1.1 计算机网络在信息时代中的作用
三类熟悉的网络：电信网络、有线电视网络和计算机网络
电信网络向用户提供电话、电报及传真服务。
有线电视网络向用户传送各种电视节目。
计算机网络则使用户能够在计算机之间传送数据文件。其中发展最快的并起到核心作用的则是计算机网络。
计算机网络主要是由一些通用、可编程的硬件互联而成，而这些硬件并非专门用来实现某一些特定目的（eg:传送数据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能广泛的和日子增长的应用。
多种应用：数据、语音、视频以及今后可能出现的各种应用
多种硬件：计算机、智能手机、智能传感器。
三网融合：电信网络和有线电视网络融入到计算机网络中。
互联网(Internet)：由数量极大的各种计算机网络互连起来。而互联网能为用户提供许多的服务，主要就是因为互联网具有两个重要基本特点：连通性和共享。
连通性：就是互联网使上网用户之间，不管相距多远，都可以非常便捷、非常经济地交换各种信息。
共享：资源共享，可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。
1.2互联网概述
1.2.1网络的网络
互联网特指Internet，目前技术最为成功，应用最为广泛的计算机网络。
互联网：起源于美国，由数量极大的各种计算机网络互连起来的网络，它采用TCP/IP协议族作为通信规则，是一个覆盖全球范围内连通性和资源共享的计算机网络。
互连网(internet)：网络之间还可以通过路由器互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，也称为网络的网络。
internet：互连网——指多个计算机网络互连而成的网络。
Internet：专用名词，因特网——前身ARPANET
网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起，与网络相连的计算机常称为。
1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段
1、第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程。
①1983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连网相互通信，因而人们把1983年定为互联网的诞生时间。
②1990年ARPANET正式宣布关闭。
2、第二阶段的特点是建成三级结构的互联网——是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（企业网）。
3、第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网（主干ISP、地区ISP、本地ISP）。
ISP互联网服务提供者（Internet Service Provider）也可以称为互联网服务提供商。ISP可以从互联网管理机构申请到很多IP地址，也拥有通信线路以及路由器等联网设备，因此任何的设备连接ISP都需要缴纳费用，可以从该ISP获取所需的IP地址的使用权接入到互联网。
根据提供服务的覆盖面积大小以及所用的IP地址数目不同，ISP也分为不同层次的ISP：主干ISP、地区ISP和本地ISP。
主干ISP：由几个专门的公司创建和维持，服务面积最大（一般都能够覆盖国家范围），并且还拥有高速主干网。有一些地区ISP网络也可直接与主干ISP相连。
地区ISP：是一些较小的ISP。这些地区ISP通过一个或多个主干ISP连接起来。它们位于等级中的第二层，数据率也比较低一些。
本地ISP：给用户提供直接的服务（这些用户有事也称为端用户，强调是末端的用户）。本地ISP可以连接到地区ISP，也可以直接连接到主干ISP。绝大多数的用户都是连接到本地ISP的。
随着互联网上数据流量的急剧增长，人们开始研究如何更好地转发分组，以及如何更加有效地利用网络资源，于是，互联网交换点(Internet eXchange Point)就应运而生了。
IXP：主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不是再通过第三个网络来转发分组。
①现在许多IXP在进行对等交换分组时，都互相不收费。
②本地ISP或地区ISP通过IXP向高层的IXP转发分组时，则需要交纳一定的费用。
③IXP的结构非常复杂。典型的IXP由一个或多个网络交换机组成。
世界上最大的IXP于1995年建立在德国的法兰克福。20世纪90年代，由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW(World Wide Web)被广泛使用在互联网上，成为了互联网的这种指数级增长的主要驱动力。
1.2.3互联网的标准化工作
1992年互联网不再归美国政府管辖，成立了一个国际性组织叫做互联网协会(Internet Society,简称ISOC)。在ISOC下面有一个技术组织叫互联网体系结构委员会IAB(Internet Architecture Borad)，负责管理互联网有关协议的开发。IAB下又设有两个工程部：
（1）互联网工程部IETF(Internet Engineering Task Force)
IETF的具体工作由互联网工程指导小组IESG(Internet Engineering Steering Group)管理。这个工作组划分为若干个领域，每个领域集中研究某一特定的短期和中期的工程问题，主要是针对协议的开发和标准化。
（2）互联网研究部IRTF(Internet Research Task Force)
IRTF是由一些研究组RG(Research Group)组成的论坛，具体工作是由互联网研究指导小组IRSG(Internet Research Steering Group)管理。IRTF的任务是研究一些需要长期考虑的问题，包括互联网的一些协议、应用、体系结构等。
所有的互联网标准都是以RFC的形式在互联网上发表的。RFC(Request For Comment)的意思是”请求评论“，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六个月。这个阶段并不是RFC文档。
②建议标准(Proposed Standard)——从这个阶段开始就成为RFC文档。
③互联网标准(Internet Standard)——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号STD xx。一个标准可以和多个RFC文档关联。
原先制定互联网标准的过程是：“建议标准”——>“草案标准”——>“互联网标准“，因为”草案标准“容易与成为RFC文档之前的“互联网草案”混淆。从2011年10月取消了“草案标准”，所以指定互联网标准的过程就简化为：“建议标准”——>“互联网标准”。
除了建议标准和互联网标准这两种RFC文档外，还有三种RFC文档，即历史的、实验的和提供信息的RFC文档。
历史的RFC文档或者是被后来的规约所取代，或者从未到达必要的成熟等级而未变成为互联网标准。
实验的RFC文档表示为其工作属于正在实验的情况，而不能在任何使用的互联网服务中进行实现。
提供信息的RFC文档包括与互联网有关的一般的、历史的或指导的信息。
1.3互联网的组成
互联网的拓扑结构虽然非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上看，可以划分为：边缘部分、核心部分
（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（传送数据、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）。
1.3.1互联网的边缘部分
端系统(end system)：处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。
计算机之间的通信：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信
在网络边缘的端系统之间的通信方式可划分为两大类：客户-服务器方式（C/S方式）和对等方式(P2P方式)
1.客户-服务器方式(C/S)
客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务好被服务的关系。
客户是服务请求方，服务器时服务提供方。服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。
客户程序
①被用户调用后运行，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是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
②系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。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。
客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。
2、对等连接方式
对等连接（peer-to-peer），简写P2P，是指两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件(P2P软件 )，就可以进行平等的、对等连接通信。双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。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，只是对等连接中的每一台主机即是客户又同时是服务器。
对等连接工作方式可支持大量对等用户(如上百万个)同时工作。
1.3.2互联网的核心部分
网络核心部分是互联网中最为复杂的部分，因为网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他主机通信。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)，它是一种专门计算机（但不叫做主机）。路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心最重要的功能。
典型交换技术包括：电路交换、分组交换、报文交换
互联网的核心部分采用了分组交换技术
1、电路交换的特点——面向连接服务
电路交换(circuit switching)：每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。
“交换”的含义就是连接：把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来，从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
从主叫端到被叫端就建立了一条连接，也就是一条专用的物理通路。这条连接保证了双方通话时所需的通信资源，而这些资源在双方通信时不会被其他用户占用。通话完毕挂机后，交换机释放刚才使用的这条专用的物理通路（即把刚才占用的所有通信资源归还给电信网），这种必须经过 “建立连接(占用通信资源)——>通话(一直占用通信资源)——>释放连接（归还通信资源）“这三个步骤的交换方式称为 电路交换
建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需要的通信资源，在通信时不会被其他用户占用
通话：主叫和被叫双方就能互相通电话
释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）
电路交换的一个重要的特点：在通话的全部过程中，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。
计算机数据具有突发性，指导值在传送计算机数据时，通信线路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不到10%，甚至不到1%）
2、分组交换的主要特点——无连接服务
①分组交换采用存储转发技术
②在发送端先把较长的报文划分为较短的固定长度的数据段
在每个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部，就构成一个分组。分组又称为“包”，而分组的首部也称为“包头”。
正是由于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，每个分组才能在互联网中独立地选择传输路径，并被正确地交付到分组传输的终点。
1.分组交换的传输单元
①每个分组的首部都含有地址（目的地址和源地址）等必要的控制信息。
②分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机
③每个分组在互联网中独立地选择传输路径。
④用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。
在互联网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。
位于网络边缘的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但它们的作用却很不一样。主机是为用户进行信息处理的，并可以和其他主机通过网络交换信息。路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
路由器(router)：
①在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线
②路由器处理分组的过程：
（1）把收到的分组先放入缓存中（暂时缓存）
（2）查找转发表，找出到某个目的地址应从那个端口转发
（3）把分组送到适当的端口上转发出去
分组交换的问题：
①分组在各个结点存储转发时需要排队——造成时延
②分组必须携带的首部也造成一定的开销。
为了提高分组交换网的可靠性，互联网的核心部分常采用网络拓扑结构，使得当发生网络拥塞或少数节点、链路出现故障时，路由器可灵活地改变转发路由而不至于引起通信的中断或全网瘫痪。
分组交换的优点：
| 优点 | 所采用的的手段 |
|---|---|
| 高效 | 在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用 |
| 灵活 | 为每一个分组独立地选择最合适的转发路由 |
| 迅速 | 以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能想其他主机发送分组 |
| 可靠 | 保证可靠性的网络协议：分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性 |
3、报文交换
在20世纪40年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message,switching)。
这种技术，一份电报被接收下来，并穿成纸带。操作员以每份报文为单位，撕下纸带，根据报文的目的站地址，拿到相应的发报机转发出去。这种报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。
4、电路交换、报文交换和分组交换的区别
电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点。
报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部储存下来后查找转发表，转发到下一个结点。
分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
若要连续传送大量的数据，且其传送时间远远大于连接建立时间，则 电路交换的传输速率比较快。
报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率，由于一个分组的长度往往小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。
1.4计算机网络在我国的发展
1980年铁道部开始进行计算机联网实验。1989年11月我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。
1994年4月20日我国用64kbit/s专线正式接入互联网。从此，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。同年5月中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。同年9月中国公用计算机互联网CHINANET正式启动。
第一代计算机网络是面向终端的计算机网络
特点是由单个具有自助处理功能的计算机和多个没有自主处理功能的终端组成网络。
第二代计算机网络是计算机的互联（多机互连）
特点是由具有自主处理功能的多个计算机组成独立的网络系统
第三代计算机网络是开放式标准化网络（标准互连）
特点是由多个计算机组成统一体系结构容易实现网络之间互相连接的开放式网络系统
第四代计算机网络是计算机网络向互连、高速、综合、智能和全球化发展，并给迅速得到普及，实现了全球化的广泛应用，起代表作是互联网
1.5计算机网络的类别
1.5.1计算机网络的定义
计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互联而成，而这些硬件并非专门用来实现某一些特定目的（eg:传送数据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能广泛的和日子增长的应用。
（1）计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机。
（2）计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用
上述的“可编程的硬件”表明这种硬件一定包含有中央处理机CPU。
1.5.2几种不同类别的计算机网络
1、按照网络的作用范围进行分类
广域网WAN(Wide Area Network) 广域网的作用范围通常我几十到几千公里，因而有时也称为远程网(long haul network)。广域网是互联网的核心部分。其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。
城域网MAN(Metropolitan Area Network) 城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至一个城市。早期城域网主要采用光纤分布式数据接口，目前很多城域网采用的是以太网技术。
局域网LAN(Local Area Network) 局域网一般用微型计算机或工作站通过告诉通信链路相连。学校或企业大都拥有许多许多互连的局域网（也称为 校园网或企业网）
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用无线技术连接起来的网络，也称为无线个人区域网WPAN(Wireless PAN)，其范围很小，大约在10m左右。
2、按照网络的使用这进行分类
公用网(public network) 指电信公司出资建造的大型网络，也称为公众网。
专用网(private network) 某个部门为满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。
3、用来把用户接入到互联网的网络
接入网AN(Access Network)，又称为本地接入网或居民接入网。
接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网。
接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器(也称为边缘路由器)之间的一种网络。从覆盖范围看，很多接入网还属于局域网。从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用。
1.6计算机网络的性能
计算机网络性能的重要性能指标：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间RTT、利用率
1.6.1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，也称为数据率或比特率。
速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，单位是bit/s，b/s，bps。
比特(bit)是计算机中数据量的单位，也是信息论中的信息量的单位。(千、兆、吉、太、拍、艾、泽、尧)
当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而非网络实际上运行的速率。
2、带宽(bandwidth)
带宽有两种不同的意义：
①带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。这种意义上的带宽的单位是赫（千赫、兆赫、吉赫）。表示某信道允许通过的信号频带范围也称为该信道的带宽(或通频带)。
②在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。这种意思的带宽的单位就是数据率的单位bit/s。
信道的带宽越宽，可以传输的数据传输率越高。
3、吞吐量(throughput)
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。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道 实际上到底有多少数据量能够通过网络。而吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
4、时延(delay or latency)
时延是指数据(一个报文或分组、甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。时延是一个很重要的性能指标，它有时也称为延迟或迟延。
（1）发送时延(transmission delay) 是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间。
发送时延 = 数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)
发送时延并不是固定不变的，而是与发送的帧长成正比，与发送速率成反比。
(2)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 = 信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)
电磁波在自由空间的传播速率是光速(3X105km/s)。电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间中要略低一些：在铜线电缆中的传播约为：2.3X105km/s，在光纤中传播速率为2X105km/s。
这两种实验有本质上的不同。
发送时延发生在 机器内部的发送器中与 传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系。
传播实验则发生在 机器外部的传输信道媒体上，而与 信号的发送速率无关，信号传送的距离越远，传播时延就越大。
（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。
（4）排队时延 分组在经过网络传输时，要经过很多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。
所以数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和：
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
一般来说，小时延的网络要优于大时延的网络。
对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率(这是光速的数量级)，取决于通信线路的介质材料，而与数据的发送速率并无关系，提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。
5、时延带宽积
传播时延和带宽相乘，可以得到一个有用的度量，传播时延带宽积：
时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
链路上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
在计算机网络中，往返时间RTT(Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标。因为在许多情况下，互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的，往返所走的通道可能是不同的。
发送时间 = 数据长度/发送速率
而对方收到来自发送方的信息后，会返回确认消息，此时发送方才能继续向接收方继续发送信息。则此时可以算出有效数据率。
有效数据率 = 数据长度/(发送时间+RTT)
在互联网汇总，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。当使用卫星通信时，往返时间RTT相对较长，是很重要的一个性能指标
7、利用率
利用率分为信道利用率和网络利用率。
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为零。
网络利用率：则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率越高越好。根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。
令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，在适当的假定条件下，可以用该公式表示D，D0和利用率U之间的关系：
D=D0/(1-U)
U是网络的利用率，数值在0-1之间。当网络的利用率达到其容量的1/2时，时延就会加倍。当网络的利用率接近最大值1时，网络的时延就趋于无穷大，因此：信道或网络的利用率过高就会造成非常大的时延。
1.6.2计算机网络的非性能特征
1、费用
网络的价格。一般来说，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建的质量，以及这些构建是怎样组成网络的。网络的质量影响到很多方面，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，也容易得到技术上的支持。
4、可靠性
可靠性与网络的质量和性能都有密切关系。
5、可扩展性和可升级性
在构建网络时应当考虑到今后可能会需要扩展和升级。网络的性能越高，其扩展费也越高，难度也相应增加。
6、易于管理与维护
网络若没有良好的管理和维护，就很难达到和保持所设计的性能。
1.7计算机网络体系结构
1.7.1计算机网络体系结构的形成
在两台计算机之间必须有一条传送数据的通道。但这远远不足，还需要有以下几项工作：
（1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活——(发出一些指令，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，如数传送错误、重复或丢失，网络中某个节点交换机出现故障等，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。
由此可见，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设计时就提出了分层的方法。分层可将庞大而又复杂的问题，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，美国IBM公司宣布了 系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）。不久后其他公司也推出了自己公司的体系结构。不同的网络体系机构出现后，使用同一个公司生产的各种设备都能够很容易地互联成网。但由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难连通。
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与1977年成立专门机构研究该问题，并提出了这个框架——开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model),简称OSI。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ISO 7489国际标准，也就是七层协议的体系结构。
然后到了20世纪90年代初，虽然整套的ISO国际标准都已经制定出来了，但由于基于TCP/IP的互联网已抢先在全球相当大的范围成功地运行。OSI失败的原因可归纳为：
①OSI的专家缺乏实际经验，在完成OSI标准时缺乏商业驱动力。
②OSI的协议实现起来过分复杂，而且运行效率低。
③OSI标准的制定周期长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场。
④OSI的层次划分不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。
得到最广泛应用的不是法律上的国际标准ISO，而是非国际标准TCP/IP。——TCP/IP就被成为是事实上的国际标准。
1.7.2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，要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。进一步的讲，网络协议主要由三个要素组成：
①语法，即数据与控制信息的结构和格式
②语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种响应
③同步，即事件实现顺序的详细说明。
计算机网络体系结构是指计算机网络的分层，每一层应具有的功能以及每一层所用到的协议的集合。
分层可以带来的的好处：
（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所提供的服务。
（2）灵活性好。当任何一层发生变化时，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，甚至可以将这层取消。
（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。
分层时应注意使每一层的功能非常明确。若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。但层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程中遇到较多的困难。通常各层所需要完后的功能主要有以下这些：
①差错控制 使相应层次对等方的通信更加可靠。
②流量控制 发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。
③分段和重装 发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。
④复用和分用 发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。
⑤连接建立和释放 交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。
计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构(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。
1.7.3具有五层协议的体系结构
1.应用层（application layer）——（包含了OSI模型的应用层、表示层、会话层）
应用层是体系结构中最高层。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。这里的进程是指主机中正在运行的程序。我们将应用层交互的数据单位称为报文（message）
OSI中的端到端层：
（1）应用层和TCP/IP相同
（2）表示层：处理两个系统间交换信息的语法与语义问题。①数据表示转化——转换为主机独立的编码。②加密/解密
（3）会话层：建立、维护和管理会话。①对话控制——建立、维护②对话同步——在数据流中插入“同步点”
2.运输层(transport layer)
运输层的任务就是负责向两台主机之间的通信提供通用的数据传输服务。①分段与重组②负责源——目标（端——端）进程间完成报文传输③SAP寻址④连接控制⑤流量控制⑥差错控制应用进程利用该服务传送应用层报文。
通用是指并不针对某个特定网络应用，而是多种应用可以使用同一个运输层服务。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：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用：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、尽最大努力的数据传输服务，不保证数据传输的可靠性，其数据传输单位是用户数据报。
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。①负责源主机到目的主机数据分组交付②逻辑地址——全局唯一逻辑地址③路由④分组转发
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为分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用ip协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称数据报。
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去的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机。
互联网是由大量的异构网络通过路由器相互连接起来的。互联网使用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，因此互联网的网络层也叫作网际层或IP层。
4.数据链路层(data link layer)
数据链路层简称为链路层。实现系统间二进制信息块正确传输，为上一层提供可靠、无错误的数据①负责结点——结点数据传输②组装成帧③物理寻址④流量控制⑤差错控制⑥访问控制
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。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）。
在接收数据时，控制信息使接收端能够知道一个帧从那个比特开始到那个比特结束。这样，数据链路层在收到一个帧之后，就可以从中取出数据部分，上交到网络层。
控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中无差错。如发现差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续在网络中传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正数据在数据链路层传输时出现的差错，就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。
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(0)时，接收方应当收到1(0)。则物理层解决单一比特的传输问题。①定义或规范接口特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性②比特编码：如何表示0/1③数据率——定义数据传输速率④比特同步——发送方发送比特后，接收方能顺利得到比特⑤传输模式：单工、半双工、全双工。
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引脚应如何连接。
OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)
PDU主要包括：
①地址：标识发送端/接收端
②差错检测编码(并不是所有协议都有)：用于差错检错或纠正
③协议控制：实现协议功能的附加信息
1.7.4实体、协议、服务和服务访问点
实体(entity):标识任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
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。协议的语法方面的规则定义了所交换的信息的格式，而协议的语法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。
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。另外，并非在一个层内完成的全部功能都称为服务。只有那些能被高一层实体”看得见”的功能才能被称为服务。
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ISO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(Service Access Point)：就是一个逻辑接口，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把层与层之间的交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(Service Data Unit)，与PDU不同。(可以是多个SDU合并为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU)。
两种参考模型OSI和TCP/IP的区别
①层次不同：OSI七层，TCP/IP四层
②服务、接口和协议等概念的明确度不同
OSI明确了服务、接口和协议等概念的，TCP/IP没有明确
③支持的服务类型
OSI支持面向连接和无连接服务、而TCP/IP只支持无连接服务
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