一、定义与概念
计算机网络体系结构是指计算机网络的分层、各层协议和层间接口的集合。它将复杂的计算机网络通信功能划分为多个层次，每个层次负责完成特定的功能，并且下层为上层提供服务。这种分层结构使得网络的设计、实现、维护和故障排除更加容易。
就好比一个大型的企业组织架构，不同的部门（层次）有不同的职责，各个部门之间相互协作来完成整个企业（网络通信）的目标。例如，高层管理部门（高层协议）制定战略方向，中层部门（中层协议）负责具体的计划和协调，基层部门（底层协议）则执行实际的操作。
二、分层的优势
独立性和灵活性
各层可以独立地进行设计、开发和修改。例如，如果物理层的传输介质从双绞线换成光纤，只要物理层和数据链路层之间的接口保持不变，数据链路层和上层的协议就不需要进行大规模的修改。不同的网络厂商可以专注于不同层次的产品开发。比如，有的厂商专注于生产高性能的网络交换机（主要涉及数据链路层和网络层），而有的厂商则侧重于开发网络应用程序（主要涉及应用层）。易于理解和维护
分层结构将复杂的网络通信功能分解为多个相对简单的部分。网络工程师在进行故障排除时，可以根据问题的现象，快速定位到可能出现故障的层次。例如，如果两台计算机之间无法通信，首先可以检查物理连接（物理层）是否正常，然后再检查网络层的 IP 地址配置等。
三、常见的网络体系结构
OSI（开放系统互连）参考模型
分层情况
它分为 7 层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。物理层主要负责处理物理介质上的信号传输，如电缆的类型、信号的编码方式等。例如，在以太网中，物理层规定了使用双绞线或光纤等传输介质，以及相应的信号传输速率。数据链路层负责将物理层接收到的信号转换为数据帧，并进行错误检测和纠正。它分为两个子层，即介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。MAC 子层用于控制对共享介质的访问，像在局域网中，CSMA/CD（载波监听多路访问 / 冲突检测）协议就是 MAC 子层的典型协议。网络层主要功能是进行路由选择和分组转发。IP 协议（Internet Protocol）是网络层最重要的协议之一，它负责为每个数据包分配 IP 地址，并根据 IP 地址将数据包从源节点发送到目标节点。传输层提供端到端的通信服务，包括可靠的传输（如 TCP 协议）和不可靠的传输（如 UDP 协议）。TCP 协议通过建立连接、确认、重传等机制来保证数据的可靠传输，常用于文件传输、电子邮件等应用；UDP 协议则简单地将数据发送出去，不保证数据的可靠接收，常用于实时性要求较高的应用，如视频直播、在线游戏等。会话层主要负责建立、管理和终止会话。例如，在一个远程登录的过程中，会话层负责建立和维护用户与远程主机之间的会话连接。表示层主要处理数据的表示和转换，如加密、解密、压缩、解压缩等操作。例如，当数据需要在网络中安全传输时，表示层可以对数据进行加密处理。应用层是最接近用户的一层，为用户提供各种网络应用服务，如 HTTP（超文本传输协议）用于网页浏览，SMTP（简单邮件传输协议）用于电子邮件发送等。TCP/IP 体系结构
分层情况
它分为 4 层，从下到上分别是网络接口层、网络层（Internet 层）、传输层和应用层。网络接口层对应于 OSI 模型的物理层和数据链路层，它负责接收和发送物理网络上的帧。网络层主要协议是 IP 协议，它的功能和 OSI 模型的网络层类似，负责进行路由选择和分组转发。传输层包括 TCP 和 UDP 协议，提供端到端的通信服务。应用层包含了许多常用的网络协议，如 HTTP、FTP（文件传输协议）、DNS（域名系统）等，为用户提供各种网络应用服务。TCP/IP 体系结构是目前互联网所采用的主要体系结构。
四、协议与接口
协议
协议是指在同一层中，通信双方为了实现通信而制定的规则和约定。例如，在传输层的 TCP 协议中，规定了三次握手建立连接的过程。通信双方（发送方和接收方）都必须按照这个规则来进行操作，才能成功建立连接并进行数据传输。不同层次有不同的协议，这些协议相互配合来完成整个网络通信的过程。协议通常包括语法（数据的格式和结构）、语义（数据的含义和控制信息）和时序（数据发送和接收的顺序）三个要素。接口
接口是指相邻两层之间的边界，它定义了下层为上层提供的服务和调用方式。例如，网络层和传输层之间的接口，规定了传输层如何调用网络层的服务来发送和接收数据包。接口使得上层协议不需要了解下层协议的具体实现细节，只要按照接口规定的方式进行调用即可。
