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计算机网络体系结构是指网络的层次结构和协议。层次结构就是按一定层次关系组合起来的某种结构。协议（Protocol）是计算机网络协议的简称，它是指网络中计算机与计算机之间、网络设备与网络设备之间、计算机与网络设备之间进行信息交换的规则。计算机网络体系结构中的每一层都使用了信息隐蔽、抽象数据类型以及面向对象的设计方法，目的是向上层提供服务，上层可以使用其提供的服务，但对于其内部的状态和算法不可见。

计算机网络体系结构分层的好处是：各层之间是独立的，每层只关注实现本层的功能即可；灵活性好，每一层次可以灵活地采用不同的方法来实现本层的功能，增加和删减功能也较为容易；结构上可以分割开，层次之间的互相影响小，降低了实现和维护的难度，同时能够促进标准化的工作。计算机网络体系结构的层数要适中，若层数太少，就会使每一层的协议太复杂，层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程中遇到较多的困难。

目前主要有两大网络体系结构：OSI七层理论模型和TCP/IP应用模型。OSI（Open System Interconnect，开放系统互连）七层网络模型的定义是网络发展中一个重要里程碑。OSI七层网络模型的层次划分清晰、合理，非常便于学习、研究和分析计算机网络。它不但成为以前和后续的各种网络技术评判、分析的依据，也成为网络协议设计的参考模型。TCP/IP是目前在实际应用中最为成功的网络体系结构，以它为基础的Internet成为了目前国际上规模最大的互联网，TCP/IP也成为目前最重要的互联网络协议体系。

1.OSI七层理论模型

为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织ISO于1977年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，称为开放系统互连模型。

OSI七层网络模型，从下至上共包含：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。如图1-8所示。

（1）物理层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；实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；物理层的网络实体包括传输介质和网络设备，其中常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤，常见的网络设备包括中继器、集线器，以及光传输设备等。

（2）数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。工作在数据链路层的网络设备主要有网桥和交换机等。

（3）网络层通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，从而为数据在节点之间传输创建逻辑链路，可以实现拥塞控制、网络互联等功能。工作在网络层的网络设备主要有路由器和三层交换机。

（4）传输层可提供可靠端到端（end-to-end）服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。传输层及其上的所有层次主要工作在网络终端设备上。

（5）会话层负责维护两个节点之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断，并负责管理数据交换。

（6）表示层用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要负责数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。

（7）应用层为应用程序提供了网络服务，应用层需要识别并保证通信双方的可用性，使得协同工作的应用程序之间同步，建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。

2.TCP/IP应用模型

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是20世纪70年代中期美国国防部（DOD）为ARPANET广域网制定的网络体系结构和体系标准。TCP/IP是一簇通信协议的代名词，其中重要的协议簇是传输控制协议（TCP）和网际协议（IP）。

TCP/IP网络模型共分为4层，由下至上分别为：网络接口层、网络层、传输层和应用层。如图1-9所示。

（1）网络接口层是TCP/IP参考模型的最底层，负责通过各种网络发送和接收IP数据报；网络接口层并没有定义实际的数据链路层和物理层的规范，而是定义了IP数据报在不同数据链路层和物理层网络中的传输方法，这充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性，它也为TCP/IP的成功奠定了基础。网络接口层允许主机连入网络时使用多种现成的和流行的协议，例如局域网的以太网、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议、HDLC、PPP等。

（2）网络层相当OSI参考模型的网络层，它负责处理互连网络的路由选择、流控与拥塞问题；本层的核心是IP协议，它是一种无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议；网络层传送的数据单位是IP数据包。

（3）传输层的主要功能是在Internet中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端—端连接；传输层包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）两个主要协议。TCP是一种可靠的面向连接协议；UDP是一种不可靠的无连接协议。

（4）应用层对应于OSI参考模型的高三层，为用户提供所需要的各种服务，例如，网络终端协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、域名系统（DNS）、简单网络管理协议（SNMP）、超文本传输协议（HTTP）等。

TCP/IP模型在核心层只有一个IP协议，因此，可以通过IP协议把众多底层网络的差异统一起来，屏蔽了底层细节，向传输层提供统一的IP数据报，进而支持应用层提供多种多样的服务，使得TCP/IP具有很好的灵活性和健壮性，这是TCP/IP之所以成为互联网主流协议的根本原因。IP层的这一特性可以将TCP/IP模型表示为“中间小两头大”的沙漏模型，如图1-10所示。