计算机网络的相关标准

5.4　计算机网络的相关标准

5.4.1　OSI参考模型

在制定计算机网络标准方面起重要作用的两大国际组织：国际标准化组织（ISO）与国际电信联盟（ITU，其前身为国际电报电话咨询委员会CCITT）。ITU与ISO的工作领域是不同的，ITU主要从通信的角度考虑一些标准的制定，而ISO则关心信息的处理与网络体系结构。但是随着科学技术的发展，通信与信息处理之间的界限变得比较模糊，于是通信与信息处理都成为ISO和ITU共同关心的领域。

1978年，ISO提出了著名的开放系统互联参考模型——OSI/RM（Open System Interconnect/Reference Model），它定义了网络互联的七层框架，在该框架下，进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互联性和互操作性。该模型成为指导计算机网络发展的标准协议。

OSI参考模型为设计网络互联系统提供了概念框架，它包含七层结构，如图5-5所示。每一层均有自己的一套功能集和协议。OSI参考模型的七层自底向上分别为：物理层（Physical Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）和应用层（Application Layer）。其中各层的基本作用如下：

图5-5　OSI参考模型

物理层：在OSI参考模型中，物理层是参考模型的最底层。物理层的主要功能是利用传输介质为通信的网络节点之间建立、管理和释放物理连接，实现比特信息的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。物理层的数据传输单位是比特（Bit）。

数据链路层：数据链路层的主要功能是在物理层提供服务的基础上，在通信实体间建立数据链路连接，传输以帧为单位的数据，并采用差错控制与流量控制的方法，保证数据的无差错传输。数据链路层的数据传输单位是帧（Frame）。

网络层：网络层的主要功能是通过路由算法为数据包选择最合适的传输路径，以及实现拥塞控制、网络互联等功能。网络层的数据传输单位是包（Packet）。

传输层：传输层的主要功能是向用户提供可靠的端到端的服务。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因此它是计算机通信体系结构中关键的一层。

会话层：会话层的主要功能是负责两个节点之间会话连接的建立、管理和终止，以及数据的交换。

表示层：表示层的主要功能是用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

应用层：应用层是参考模型的最高层，它的主要功能是为应用程序提供网络服务。

开放系统互联（OSI）中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循统一标准的其他任何系统进行通信。在OSI标准的制定过程中，采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构方法。

5.4.2　TCP/IP协议模型

OSI参考模型的研究初衷是希望为网络体系结构和协议的发展提供一种国际标准，但是Internet在全球的飞速发展，使得TCP/IP协议已成为当前的工业标准或“事实上的标准”。

ARPAnet是最早出现的计算机网络之一，现代计算机网络的很多概念和方法都是从ARPAnet的基础上发展起来的，TCP/IP网络协议的出现也是源于ARPAnet，并成为后来Internet广泛采用的协议。在TCP/IP协议出现后，出现了TCP/IP参考模型。

TCP/IP是一个协议簇的简称，其核心协议就是TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）两个协议。其他的主要协议还包括传输层的UDP（用户数据报协议）以及互联网层的ICMP（网际控制报文协议）、IGMP（网际组报文协议）以及ARP（地址解析协议）和RARP（逆向地址解析协议）。

TCP/IP协议从发展到现在共出现了6个版本，其中后3个版本是版本4、版本5、版本6。目前我们使用的是版本4，版本4的网络层IP协议被称为IPv4，IPv4在使用过程中逐渐发现一些问题，如32位的地址空间不足、安全性无法保证等。因此希望能够对其进行改进。版本5是基于OSI参考模型提出的，由于变化较大，因此一直处于建议阶段而没有形成标准。版本6的网络层IP协议被称为IPv6，IPv6作为下一代的IP协议目前正在试验与推广之中。

TCP/IP参考模型分为四个层次如图5-6所示，从高到低分别是应用层（Application Layer）、传输层（Transport Layer）、互联网络层（Internet Layer）、主机—网络层（Host to Network Layer）。其中，TCP/IP参考模型的应用层与OSI参考模型的应用层相对应；TCP/IP参考模型的传输层与OSI参考模型的传输层相对应；TCP/IP参考模型的互联网络层与OSI参考模型的网络层相对应；TCP/IP参考模型的主机—网络层与OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应。在TCP/IP参考模型中，对OSI参考模型的表示层、会话层没有对应的协议。

图5-6　TCP/IP参考模型

5.4.3　局域网标准

局域网是20世纪70年代后迅速发展起来的计算机网络，尽管局域网从试验技术到成为广泛使用的实用技术只有20多年的时间，但局域网技术发展十分迅速，目前已在企业、机关、学校等信息管理与信息服务领域得到了广泛应用。

在局域网中，以太网（Ethernet）是目前最有影响力的局域网，由于组网简单、费用较低，已被广泛应用。1980年，Xerox、DEC、Intel三家公司合作，第一次公布了以太网的规范。1980年2月，IEEE（国际电子电气工程师协会）成立了局域网标准委员会，专门从事局域网标准化工作，IEEE 802.3标准就是在上述规范的基础上制定的，它的制定推动了以太网技术的发展和广泛应用。

早期的以太网使用的传输介质是同轴电缆，造价比较高。1990年IEEE 802.3标准中的10Base-T的推出，使得普通双绞线就可以作为以太网的传输介质。使用双绞线后，以太网造价降低，性能价格比大大提高，这使得以太网在各种局域网产品的竞争中占有明显的优势。目前以太网可以利用同轴电缆、双绞线、光缆、无线等不同的传输介质进行组网。

随着以太网技术的发展，又出现了快速以太网、千兆以太网和万兆以太网。因此IEEE又分别制定了快速以太网标准IEEE 802.3u、千兆以太网标准IEEE 802.3z以及万兆以太网标准IEEE 802.3ae等，目前千兆以太网已经成为大、中型局域网系统主干网的首选方案。