计算机的网络体系结构、硬件组成和网络分类
计算机的网络体系结构、硬件组成和网络分类
计算机网络是现代信息技术的重要组成部分，它将分布在不同地理位置的计算机设备连接在一起，实现资源共享和信息传递。要理解计算机网络的工作原理，需要从其体系结构、硬件组成和网络分类等多个维度进行探讨。本文将详细介绍计算机网络体系结构、硬件组成和网络分类的相关知识。
计算机网络体系结构
计算机网络结构可以从网络体系（Network Architecture）结构、网络组织和网络配置三个方面来描述。网络体系结构是从功能上来描述，指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合；网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述；网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局、硬件、软件和通信线路。
计算机网络体系结构是计算机网络及其部件所应该完成功能的精确定义。这些功能究竟由何种硬件或软件完成，是遵循这种体系结构的。体系结构是抽象的，实现是具体的，是运行在计算机软件和硬件之上的。
世界上第一个网络体系结构是美国IBM公司于1974年提出的，它取名为系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）。凡是遵循SNA的设备就称为SNA设备。这些SNA设备可以很方便地进行互连。此后，很多公司也纷纷建立自己的网络体系结构，这些体系结构大同小异，都采用了层次技术。
OSI七层参考模型
为把在一个网络结构下开发的系统与在另一个网络结构下开发的系统互联起来，以实现更高一级的应用，使异种机之间的通信成为可能，便于网络结构标准化，国际标准化组织（ISO）于1984年形成了开放系统互连参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model，简称OSI）的正式文件。
OSI从逻辑上，把一个网络系统分为功能上相对独立的7个有序的子系统，这样OSI体系结构就由功能上相对独立的7个层次组成，如图1所示。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。
（1）物理层（Physical，PH）传递信息需要利用一些物理传输媒体，如双绞线、同轴电缆、光纤等。物理层的任务就是为上层提供一个物理的连接，以及该物理连接表现出来的机械、电气、功能和过程特性，实现透明的比特流传输。在这一层，数据还没有组织，仅作为原始的比特流提交给上层——数据链路层。
（2）数据链路层（Data-link，D）数据链路层负责在2个相邻的结点之间的链路上实现无差错的数据帧传输。每一帧包括一定的数据和必要的控制信息，在接收方接收到数据出错时要通知发送方重发，直到这一帧无差错地到达接收结点，数据链路层就是把一条有可能出错的实际链路变成让网络层看起来像不会出错的数据链路。实现的主要功能有：帧的同步、差错控制、流量控制、寻址、帧内定界、透明比特组合传输等。
（3）网络层（Network，N）网络中通信的2个计算机之间可能要经过许多结点和链路，还可能经过几个通信子网。网络层数据传输的单位是分组（Packet）。网络层的主要任务是为要传输的分组选择一条合适的路径，使发送分组能够正确无误地按照给定的目的地址找到目的主机，交付给目的主机的传输层。
（4）传输层（Transport，T）传输层的主要任务是通过通信子网的特性，最佳地利用网络资源，并以可靠与经济的方式为2个端系统的会话层之间建立一条连接通道，以透明地传输报文。传输层向上一层提供一个可靠的端到端的服务，使会话层不知道传输层以下的数据通信的细节。传输层只存在端系统中，传输层以上各层就不再考虑信息传输的问题了。
（5）会话层（Session，S）在会话层以及以上各层中，数据的传输都以报文为单位，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以及维护应用之间的通信机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。
（6）表示层（Presentation，P）这一层主要解决用户信息的语法表示问题。它将要交换的数据从适合某一用户的抽象语法，转换为适合OSI内部表示使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩、加密和解密等工作都由表示层负责。
（7）应用层（Application，A）这是OSI参考模型的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需求，以及提供网络与用户软件之间的接口服务。
TCP/IP参考模型
20世纪70年代初期，美国国防部高级研究计划局（ARPA）为了实现异种网之间的互联与互通，大力资助网络技术的研究开发工作。ARPANET开始使用的是一种称为网络控制协议（network control protocol，NCP）的协议。随着ARPANET的发展，需要更为复杂的协议。
1973年，引进了传输控制协议TCP，随后，在1981年引入了网际协议IP。1982年，TCP和IP被标准化成为TCP/IP协议组，1983年取代了ARPANET上的NCP，并最终形成较为完善的TCP/IP体系结构和协议规范。
TCP/IP（transmission control protocol/internet protocol，传输控制协议/网际协议）由它的2个主要协议即TCP协议和IP协议而得名。TCP/IP是Internet上所有网络和主机之间进行交流时所使用的共同“语言”，是Internet上使用的一组完整的标准网络连接协议。通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用，且由多个独立定义的协议组合在一起，因此，更确切地说，应该称其为TCP/IP协议集。
TCP/IP共有4个层次，它们分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP层次结构与OSI层次结构的对照关系如图所示。
（1）网络接口层TCP/IP模型的最底层是网络接口层，也被称为网络访问层，它包括了可使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，且对应着OSI的物理层和数据链路层。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议，而是旨在提供灵活性，以适应各种网络类型，如LAN、MAN和WAN。这也说明，TCP/IP协议可以运行在任何网络上。
（2）网际层是在Internet标准中正式定义的第一层。网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据包（IP数据包），并为该数据包在不同的网络之间进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机。在网际层中，最常用的协议是网际协议IP，其他一些协议用来协助IP的操作。
（3）传输层传输层也被称为主机至主机层，与OSI的传输层类似，它主要负责主机到主机之间的端对端可靠通信，该层使用了2种协议来支持2种数据的传送方法，它们是TCP协议和UDP协议。
（4）应用层在TCP/IP模型中，应用程序接口是最高层，它与OSI模型中高3层的任务相同，都是用于提供网络服务，如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。https://baike.baidu.com/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C%E4%BD%93%E7%B3%BB%E7%BB%93%E6%9E%84/7162913
计算机硬件系统
计算机硬件系统是计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称，是计算机软件运行的物质基础。计算机硬件通常由以下几个主要部件组成：
硬件部件 | 英文名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
中央处理器 | CPU (Central Processing Unit) | 计算机的“大脑”，负责执行指令和处理数据 |
主板 | Motherboard | 连接所有硬件的载体，是电脑工作的核心 |
内存 | RAM (Random Access Memory) | 临时存储程序所产生的动态信息，CPU可以直接访问 |
硬盘 | Hard Disk Drive | 负责储存数据，传统的是机械硬盘HDD，新型的是固态硬盘SSD |
图形处理器 | GPU (Graphics Processing Unit) | 负责处理图形以及大量的相关数据，对于三维绘制尤为重要 |
供电单元 | PSU (Power Supply Unit) | 为计算机提供电源，调节计算机内外电源 |
输入设备 | Input Devices | 如键盘、鼠标等，用于将数据和控制信息输入到计算机 |
输出设备 | Output Devices | 如显示器、打印机等，用于将计算机处理的结果展示出来 |
这些硬件部件相互配合，协同工作，共同完成计算机的各项功能。随着技术的发展，计算机硬件也在不断更新和升级，以满足人们日益增长的计算和数据处理需求。
计算机网络的分类
计算机网络的分类可以从多个角度进行，以下是一些常见的分类方式：
按网络的地理位置分类
- 局域网（LAN）：通常限定在小于10公里的范围内，采用有线或无线方式连接，用于单位、大楼或楼群之间的网络。
- 城域网（MAN）：规模局限在一座城市内，覆盖范围通常在10-100公里之间，用于连接多个局域网。
- 广域网（WAN）：网络跨越国界、洲界，甚至全球范围，如互联网。
按传输介质分类
- 有线网：采用双绞线、同轴电缆或光纤等物理介质进行数据传输的网络。
- 无线网：采用无线电波、红外线等方式进行数据传输的网络，如Wi-Fi、蓝牙等。
按应用目标分类
- 内部网：用于党政机关、企事业单位内部事务信息存储、处理、传输的网络，与公共网络物理隔离。
- 外部网：以协议的方式接入公共信息网络，用于信息传播、网络服务、资源共享、商务活动等目标。
按传输技术分类
- 广播式网络：数据包被发送到网络上的所有节点，只有目标节点才会接收。
- 点到点式网络：数据包只在两个节点之间直接传输，不经过其他节点。
按使用范围分类
- 公用网：对公众开放的网络，如互联网。
- 专用网：为特定机构或组织服务的网络，如企业内部网。
按信息交换方式分类
- 报文交换网络：数据以报文的形式在网络中传输，报文包含完整的信息。
- 分组交换网络：数据被分割成多个小的数据包（分组），每个分组独立在网络中传输，到达目的地后再重新组合。
按服务方式分类
- 客户机/服务器网络（C/S）：网络中存在客户端和服务器，客户端向服务器请求服务。
- 对等网（P2P）：网络中的每个节点既是客户端也是服务器，可以相互提供服务。
按网络的拓扑结构分类
- 总线型网络：所有节点共享一条通信总线，数据在总线上传输。
- 星型网络：所有节点都直接连接到一个中心节点，中心节点负责数据的转发。
- 环型网络：每个节点都与两个其他节点相连，形成一个闭环。
- 树状网络：网络结构呈树状，多个星型网络通过上层节点连接起来。
- 网状网络：网络中的节点具有多个连接点，可以多路径传输数据。
这些分类方式可以帮助我们更好地理解和使用计算机网络，选择合适的网络类型来满足不同的需求。