計算機網路（一）：網路層次劃分

計算機網路學習的核心內容就是網路協議的學習。網路協議是為計算機網路中進行資料交換而建立的規則、標準或者說是約定的集合。因為不同使用者的資料終端可能採取的字符集是不同的，兩者需要進行通訊，必須要在一定的標準上進行。一個很形象地比喻就是我們的語言，我們大天朝地廣人多，地方性語言也非常豐富，而且方言之間差距巨大。A地區的方言可能B地區的人根本無法接受，所以我們要為全國人名進行溝通建立一個語言標準，這就是我們的普通話的作用。同樣，放眼全球，我們與外國友人溝通的標準語言是英語，所以我們才要苦逼的學習英語。
計算機網路協議同我們的語言一樣，多種多樣。而ARPA公司與1977年到1979年推出了一種名為ARPANET的網路協議受到了廣泛的熱捧，其中最主要的原因就是它推出了人盡皆知的TCP/IP標準網路協議。目前TCP/IP協議已經成為Internet中的"通用語言"，下圖為不同計算機群之間利用TCP/IP進行通訊的示意圖。
1. 網路層次劃分

為了使不同計算機廠家生產的計算機能夠相互通訊，以便在更大的範圍內建立計算機網路，國際標準化組織（ISO）在1978年提出了"開放系統互聯參考模型"，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它將計算機網路體系結構的通訊協議劃分為七層，自下而上依次為：物理層（Physics Layer）、資料鏈路層（Data Link Layer）、網路層（Network Layer）、傳輸層（Transport Layer）、會話層（Session Layer）、表示層（Presentation Layer）、應用層（Application Layer）。其中第四層完成資料傳送服務，上面三層面向使用者。

除了標準的OSI七層模型以外，常見的網路層次劃分還有TCP/IP四層協議以及TCP/IP五層協議，它們之間的對應關係如下圖所示：

2. OSI七層網路模型

TCP/IP協議毫無疑問是網際網路的基礎協議，沒有它就根本不可能上網，任何和網際網路有關的操作都離不開TCP/IP協議。不管是OSI七層模型還是TCP/IP的四層、五層模型，每一層中都要自己的專屬協議，完成自己相應的工作以及與上下層級之間進行溝通。由於OSI七層模型為網路的標準層次劃分，所以我們以OSI七層模型為例從下向上進行一一介紹。

1）物理層（Physical Layer）

啟用、維持、關閉通訊端點之間的機械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性。該層為上層協議提供了一個傳輸資料的可靠的物理媒體。簡單的說，物理層確保原始的資料可在各種物理媒體上傳輸。物理層記住兩個重要的裝置名稱，中繼器（Repeater，也叫放大器）和集線器。

2）資料鏈路層（Data Link Layer）

資料鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網路層提供服務，其最基本的服務是將源自網路層來的資料可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網路層。為達到這一目的，資料鏈路必須具備一系列相應的功能，主要有：如何將資料組合成資料塊，在資料鏈路層中稱這種資料塊為幀（frame），幀是資料鏈路層的傳送單位；如何控制幀在物理通道上的傳輸，包括如何處理傳輸差錯，如何調節傳送速率以使與接收方相匹配；以及在兩個網路實體之間提供資料鏈路通路的建立、維持和釋放的管理。資料鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：實體地址定址、資料的成幀、流量控制、資料的檢錯、重發等。

有關資料鏈路層的重要知識點：
1> 資料鏈路層為網路層提供可靠的資料傳輸；

　　2> 基本資料單位為幀；

　　3> 主要的協議：乙太網協議；

　　4> 兩個重要裝置名稱：網橋和交換機。

3）網路層（Network Layer）
網路層的目的是實現兩個端系統之間的資料透明傳送，具體功能包括定址和路由選擇、連線的建立、保持和終止等。它提供的服務使傳輸層不需要了解網路中的資料傳輸和交換技術。如果您想用盡量少的詞來記住網路層，那就是"路徑選擇、路由及邏輯定址"。

網路層中涉及眾多的協議，其中包括最重要的協議，也是TCP/IP的核心協議——IP協議。IP協議非常簡單，僅僅提供不可靠、無連線的傳送服務。IP協議的主要功能有：無連線資料包傳輸、資料包路由選擇和差錯控制。與IP協議配套使用實現其功能的還有地址解析協議ARP、逆地址解析協議RARP、因特網報文協議ICMP、因特網組管理協議IGMP。具體的協議我們會在接下來的部分進行總結，有關網路層的重點為：

　　1> 網路層負責對子網間的資料包進行路由選擇。此外，網路層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能；

　　2> 基本資料單位為IP資料包；

　　3> 包含的主要協議：

　　IP協議（Internet Protocol，因特網互聯協議）;

　　ICMP協議（Internet Control Message Protocol，因特網控制報文協議）;

　　ARP協議（Address Resolution Protocol，地址解析協議）;

　　RARP協議（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析協議）。

　　4> 重要的裝置：路由器。 

4）傳輸層（Transport Layer）

第一個端到端，即主機到主機的層次。傳輸層負責將上層資料分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。此外，傳輸層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。 傳輸層的任務是根據通訊子網的特性，最佳的利用網路資源，為兩個端系統的會話層之間，提供建立、維護和取消傳輸連線的功能，負責端到端的可靠資料傳輸。在這一層，資訊傳送的協議資料單元稱為段或報文。 網路層只是根據網路地址將源結點發出的資料包傳送到目的結點，而傳輸層則負責將資料可靠地傳送到相應的埠。 有關網路層的重點：

1> 傳輸層負責將上層資料分段並提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸以及端到端的差錯控制和流量控制問題；
2> 包含的主要協議：TCP協議（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）、UDP協議（User Datagram Protocol，使用者資料包協議）；
3> 重要裝置：閘道器。

5）會話層

會話層管理主機之間的會話程式，即負責建立、管理、終止程式之間的會話。會話層還利用在資料中插入校驗點來實現資料的同步。

6）表示層

表示層對上層資料或資訊進行變換以保證一個主機應用層資訊可以被另一個主機的應用程式理解。表示層的資料轉換包括資料的加密、壓縮、格式轉換等。

7）應用層

為作業系統或網路應用程式提供訪問網路服務的介面。

會話層、表示層和應用層重點：

1> 資料傳輸基本單位為報文；
2> 包含的主要協議：FTP（檔案傳送協議）、Telnet（遠端登入協議）、DNS（域名解析協議）、SMTP（郵件傳送協議），POP3協議（郵局協議），HTTP協議（Hyper Text Transfer Protocol）。