1. 互联网的基本概念

计算机网络： 计算机网络是由一些通用的、可编程的硬件互连而成。

互联网： 互联网是由众多异构网络相互连接而成的计算机网络，是网络的网络。

因特网： 因特网特指全球最大的互联网（Internet）。

  自20世纪60年代起，多个采用分组交换技术的网络相继问世，如美国的APPAnet和ALOHOnet、法国的Cyclades、英国的EPSS等网络。为了将多个异构网络连接起来，实现网络互联，APPA提出并实现了互联网协议（IP）和传输控制协议（TCP）。

  随着网络技术的发展，越来越多的网络利用TCP/IP连接在一起，组成互联网。在互联网中，将网络连接在一起的设备称为路由器。目前，互联网的概况如图1所示。

图1 互联网概况

  连接到互联网上的个人计算机、服务器、智能手机、智能家电、智能可穿戴装备、网络摄像头、汽车以及各种网络传感器等都称为主机。互联网上进行通信的主体是运行在主机上的程序，即进程。

  在互联网上，进程之间的通信是一个复杂的问题。为了降低网络设计的复杂性，互联网按照“分层”的方法进行设计。分层可以将庞大而复杂的问题转化为若干个较小的、较易处理的局部问题。

  分层后，每层协议可以利用下一层提供的服务，独立地解决本层的问题，完成本层的功能，并向上一层提供服务。在互联网中，可以用实体表示发送或接收报文的硬件或软件进程，将对等层上的实体称为对等实体。协议的实质上是两个对等实体间进行通信的规则的集合。

2. 五层协议栈及主要协议

  所谓网络体系结构就是层和协议的集合。互联网体系结构采用五层协议栈，自顶向下分别是应用层、传输层、网络层和数据链路层和物理层，如图2所示。

图2 互联网的五层协议栈

  互联网体系结构中各层包含的主要协议如图3所示。

图3 互联网体系结构中各层的主要协议

3. 各层协议的功能和作用范围

  互联网体系结构中各层的主要功能如下：

  应用层是互联网体系结构中的最高层。应用层的主要任务是通过进程间的通信解决某一类应用问题。不同的网络应用需要定义不同的应用层协议。

  传输层是互联网中面向通信部分的最高层。运输层的主要任务是向应用进程提供端到端的逻辑通信服务。

  网络层是互联网体系结构中最重要的一层，互联网的分组交换功能就由网络层实现。网络层的主要任务是向上层提供主机到主机的通信服务。

  数据链路层协议是每个网络内部的协议，互联网上的各种网络可以采用不同的数据链路层协议。数据链路层的主要任务是提供相邻结点间的通信服务。

  物理层的协议和实际的传输介质相关。物理层的主要任务是透明的传输比特流，即将“0”和“1”转换成电信号或光信号在传输介质上传输。

  互联网体系结构中面向通信的各层协议的作用范围如图4所示。

图4 面向通信的各层协议的作用范围

  传输层协议的作用范围是发送方进程与接收方进程之间。网络层IP协议的作用范围是源主机与目的主机之间。数据链路层协议的作用范围是相邻的两个结点之间。

4. 结论

  通过以上分析可以发现，互联网体系结构中的应用层解决具体的应用问题，物理层解决信号的编码和调制等问题，传输层、网络层和数据链路层解决一定范围内的通信问题，这种设计与互联网的实际情况（图1）相吻合，是非常合理的设计方案。