计算机网络的概念和分类

概念：计算机网络，是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的具有独立功能的多个系统互相连接起来，在网络的支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。计算机网路是一些互联的、自治的计算机系统的集合。
注：通信线路和通信设备，是网络世界的物理载体；数据通信和资源共享，是使用计算机网络的目的。
计算机网络的另一个定义（课本定义）：由一些通用的、可编程的硬件互联而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的的，这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

分类：
按照网络的作用范围进行分类：广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN和个人区域网PAN。

局域网较小，覆盖距离可以是几百米到几千米；广域网，它的覆盖范围很大，一般是国家或地区之间；城域网，作用距离约为5~50km，一般是街区或城市。

按照网络的使用者进行分类：公用网和专用网。

OSI参考模型

OSI模型把网络通信的工作分为7层，它们由低到高分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。第一层到第三层属于OSI参考模型的低三层，负责创建网络通信连接的链路；第五层到第七层为OSI参考模型的高三层，具体负责端到端的数据通信；第四层负责高低层的连接。每层完成一定的功能，每层都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持。
OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元PDU。
而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：
传输层——数据段（Segment）
网络层——分组（数据包）（Packet）
数据链路层——数据帧（Frame）
物理层——比特（Bit）

1.物理层

物理层是OSI分层结构体系中最重要、最基础的一层，它建立在传输媒介基础上，起建立、维护和取消物理连接作用，实现设备之间的物理接口。物理层只接收和发送一串比特(bit)流，不考虑信息的意义和信息结构。
物理层包括对连接到网络上的设备描述其各种机械的、电气的、功能的规定。具体地讲，机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等；功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义，即定义了DTE（数据终端设备）和DCE（数据通信设备）之间各个线路的功能；过程特性定义了利用信号线进行bit流传输的一组操作规程，是指在物理连接的建立、维护、交换信息时，DTE和DCE双方在各电路上的动作系列。物理层的数据单位是比特。
物理层的典型设备：光纤、同轴电缆、双绞线、中继器和集线器、网卡。

2.数据链路层

在物理层提供比特流服务的基础上，将比特信息封装成数据帧(Frame)，起到在物理层上建立、撤销、标识逻辑链接和链路复用以及差错校验等功能。通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址。建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，同时为其上面的网络层提供有效的服务
数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。
在这一层，数据的单位称为帧（frame）。
数据链路层的典型设备：二层交换机、网桥。

3.网络层

网络层也称通信子网层，是高层协议之间的界面层，用于控制通信子网的操作，是通信子网与资源子网的接口。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。网络层将解封装数据链路层收到的帧，提取数据包，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。
网络层典型设备：路由器。

4.传输层

传输层建立在网络层和会话层之间，实质上它是网络体系结构中高低层之间衔接的一个接口层。用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序（端口号）。传输层不仅是一个单独的结构层，它还是整个分层体系协议的核心，没有传输层整个分层协议就没有意义。
传输层的数据单元是由数据组织成的数据段（segment）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。

5.会话层

这一层也可以称为会晤层或对话层，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。
会话层提供的服务可使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。

6.表示层

表示层对向上应用层服务，向下接收来自会话层的服务。表示层是为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它关心的只是发出信息的语法与语义。表示层要完成某些特定的功能，主要有不同数据编码格式的转换，提供数据压缩、解压缩服务，对数据进行加密、解密。例如图像格式的显示，就是由位于表示层的协议来支持。
表示层为应用层提供服务包括语法选择、语法转换等。语法选择是提供一种初始语法和以后修改这种选择的手段。语法转换涉及代码转换和字符集的转换、数据格式的修改以及对数据结构操作的适配。

7.应用层

网络应用层是通信用户之间的窗口，为用户提供网络管理、文件传输、事务处理等服务。其中包含了若干个独立的、用户通用的服务协议模块。网络应用层是OSI的最高层，为网络用户之间的通信提供专用的程序。

综上，详细介绍了OSI模型，通过 OSI 模型，信息可以从一台计算机的软件应用程序传输到另一台的应用程序上。OSI的七层运用各种各样的控制信息来和其他计算机系统的对应层进行通信。这些控制信息包含特殊的请求和说明，它们在对应的 OSI 层间进行交换。每一层数据的头和尾是两个携带控制信息的基本形式。在给定的某一 OSI 层，信息单元的数据部分包含来自于所有上层的头和尾以及数据，这称之为封装。

OSI参考模型各层功能

1.物理层，主要功能为物理连接和接口电器特性的定义。物理连接包括实体线路连接和无线连接；接口电器特性包括连接器件的材质，规格，线路上电位高低等内容。
2.数据链路层，主要功能为流量控制和差错控制。流量控制，即通信双方速度存在差异，需要协调匹配通信正常。差错控制，即在数据传输过程中，出现错误如何发现，如何更正。局域网实现，主要在数据链路层。
3.网络层，主要功能为管理数据通信，实现点到点的数据传送服务，即将数据设法从源站点经过若干个中间节点传送到目的端站点。网络层主体协议是IP协议。
4.传输层，主要功能为负责总体的数据传输和数据控制。传输层在整个OSI模型中非常重要，主要有两个协议工作：TCP和UDP。TCP是传输控制协议，UDP是用户报文协议。
5.会话层，主要功能是为通信进程建立连接。
6.表示层，主要功能是进行加密和压缩。
7.应用层，主要功能是提供应用程序进入OSI模型的入口。OSI模型的第5到7层在TCP/IP体系结构中被简化为应用层。

数据传输过程

数据在源节点计算机向下传递的时候，到达一层，加上这一层的控制信息，称之为首部，在数据链路层还有尾部。数据在目的节点计算机向上传递的时候，到达一层，去掉这一层的控制信息。