计算机网络——计算机网络概述

计算机网络概述

一、计算机网络基本概念

（一）计算机网络的定义

一般认为，计算机网络是一个将众多分散的、自治的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

1. 计算机网络(简称网络)

由若干结点(node，或译为节点)和连接这些结点的链路(link)组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

2. internet(互连网)

是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。计算机网络之间可通过路由器互连，构成一个覆盖范围更广的计算机网络，这样的网络称为互连网(internet)，因此互连网通常被称为网络的网络。计算机网络把许多计算机连在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连在一起。组成互连网的计算机网络之间可以使用任意的通信协议作为通信规则，不一定非要使用 TCP/IP 协议。

3. Internet(互联网或因特网)

是一个专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络和路由器互连而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信规则。

因此，(计算机)网络把许多计算机连接在一起，而互连网(internet)则把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。互联网(Internet)是全球性的也是最大范围的互连网。

（二）计算机网络的组成

从不同的角度看，可以将计算机网络看成不同的组成。

1. 从组成部分看

计算机网络主要由硬件、软件、协议三大部分组成。

硬件主要由主机(也称端系统)、通信链路(如双绞线、光纤)、交换设备(如路由器、交换机等)和通信处理机(如网卡)等组成。

软件主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件(如E-mail 程序、FTP程序、聊天程序等)。

协议是计算机网络的核心，如同交通规则制约汽车驾驶一样，协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。

2. 从工作方式看

课本p9-p12详细介绍了计算机网络的边缘部分，其中着重强调了端系统之间的两种通信方式，p12-p17着重介绍了计算机网络的核心部分以及介绍了三种交换方式的不同，三种交换方式的介绍放在后文第（五）部分中介绍。

计算机网络(这里主要指 Internet，即互联网)可分为边缘部分和核心部分。

边缘部分由所有连接到互联网上的供用户直接使用的主机组成，用来进行通信(如传输数据、音频或视频)和资源共享。

在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)。

核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成，它为边缘部分提供连通性和交换服务。

网络核心部分是互联网中最复杂的部分，因为网络中的核心部分要向网络边缘部分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与其他主机通信。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)，它是一种专用计算机(但不叫作主机)。路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

3. 从功能组成上看

计算机网络由通信子网和资源子网组成。

通信子网由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，它使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力，实现联网计算机之间的数据通信。

资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。

（三）计算机网络的功能

计算机网络的功能很多，现今的很多应用都与网络有关，主要有以下五大功能。

1. 数据通信

数据通信是计算机网络最基本和最重要的功能，用来实现联网计算机之间各种信息的传输，并联系分散在不同地理位置的计算机，进行统一的调配、控制和管理。例如，文件传输、电子邮件等应用，离开了计算机网络就无法实现。

2. 资源共享

资源共享既可是软件共享、数据共享受又可是硬件共享，它使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，从而极大地提高了硬件资源、软件资源和数据资源的利用率。

3. 分布式处理

当计算机网络中的某个计算机系统负荷过重时，可将其处理的某个复杂任务分配给网络中的其他计算机系统，从而利用空闲计算机资源来提高整个系统的利用率。

4. 提高可靠性

计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机。

5. 负载均衡

将工作任务均衡地分配给计算机网络中的各台计算机。

除了以上几大主要功能，计算机网络还可实现电子化办公与服务、远程教育、娱乐等功能，满足了社会的需求，方便了人们的学习、工作和生活，具有巨大的经济效益。

（四）互联网的基本特点

1. 连通性

所谓连通性(connectivity)，就是互联网使上网用户之间，不管相距多远(例如，相距数千公里)，都可以非常便捷、非常经济地(在很多情况下甚至是免费的)交换各种信息(数据，以及各种音频、视频)，好像这些用户终端都彼此直接连通一样。这与使用传统的电信网络有着很大的区别。我们知道,传统的电信网向用户提供的最重要的服务就是人与人之间的电话通信，因此电信网也具有连通性这个特点。但使用电信网的电话用户，往往要为此向电信网的运营商缴纳相当昂贵的费用，特别是长距离的越洋通信。但应注意，互联网具有虚拟的特点。例如，当你从互联网上收到一封电子邮件时，你可能无法准确知道对方是谁(朋友还是骗子)，也无法知道发信人的地点(在附近，还是在地球对面)。

2. 共享

所谓共享就是指资源共享。资源共享的含义是多方面的，可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。例如，互联网上有许多服务器(就是一种专用的计算机)存储了大量有价值的电子文档(包括音频和视频文件)，可供上网的用户很方便地读取或下载(无偿或有偿)。由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样，使用非常方便。

（五）电路交换、报文交换、分组交换

在网络核心部分起重要作用的是路由器(router)，它对收到的分组进行存储转发来实现分组交换。要了解分组交换的原理，首先就要学习电路交换的相关概念。

1. 电路交换

(1)电路交换的概念

最典型的电路交换网是传统电话网，如下图所示。从通信资源分配的角度看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换分为三步：连接建立、数据传输和连接释放。在进行数据传输前，两个结点之间必须先建立一条专用(双方独占)的物理通信路径(由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成)，该路径可能经过许多中间结点。在数据传输过程中，这一物理通信路径始终被用户独占，直到通信结束后才被释放。

在电路交换的整个通信阶段，比特流连续地从源点直达终点，就好像在一个管道中传送。

(2)电路交换的优点

1. 通信时延小。因为通信线路为通信双方专用，数据直达，所以传输时延非常小。
2. 有序传输。双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。
3. 没有冲突。不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题。
4. 适用范围广。电路交换既适用于传输模拟信号，又适用于传输数字信号。
5. 实时性强。通信双方之间的物理通路一旦建立，双方就可随时通信。
6. 控制简单。电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单。

(3)电路交换的缺点

1. 建立连接时间长。电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长。
2. 线路利用率低。物理通路被通信双方独占,即使线路空闲,也不能供其他用户使用。
3. 灵活性差。物理通路中的任何一点出现故障,就必须重新拨号建立新的连接。
4. 难以规格化。不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信。
5. 难以实现差错控制。中间结点不具备存储和检验数据的能力,无法发现并纠正错误

2. 报文交换

(1)报文交换的概念

数据交换的单位是报文，用户数据加上源地址、目的地址等信息后，后封装成报文(message)。报文交换采用存储转发技术，整个报文先传送到相邻的结点，全部存储后查找转发表，转发到下一个结点，如此重复，直至到达目的结点。每个报文都可单独选择到达目的结点的路径。

(2)报文交换技术的优点

1. 无须建立连接。通信前无须建立连接,没有建立连接时延,用户可随时发送报文。
2. 动态分配线路。交换设备存储整个报文后,选择一条合适的空闲线路,转发报文。
3. 线路可靠性高。若某条传输路径发生故障,则可重新选择另一条路径传输数据。
4. 线路利用率高。报文在哪段链路上传送时才占用这段链路的通信资源。
5. 提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址。

(3)报文交换技术的缺点

1. 转发时延高。交换结点要将报文整体接收完后,才能查找转发表转发到下一个结点。
2. 缓存开销大。报文的大小没有限制,这就要求交换结点拥有较大的缓存空间。
3. 错误处理低效。报文较长时,发生错误的概率相对更大,重传整个报文的代价也很大。

3. 分组交换

(1)分组交换的概念

分组交换也采用存储转发技术，但解决了报文交换中报文过长的问题。若报文太长，则对交换结点的缓存容量就有很大的需求，在错误处理方面也比较低效。源结点在发送之前，先把较长的报文划分成若干较小的等长数据段，在每个数据段前面添加一些由必要控制信息(如源地址、目的地址和编号信息等)组成的首部，构成分组(Packet)，如下图所示。

源结点将分组发送到分组交换网中，分组交换网中的分组交换机收到一个分组后，先将其缓存，然后从其首部中提取目的地址，据此查找自己的转发表,再后将分组转发给下一个分组交换机。经过多个分组交换机的存储转发后，分组最终到达目的结点。

(2)分组交换的优点

1. 无建立时延。通信前无须建立连接,没有建立连接时延,用户可随时发送分组。
2. 线路利用率高。分组在哪段链路上传送时才占用这段链路的通信资源。相比采用电路交换传送突发式的计算机数据,分组交换的通信线路利用率大大提高。
3. 简化了存储管理(相对于报文交换)。因为分组的长度固定,相应缓冲区的大小也固定,在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理,相对比较容易。
4. 加速传输。分组是逐个传输的,可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行,这种流水线方式减少了报文的传输时间。此外,传输一个分组比传输一次报文所需的缓冲区小得多,这样,因缓冲区不足而等待发送的概率及时间必然也少得多。
5. 减小了出错概率和重发数据量。因为分组较短,其出错概率必然减小,所以每次重发的数据量也就大大减少,这样不仅提高了可靠性,而且减小了传输时延。

(3)分组交换的缺点

1. 存在存储转发时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延小，但相对于电路交换仍存在存储转发时延，且其结点交换机必须具有更强的处理能力。
2. 需要传输额外的信息量。每个小数据段都要加上控制信息以构成分组，这使得传送的信息量增大了5%~10%，进而使得控制复杂，降低了通信效率，增大了处理的时延。
3. 当分组交换网采用数据报服务时,可能出现失序、丢失或重复分组的情况，分组到达目的结点时,要对分组按编号进行排序等工作，而这些工作很麻烦。若采用虚电路服务，则虽然没有失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

4. 三种交换技术的示意图

（六）计算机网络的分类

1. 按分布范围分类

1. 广域网(WAN)。广域网的任务是提供长距离通信，运送主机所发送的数据，其覆盖范围通常是直径为几十到几千千米的区域。广域网是互联网的核心部分。连接广域网的各结点交换机的链路一般都是高速链路，具有较大的通信容量。
2. 城域网(MAN)。城域网的覆盖范围可以跨越几个街区甚至整个城市，覆盖区域的直径为5~50km。城域网大多采用以太网技术，因此有时也常并入局域网的范围讨论。
3. 局域网(LAN)。局域网一般用主机通过高速线路相连，覆盖范围较小，通常是直径为几十到几千米的区域。传统上，局域网使用广播技术，而广域网使用交换技术。
4. 个人区域网(PAN)。个人区域网是指在个人工作的地方将消费电子设备(如平板电脑、智能手机等)用无线技术连接起来的网络，也称无线个人区域网(WPAN)。

2. 按传输技术分类

1. 广播式网络。所有联网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他计算机都会“收听”到这个分组。接收到该分组的计算机将通过检查目的地址来决定是否接收该分组。局域网基本上都采用广播式通信技术，广域网中的无线、卫星通信网络也采用广播式通信技术。
2. 点对点网络。每条物理线路连接一对计算机。若通信的两台主机之间没有直接连接的路，则它们之间的分组传输就要通过中间结点进行存储和转发，直至目的结点。

3. 按拓扑结构分类

网络拓扑结构是指由网中结点(路由器、主机等)与通信线路之间的几何关系表示的网络主要指通信子网的拓扑结构。按网络的拓扑结构，可分为总线形、星形、环形和网状网络等。如下图所示。星形、总线形和环形网络多用于局域网，网状网络多用于广域网。

1. 总线形网络。用单根传输线把计算机连接起来。优点是建网容易、增/减结点方便、节省线路。缺点是重负载时通信效率不高、总线任意一处对故障敏感。
2. 星形网络。每个终端或计算机都以单独的线路与中央设备相连。中央设备一般是交换机或路由器。优点是便于集中控制和管理。缺点是成本高、中央设备对故障敏感。
3. 环形网络。所有计算机接口设备连接成一个环。环形网络最典型的例子是令牌环局域网。环既可以是单环，又可以是双环，环中信号是单向传输的。
4. 网状网络。一般情况下，每个结点至少有两条路径与其他结点相连，多用在广域网中。其有规则型和非规则型两种。优点是可靠性高。缺点是控制复杂、线路成本高。

以上4种基本的网络拓扑结构可以互连为更复杂的网络。

4. 按使用者分类

1. 公用网(Publie Network)。指电信公司出资建造的大型网络。“公用”的意思是指所有愿意按电信公司的规定缴纳费用的人都可使用这种网络。
2. 专用网(Private Network)。指某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络。这种网络不向本单位外的人提供服务,如铁路、电力、军队等部门的专用网。

5. 按传输介质分类

传输介质可分为有线和无线两大类，因此网络可分为有线网络和无线网络。有线网络又可分双绞线网络、同轴电缆网络等，而无线网络又可分为蓝牙、微波、无线电等类型。

（七）计算机网络的主要性能指标

性能指标从不同方面度量计算机网络的性能。常用的性能指标如下。

1. 速率(Speed)。指连接到网络上的结点在数字信道上传送数据的速率，也称数据传输速率、数据传输率、数据率或比特率，单位为b/s(比特/秒)或bit/s(有时也写为bps)。当数据率较高时，可用kb/s(k=10)、Mb/s (M=10)或Gb/s(G=10)表示。
2. 带宽(Bandwidth)。带宽原本表示通信线路允许通过的信号频率范围，单位是赫兹(Hz)。但在计算机网络中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据传输速率”的同义语，单位是比特/秒(b/s)。
3. 吞吐量(Throughput)。指单位时间内通过某个网络(或吐量)常用在对实际网络的测量中，受网络带宽的限制。
4. 时延(Delay)。指数据(一个报文或分组)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的总时间，它由4部分构成：发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。

分组交换网中各种时延的计算(2010、2013、2023)

• 发送时延，也称传输时延。结点将分组的所有比特推向链路所需的时间，即从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。

发送时延=分组长度/发送速率

• 传播时延。电磁波在信道(传输介质)中传播一定的距离所花的时间，即一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间。

传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

区分传输时延和传播时延。传输时延是路由器将分组推出所需的时间，是分组长度和链路谕速率的函数。传播时延是一个比特从一台路由器传播至另一台路由器所需的时间，是两台由器之间距离的函数，而与分组长度或链路传输速率无关。

• 处理时延。数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要处理所花的时间。例如，分析分组的首部、从分组中提取数据、差错检验或查找合适的路由等。
• 排队时延。分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。路由器确定转发端口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就产生了排队时延。因此，数据在网络中经历的总时延就是以上4部分时延之和：
  总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

处理时延和排队时延通常可忽略不计(除非另有说明)。

5. 时延带宽积。指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已发出了多少比特，又称以比特为单位的链路长度，即时延带宽积=传播时延x信道带宽。如下图所示，考虑一个代表链路的圆柱形管道，其长度表示链路的传播时延，横截面积表示链路带宽，则时延带宽积表示该管道可以容纳的比特数量。

6. 往返时延(Round-Trip Time，RTT)。指从发送端发出一个短分组，到发送端收到来自接收端的确认(接收端收到数据后立即发送确认)总共经历的时延。在互联网中，往返时延还包括各中间结点的处理时延、排队时延及转发数据时的发送时延。
7. 信道利用率。用以指出某个信道有百分之多少的时间是有数据通过的。

信道利用率=有数据通过时间/(有+无)数据通过时间

二、计算机网络体系结构

（一）计算机网络分层结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构(Architecture)。换言之，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其所应完成的功能的精确定义。要强调的是，这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，是一个遵循这种体系结构的实现(Implementation)问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。计算机网络体系结构通常都具有可分层的特性，它将复杂的大系统分成若干较容易实现的层次。

分层的基本原则如下:

1. 每层都实现一种相对独立的功能，降低大系统的复杂度。
2. 各层之间的接口自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
3. 各层功能的精确定义独立于具体的实现方法，可以采用最合适的技术来实现。
4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5. 整个分层结构应能促进标准化工作。

在计算机网络分层结构中，第n层中的活动元素通常称为第n层实体。具体来说，实体指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程，通常是某个特定的软件模块。不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体。第n层实体实现的服务为第n+1层所用。在这种情况下，第n层称为服务提供者，第n+1层则服务于用户。

在计算机网络体系结构中，对等层之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元(PDU)，第n层的 PDU 记为n-PDU。各层的 PDU 都分为数据和控制信息两部分。

服务数据单元(SDU)：为完成用户所要求的功能而传送的数据。第n层的SDU记为n-SDU。

协议控制信息(PCI)：控制协议操作的信息。第n层的PCI记为n-PCI。

每层的协议数据单元都有一个通俗的名称，如物理层的PDU称为比特流，数据链路层的PDU称为帧，网络层的PDU称为分组，传输层的PDU称为报文段。当在各层之间传输数据时，将从第n+1层收到的PDU作为第n层的SDU，加上第n层的PCI,就封装成了第n层的PDU，交给第n-1层后作为SDU发送，接收方接收时做相反的处理，因此可知三者的关系为n-SDU+n-PCI=n-PDU=(n-1)-SDU，其变换过程如下图所示。

具体地，层次结构的含义包括如下几方面：

1. 第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自身定义的功能，而且要向第n+1层提供本层的服务，该服务是第n层及其下面各层提供的服务总和。
2. 最低层只提供服务，是整个层次结构的基础：最高层面向用户提供服务。
3. 上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务，而不能调用其他层的服务。
4. 当两台主机通信时，对等层在逻辑上有一个直接信道，表现为能直接将信息传送到对方。

（二）计算机网络协议、接口、和服务的概念

1. 协议

要在网络中做到有条不紊地交换数据，就必须遵循一些事先约定好的规则，其规定了所交换数据的格式及有关的同步问题。为了在网络中进行数据交换而建立的这些规则、标准或约定称为网络协议(Network Protocol)，是控制在对等实体之间进行通信的规则的集合，是水平的。不对等实体之间是没有协议的，如用TCP/IP协议栈通信的两个结点A和结点B，结点A的传输层和结点B的传输层之间存在协议，但结点A的传输层和结点B的网络层之间不存在协议。

协议由语法、语义和同步三部分组成。

1. 语法。数据与控制信息的格式。例如,TCP报文段格式就是由TCP协议的语法定义的。
2. 语义。即需要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答。例如，在建立TCP连接的三次握手时所执行的操作就是由TCP协议的语义定义的。
3. 同步(或时序)。执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。例如，建立TCP连接的三次握手操作的时序关系就是由TCP协议的同步定义的。

2. 接口

同一结点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点(Service Access Point，SAP)。每层只能为紧邻的层之间定义接口，而不能跨层定义接口。服务是通过SAP提供给上层使用的，第n层的SAP就是第n+1层可以访问第n层服务的地方。

再次强调5个不得不知的专业术语:

1. 服务数据单元(SDU)。第n层的服务数据单元，记作 n-SDU。
2. 协议控制信息(PCI)。第n层的协议控制信息，记作n-PCI。
3. 接口控制信息(ICI)。第n层的接口控制信息，记作n-ICI。
4. 协议数据单元(PDU)。第n层的服务数据单元(SDU)+第n层的协议控制信息(PCI)=第n层的协议数据单元，即n-SDU+n-PCI=n-PDU,表示的是同等层对等实体间传送的数据单元。另外，n-PDU=(n-1)-SDU。这个公式看完，后面的内容就会很清楚。例如，网络层的整个IP分组交到数据链路层，整个IP分组成为数据链路层的数据部分(现在不理解可直接跳过)。
5. 接口数据单元(IDU)。第n层的服务数据单元(SDU)+第n层的接口控制信息(ICI)=第n层的接口数据单元，即n-SDU±ICI=n-IDU，表示的是在相邻层接口间传送的数据单元。

3. 服务

服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的。对等实体在协议的控制下，使得本层能为上层提供服务，但要实现本层协议，还需要使用下层提供的服务。当上层使用下层提供的服务时，必须与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。OSI参考模型将原语划分为四类：

1. 请求(Request)。由服务用户发往服务提供者，请求完成某项工作。
2. 指示(Indication)。由服务提供者发往服务用户，指示用户做某件事情。
3. 响应(Response)。由服务用户发往服务提供者，作为对指示的响应。
4. 证实(Confirmation)。由服务提供者发往服务用户,作为对请求的证实。

这四类原语用于不同的功能，如建立连接、传输数据和断开连接等。有应答服务包括全部四类原语，而无应答服务则只有请求和指示两类原语。

注意，协议和服务概念上是不一样的。首先，只有本层协议的实现才能保证向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议，即下面的协议对上层的服务用户是透明的。其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但是，服务是“垂真的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。另外，并非在一层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才称为服务。

三种计算机网络提供的服务

计算机网络提供的服务可按以下三种方式分类。

(1)面向连接服务与无连接服务

在面向连接服务中，通信前双方必须先建立连接，分配相应的资源(如缓冲区)，以保证通信能正常进行，传输结束后释放连接和占用的资源。因此这种服务可分为连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。例如，TCP就是一种面向连接服务的协议。

在无连接服务中，通信前双方不需要先建立连接，需要发送数据时可直接发送，将每个带有目的地址的包(报文分组)传送到线路上，由系统选定路线进行传输。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”，是一种不可靠的服务。例如，IP、UDP 就是一种无连接服务的协议。

(2)可靠服务和不可靠服务

可靠服务是指网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地。不可靠服务是指网络只是尽量让数据正确、可靠地传送到目的地，是一种尽力而为的服务。

对于提供不可靠服务的网络，其网络的正确性、可靠性要由应用或用户来保障。例如，用户收到信息后要判断信息的正确性，若不正确，则用户就要把出错信息报告给信息的发送者，以便发送者采取纠正措施。通过用户的这些措施，可将不可靠服务变成可靠服务。

(3)有应答服务和无应答服务

有应答服务是指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不由用户实现。发送的应答既可以是肯定应答，又可以是否定应答，通常在接收到的数据有错误时发送否定应答。例如，文件传输服务就是一种有应答服务。

无应答服务是指接收方收到数据后不自动给出应答。若需要应答，则由高层实现。例如，对于 WWW服务，客户端收到服务器发送的页面文件后不给出应答。

（三）ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型

OSI的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。TCP/IP体系结构则不同，它现在得到了非常广泛的应用。TCP/IP 是一个四层的体系结构，它包含应用层，运输层，网际层和链路层 (网络接口层)。用网际层这个名字是强调本层解决不同网络的互连间题。在互联网的标准文栏[RFC 1122, STD3]中，体系结构中的底层叫作链路层，但接着又说明了链路层就是媒体接入层。但也有把链路层称为网络接口层的[COME06]或子网层的[PETE12]。从实质上讲，TCP/IP只有最上面的三层，因为最下面的链路层并没有属于 TCP/IP 体系的具体协议。链路层所使用的各种局域网标准，并非由IETF而是由IEEE的802委员会下属的各工作组负责制定的。在讲授计算机网络原理时往往采取另外的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用如图所示的五层协议的体系结构，这对阐述计算机网络的原理是十分方便的。

1. OSI参考模型

国际标准化组织 (ISO) 提出的网络体系结构模型称为开放系统互连参考模型 (OSI/RM)，通常简称为OSI参考模型。OSI参考模型有 7层，自下而上依次为物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。低三层统称通信子网，是为联网而附加的通信设备，完成数据的传输功能：高三层统称资源子网，相当于计算机系统，完成数据的处理等功能。传输层承上启下。

层级	名称	功能描述	常见协议/技术	数据单位
7	应用层 (Application)	提供网络服务给用户应用程序，如文件传输、电子邮件、远程登录等。	HTTP, FTP, SMTP, DNS	数据 (Data)
6	表示层 (Presentation)	负责数据格式的转换、加密解密、数据压缩等工作，确保数据在应用层可以被正确理解。	SSL/TLS, JPEG, MPEG	数据 (Data)
5	会话层 (Session)	管理应用程序之间的会话，负责建立、管理和终止会话，支持对话控制和数据同步。	RPC, NetBIOS, PPTP	数据 (Data)
4	传输层 (Transport)	提供端到端的数据传输服务，确保数据包的完整性与顺序，支持流量控制、差错检测与纠正。	TCP, UDP	段 (Segment)
3	网络层 (Network)	负责数据包的路由选择和转发，通过逻辑地址（如IP地址）将数据包从源节点发送到目的节点，可能跨越多个网络。	IP, ICMP, OSPF, BGP	数据包 (Packet)
2	数据链路层 (Data Link)	负责将数据封装成帧，并提供物理地址（MAC地址）的访问和控制，确保数据帧的无误传输，处理错误检测和纠正。	Ethernet, PPP, MAC	帧 (Frame)
1	物理层 (Physical)	定义了物理设备的标准，如电缆、信号、电压等，负责比特流在物理介质上的传输。	光纤, 同轴电缆, RJ-45, USB	比特 (Bit)

2. TCP/IP模型

层级	名称	功能描述	常见协议/技术	数据单位
4	应用层 (Application Layer)	提供应用程序之间的通信服务，涵盖了OSI模型中的应用层、表示层和会话层的功能。支持各种应用协议如HTTP、FTP、DNS、SMTP等。	HTTP, FTP, SMTP, DNS, SSH, Telnet	数据 (Data)
3	传输层 (Transport Layer)	负责端到端的数据传输，确保数据的可靠性和顺序传递。提供流量控制、差错检测与纠正。主要协议有TCP和UDP。	TCP, UDP	段 (Segment)
2	网络层 (Internet Layer)	负责逻辑地址的处理（如IP地址），数据包的路由选择和转发。确保数据包能够跨越不同的网络到达目的地。对应OSI模型中的网络层。	IP, ICMP, ARP, RIP, OSPF, BGP	数据包 (Packet)
1	网络接口层 (Network Interface Layer)	处理数据链路层和物理层的功能，负责将数据帧通过物理介质进行传输。确保数据在同一局域网或链路上传输，包含数据帧的封装、地址访问和物理传输。	Ethernet, Wi-Fi, Token Ring, PPP	帧/比特 (Frame/Bit)

3. TCP/IP模型与OSI参考模型的比较

• 层级数量：OSI模型有七层，而TCP/IP模型只有四层。
• 表示层与会话层：在TCP/IP模型中，这两层的功能被整合到应用层中，而在OSI模型中，它们是独立的层。
• 实际应用：OSI模型主要是一个理论框架，而TCP/IP模型则是互联网协议的实际实现，更加简洁实用。
• 物理层与数据链路层：在TCP/IP模型中，这两层合并为网络接口层，处理数据的物理传输和链路层的功能。

4. 结合两种模型的五层参考模型

层级	名称	对应OSI模型的层级	对应TCP/IP模型的层级	功能描述
5	应用层 (Application)	应用层、表示层、会话层	应用层	提供各种网络服务与应用程序的交互。
4	传输层 (Transport)	传输层	传输层	提供端到端的数据传输服务，确保数据完整性与可靠传递。
3	网络层 (Network)	网络层	网络层	负责逻辑地址的处理与路由选择，确保数据包到达正确的目的地。
2	数据链路层 (Data Link)	数据链路层	网络接口层	负责数据帧的封装与传输，处理物理地址的访问与控制。
1	物理层 (Physical)	物理层	网络接口层	处理数据在物理介质上的传输，如电缆和信号。