1、引言

兩個重要的網路體系結構：OSI參考模型和TCP/IP參考模型。
OSI模型：相關協議沒有被任何人所用，該模型本身極具意義，它對討論網路體系結構中每一層的功能很有幫助。TCP/IP協議模型：本身沒有多大用處，協議卻廣泛流傳。

2、OSI參考模型

• 簡述：該模型基於國際標準化組織（ISO）的提案，作為各層協議邁向國際標準化的第一步。該模型稱為ISO的開放系統互連（OSI，Open System Interconnection）參考模型。OSI模型7層，擁有一些基本原則：（1）應該在需要一個不同抽象體的地方建立一層（2）每一層都應該執行一個明確定義的功能（3）每一層的功能的選擇應該向定義國際標準化協議的目標看齊（4）層與層邊界的選擇應該使跨越介面的資訊流最小（5）層數應該足夠多，保證不同的功能不會被混雜在同一層中，但同時層數又不能太多，以免體系結構變得過於龐大。1~3層是鏈式連線的，4~7層是端到端的。
• 物理層：關注在一條通訊通道上傳輸原始位元。設計問題必須確保當一方傳送了位元1時，另一方收到的也是位元1，而不是0。物理層的典型問題包括：用什麼電子訊號表示0和1，一個位元持續多少納秒，傳輸是否可以在兩個方向上同時進行，初始連線如何建立，當雙方結束之後如何撤銷連線，網路聯結器有多少針以及每一針的用途是什麼。
• 資料鏈路層：主要任務是將一個原始的傳輸設施變成一條沒有漏檢傳輸錯誤的線路。傳送方將輸入的資料拆分成資料幀，然後順序傳送這些資料幀。一個數據幀通常為幾百個或者幾千個位元組長。如果服務是可靠的，接收方必須傳回確認幀。資料鏈路層必須採用流量調節機制來避免一個快速傳送方用資料淹沒一個慢速接收方。廣播式網路的資料鏈路層必須解決如何控制對共享通道的訪問問題。資料鏈路層的一個特殊子層——介質訪問控制子層處理這個問題。
• 網路層：主要任務是控制子網的執行。關鍵問題是如何將資料包從源端路由到接收方。路由可以建立在靜態表的基礎上，表相當於網路內部的佈線；常見情況是路由可以自動更新，以此避免故障。路由可以在每次會話看是時就確定下來，比如登入到一臺遠端機器上；路由可以是高度動態的，針對每一個數據包都重新確定路徑。網路層需要解決的問題包括網路擁塞、延遲、傳輸時間、抖動、異構網路的通訊等。廣播式網路中，路由問題比較簡單，網路層比較單薄，甚至不存在。
• 傳輸層：基本任務是接收來自上一層的資料，在必要時間把資料分割成小的單元，然後傳遞給網路層，並確保到達另一端。傳輸層還決定了向會話層，因而是實際的最終網路使用者提供哪種型別的服務。
• 會話層：允許不同機器上的使用者建立會話。會話提供各種服務，包括對話控制（記錄該由誰傳遞資料）、令牌管理（禁止雙方同時執行同一個關鍵操作）、同步功能（在一個長傳輸過程中設定一些斷點，以便在系統崩潰之後還能恢復到崩潰前的狀態繼續執行）
• 表示層：表示層關注所傳遞資訊的語法和語義。
• 應用層：包含了使用者通常需要使用的各種各樣的協議。一個得到廣泛使用的協議是超文字傳輸協議（HTTP，HyperText Transfer Protocol）。（另：HTTPS全稱：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer，是以安全為目標的HTTP通道，簡單講是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL層，HTTPS的安全基礎是SSL，因此加密的詳細內容就需要SSL。）它是全球資訊網的基礎。當瀏覽器需要一個web頁面時，它通過HTTP將所要頁面的名字傳送給伺服器，然後伺服器將頁面發回給瀏覽器。

3、TCP/IP參考模型

• 鏈路層（網路介面層）：該層描述了鏈路必須完成什麼功能才能滿足無連線的網際網路絡層的需求，比如序列介面和經典乙太網鏈路。這不是一個真正意義上的層，而是主機與傳輸線路之間的一個介面。
• 網際網路層（Internet層）：將整個網路體系結構貫穿在一起的關鍵層。大致對應於OSI模型的網路層。該層任務是允許主機將資料包注入到任何網路，並讓這些資料包獨立地到達接收方。對於資料包的到達順序與傳送順序不一致的問題，將由高層重新排序。網際網路層定義了官方的資料包格式和協議，該協議稱為因特網協議（IP，Internet Protocol），與之相伴的還有一個輔助協議，稱為因特網控制報文協議（ICMP，Internet Control Message Protocol）。網際網路層的任務是將IP分組投遞到它們該去的地方。該層還應解決路由與擁塞問題。
• 傳輸層：猶如OSI的傳輸層一樣，設計目標是允許源主機和目標主機上的對等體進行對話。此層有兩個協議：第一個是傳輸控制協議（TCP，Transport Control Protocol），它是一個可靠的、面向連線的協議，允許從一臺機器發出的位元組流正確無誤地交付到網際網路上的另一臺機器。它把輸入的位元組流分割成離散的報文，並把每個報文傳遞到網際網路層。在目標機器，接收TCP程序吧收到的報文重新裝配到輸入流中。TCP還負責處理流量控制，以便確保一個快遞的傳送方不會因傳送太多的報文而淹沒掉一個處理能力跟不上的慢速接收方。第二個協議是使用者資料報協議（UDP，User Datagram Protocol），它是一個不可靠的、無連線的協議，適用於那些不想要TCP的有序性或流量控制功能，而寧可自己提供這些功能的應用程式。UDP被廣泛用於那些一次性的基於客戶機—伺服器型別的“請求—應答”查詢應用，以及那些交付比精確交付更重要的應用，比如語音或者視訊。
• 應用層：TCP/IP模型沒有會話層和表示層，應用層簡單包含了所需的任何會話和表示功能。此層包含了所有的高層協議。高層協議包括虛擬終端協議（TELNET）、檔案傳輸協議（FTP）、電子郵件協議（SMTP）、將主機名對映到它們網路地址的域名系統（DNS，Domain Name System）、獲取全球資訊網頁面的HTTP、以及用於傳送諸如語音或者電影等實時媒體的RTP等。
• 本書使用的模型為：物理層、資料鏈路層、網路層、傳輸層、應用層

4、關於兩種模型的比較和評判

4.1相同點

• 以協議棧概念為基礎，協議棧中的協議棧彼此獨立。
• 各層功能相似。
• 傳輸層之上各層都是傳輸服務的使用者，並且面向物件。

4.2區別

• OSI核心概念：服務、介面、協議。或許區別三者是OSI模型最大貢獻。服務定義該層是做什麼的，介面告訴上層如何訪問本層，規定了相關引數，結果是什麼。協議是用於完成本層任務的具體方法。而TCP/IP模型最初沒有區別。
• OSI模型產生於協議之前，這個事實使得它不會偏向任何一組協議，更具通用性，但設計者對於每一層應該設定的功能沒有好的主意。而TCP/IP先有協議，其模型只是已有協議的一個描述，因此協議與模型高度吻合。
• 層數不同。OSI七層，TCP/IP四層。
• OSI模型的網路層同時支援無連線和麵向連線的通訊，但傳輸層只支援面向連線的通訊。TCP/IP模型在網路層支援無連線通訊，傳輸層支援兩種通訊模式，這樣可以給使用者一個選擇機會，這對於簡單的“應答—通訊”協議很重要。

4.3評判

• OSI模型及其協議沒有統治網路世界的原因可能是：糟糕時機、糟糕技術、糟糕實現、糟糕政策。
• TCP/IP模型：沒有區分三個概念；模型不通用，例如使用它描述藍芽；鏈路層實質是一個介面（網路層和資料鏈路層之間）；沒有區分物理層和資料鏈路層；某些自主形成的協議已成障礙，比如TELNET最初是為每秒10個字元的機械電傳打字終端設計的，它無法識別圖形使用者介面和滑鼠。

5、網路例項

5.1因特網

• 因特網是大量不同網路的集合，這些網路使用公共的協議，提供特定的公共服務。
• APANET：起源於美蘇冷戰；加州Berkeley分校的研究人員用一種新的程式設計介面重寫了TCP/IP，這個程式設計介面就是隨著Berkeley Unix 4.2BSD一起釋出的著名套接字；網路規模的增長催生了域名系統（DNS）的誕生。
• NSFNET：美國國家科學基金會（NSF）決定設計一個APANET的繼任網路（NSFNET），對所有大學研究組開發；網路運營商出現。
• Internet體系結構：Intenet服務提供商簡稱為ISP，使用者從ISP購買聯網服務。Internet接入有多種型別。☆其一：使用電話線（即撥號上網）；電話公司就是ISP；DSL是數字使用者線（digital subscriber line）的簡稱，它重複使用電話線傳輸資料；計算機與DSL調變解調器連線，該裝置將傳送方資料包轉換成模擬訊號，接收端之前會有一個數字使用者線接入複用器將模擬訊號轉換為資料包。☆其二：通過有線電視系統傳送訊號；使用有線電視沒有使用的通道來發送訊號。家庭端的裝置被稱為線纜調變解調器，在有線電視電纜頭端的裝置被稱為線纜調製解調終端系統。撥號速率被限制為56kb/s，以高於撥號速率接入Internet就被稱為寬頻。寬頻是指更快網路所用的更寬的頻寬，而不是特定的速度。其三：無線接入（以3G行動電話網路為例）。ISP存點：客戶資料包進入ISP網路使用其服務的位置。ISP網路的體系結構由互聯路由器的長距離傳輸線路組成，互聯路由器位於不同城市的ISP存點，它們被稱為骨幹網。ISP有很多，為了交換流量，ISP將它們的網路連線到Internet交換點（IXP）。基本上，一個IXP就是一間放滿了路由器的房間。IXP是否對等取決於ISP之間的業務關係，一個小型ISP可能會給大型ISP一定中轉費用以便獲得Internet連通服務，而對等的ISP可能不需要支付費用。

5.2第三代行動電話網路

• 高階行動電話系統（AMPS）是第一代系統；第二代行動電話系統從模擬傳輸切換到以數字形式傳輸語音通話，而且提供簡訊服務，全球移動通訊系統（GSM）屬於2G系統。第三代或3G系統能提供數字語音和寬頻數字資料服務。通用移動通訊系統（UMTS）也稱寬頻分碼多重進接，是最主要的3G系統。
• 1G2G3G的稀缺資源是無線電頻譜。頻譜的稀缺導致了蜂窩網路的設計，在一個蜂窩內，為使用者分配互不干擾的通道，而且分配的通道對相鄰通道也不能干擾太大，這樣使得頻率重用，增加網路容量。當用戶移動到另一個蜂窩網路覆蓋範圍時，資料流必須路由到新蜂窩基站。當訊號質量下降時可能請求移交，在一些基於分碼多重進接技術的蜂窩網路中，在斷開舊基站之前就連線到新基站，使用者在一瞬間與兩個基站連線，這種移交方式稱為軟切換，否則是硬切換。
• 當有入境呼叫（來電）時，通過歸屬伺服器（HSS）找到使用者，HSS知道每個使用者的位置及其他用於身份驗證和授權的個人資訊資料。
• 從2G的GSM系統開始，行動電話被分為手機和SIM卡（可移動晶片），這是使用者識別模組的簡稱，它們提供安全的基礎。SIM卡提供了加密金鑰對傳輸通話進行加密。

5.3無線區域網：802.11

• 802.11執行在無需授權的頻段上；802.11網路由客戶機和接入點組成。接入點通常安裝在建築物內，有時也被稱為基站，接入點連線到有線網路上，所有客戶機通訊要經過接入點。客戶機也可以與位於無線電範圍的其他客戶機交談，這種方式稱為自組織網路。
• 在所使用的802.11頻率上，無線電訊號可能被固態物體反射出去，使得一個傳輸的多個回波可能沿著不同的路徑到達接收器。回波可能相互抵消或者互為因果，造成接收的訊號出現大幅波動，這種現象被稱為多徑衰落。克服多徑衰落的方法是路徑的多樣性。
• 802.11還必須處理多個傳輸同時進行發生而導致的衝突問題，因為同時傳輸可能會干擾訊號的接收。為了解決該問題，802.11採用了載波偵聽多路訪問。
• 移動客戶移動到另一個接入點需要移交工作，解決方案是分散式系統將擁有各自接入點的蜂窩連線在一起，構成一個802.11網路。
• 無線傳輸是廣播性質的，附近的計算機容易接受到並非傳送給它們的資訊包。802.11標準使用了有線等效保密的方案（WEP），此後被WiFi保護接入方案代替，最初稱為WPA，現在更名WPA2。

5.4RFID和感測器網路

• 無線射頻技術（RFID）技術可以讓日常物品成為計算機網路的一部分。RFID標籤像一個郵票大小的貼紙，可貼（嵌入）到某個物件，以此跟蹤物件。標籤由帶有唯一識別符號的晶片和一個接受無線電傳輸的天線組成。當物件進入到特定範圍時，RFID讀寫器可以發現它們攜帶的標籤並詢問它們的資訊，應用範圍包括檢查身份、管理供應鏈、計時比賽以及取代條形碼等。
• 操作所需的能量來自於RFID讀寫器提供的無線電波形式。這項技術稱為無源RFID，區別於少見的有源RFID（有電源）。
• 常見形式之一是超高頻RFID（貨運托盤、駕駛照），RFID讀寫器在902~928MHz頻段傳送訊號，數米範圍內的標籤通過變它們反射讀寫器的方式進行通訊，讀寫器能檢測到這些訊號。這種操作方式稱為後向散射。另一種形式是高頻RFID（用於護照、信用卡、刪除和非接觸式支付系統），因為其物理機制基於感應，因此傳輸距離短，典型範圍時一米之內。還有低頻RFID（動物跟蹤）。
• RFID讀寫器必須以某種方式解決讀寫器範圍存在多個標籤的問題。解決方案是標籤在用自己的識別符號響應RFID讀寫器之前，等待一段隨機時間，以便允許閱讀器聚焦到單個標籤。
• 很難確保RFID的安全性。
• 感測器網路：可以監測物理世界的各個方面，例如火山活動等。感測器節點是一臺小型計算機，大約只有一個鑰匙環大小，它們具有溫度、震動以及其他感測器，節點被放置在監測環境中。它們使用電池，也可以通過震動和太陽能汲取能量。所有節點必須謹慎通訊以便將它們的感測資訊傳遞到一個外部資料蒐集點，常用策略是各個節點自組織地中繼彼此的訊息，這種設計稱為多跳網路。

6、網路標準化

6.1標準分類
可以分為兩大類：事實標準和法定標準。事實標準指已經發生但沒有任何正式計劃的標準，例如作為web執行基礎的HTTP協議，藍芽。法定標準是指一些正規標準化組織採納的規則。國際性的標準化權威組織通常可以分為兩類：國家政府通過條約建立的和自願的非條件組織。

6.2電信領域組織
國際電信聯盟（ITU）的任務是對國際電信進行標準化。ITU有三個主要部門。ITU-T是電信標準化部門，主要關注電話和資料通訊系統。ITU-R是無線電通訊部門，主要協調全球無線電頻率利益集團之間的競爭使用。ITU-D是發展部門，主要任務是促進資訊和通訊技術的發展。ITU-T完成了許多事情，例如H.264（也是ISO標準MPEG-4 AVC）被廣泛用於視訊壓縮，X.509公鑰證書被用於安全的web瀏覽和數字簽名電子郵件。

6.3國際標準領域

• 國際標準是由國際標準化組織（ISO）制定和釋出的，這是一個成立於1946年自願的、非條約性質的組織，成員包括157個成員國的國家標準組織。ISO為大量學科制定標準，從螺釘螺帽、慾望、女士內衣以及其他人們不認為可以標準化的東西。有關電信標準方面，ISO和ITU-T經常合作（ISO是ITU-T的成員）。ISO有200多個技術委員會（TC），這些委員會按建立的順序編號，各自負責特定主題。TC1處理螺釘和螺帽事務。JTC1處理資訊科技，包括網路、計算機和軟體，它時第一個聯合技術委員會。每個TC有子委員會（SC），SC細分為工作組（WG）。
• 電氣和電子工程師協會（IEEE）有一個標準化組，IEEE的802委員會已經標準化了很多型別的區域網。

6.4Internet標準領域
Internet體系結構委員會（IAB）

7、度量單位

網路傳輸速度10Mbps的含義是1000000bit/s，速度不是2的冪次方。磁碟中則是使用2的冪次方。