP 是

面向连接的所以只能用于端到端的通讯。

TCP 提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。

TCP 还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限

制发送方的发送速度。

如果 IP 数据包中有已经封好的 TCP 数据包，那么 IP 将把它们向‘上’传送到 TCP 层。TCP 将包

排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP 数据包中包括序号和确认，所以未按

照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。

TCP 将它的信息送到更高层的应用程序，例如 Telnet 的服务程序和客户程序。应用程序轮流

将信息送回 TCP 层，TCP 层便将它们向下传送到 IP 层，设备驱动程序和物理介质，最后到

接收方。

面向连接的服务（例如 Telnet、FTP、rlogin、X Windows 和 SMTP）需要高度的可靠性，所以

它们使用了 TCP。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。

UDP

UDP 是面向无连接的通讯协议，UDP 数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要

连接，所以可以实现广播发送。

UDP 通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出现丢包现象，实际应用中要求

程序员编程验证。

UDP 与 TCP 位于同一层，但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此，UDP 不被应用于那

些使用虚电路的面向连接的服务，UDP 主要用于那些面向查询---应答的服务，例如 NFS。相

对于 FTP 或 Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用 UDP 的服务包括 NTP（网络时间

协议）和 DNS（DNS 也使用 TCP），包总量较少的通信（DNS、SNMP 等）；2.视频、音频等多

媒体通信（即时通信）；3.限定于 LAN 等特定网络中的应用通信；4.广播通信（广播、多

播）。

常用 QQ，就是一个以 UDP 为主，TCP 为辅的通讯协议。

TCP 和 UDP 的优缺点

无法简单地、绝对地去做比较：TCP 用于在传输层有必要实现可靠传输的情况；而在一方面，

UDP 主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。TCP 和 UDP 应该

根据应用的目的按需使用。

端口号

数据链路和 IP 中的地址，分别指的是 MAC 地址和 IP 地址。前者用来识别同一链路中不

同的计算机，后者用来识别 TCP/IP 网络中互连的主机和路由器。在传输层也有这种类似于

地址的概念，那就是端口号。端口号用来识别同一台计算机中进行通信的不同应用程序。因

此，它也被称为程序地址。

一台计算机上同时可以运行多个程序。传输层协议正是利用这些端口号识别本机中正在进行

通信的应用程序，并准确地将数据传输。

端口号的确定

� 标准既定的端口号：这种方法也叫静态方法。它是指每个应用程序都有其指定的端

口号。但并不是说可以随意使用任何一个端口号。例如 HTTP、FTP、TELNET 等广为

使用的应用协议中所使用的端口号就是固定的。这些端口号被称为知名端口号，分

布在 0~1023 之间；除知名端口号之外，还有一些端口号被正式注册，它们分布在

1024~49151 之间，不过这些端口号可用于任何通信用途。

� 时序分配法：服务器有必要确定监听端口号，但是接受服务的客户端没必要确定端

口号。在这种方法下，客户端应用程序完全可以不用自己设置端口号，而全权交给

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