计算机网络OSI与TCP/IP网络架构

Posted 2021-05-23 黑黑白白君

文章目录

• 0）分层的体系结构
• • 体系结构（协议和物理）：
  • 分层：
  • 优点：
  • 协议分层：
• 1）TCP/IP体系结构
• • 5、应用层：
  • 4、传输层：
  • 3、网络层：
  • 2、链路层：
  • 1、物理层：
• 2）OSI七层模型
• • 2.1 什么是OSI七层模型
  • • 为什么会有OSI七层模型？
    • 优点：
  • 2.2 每层的服务和重要协议
  • • 物理层（Physical Layer，第一层）
    • 数据链路层（Datalink Layer，第二层）
    • 网络层（Network Layer，第三层）
    • 传输层（Transport Layer，第四层）
    • 会话层（Session Layer，第五层）
    • 表示层（Presentation Layer，第六层）
    • 应用层（Application Layer，第七层）
• 3）相关的知识点
• • 什么是协议？
  • 什么是RFC？
  • 什么是套接字接口？

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0）分层的体系结构

体系结构（协议和物理）：

实际上是一组设计决策，涉及支持哪些特点和在哪里实现这些特点。

分层：

将系统功能划分为一些层次，提供了能够讨论大而复杂体系的框架。即分层提供了一种结构化方式来讨论系统组件。

• 每个层次与其下面的层次结合在一起，实现某些功能、服务。
• 每个层次通过以下方式提供服务：
  • 在本层中执行了某些动作。
  • 使用直接下层的服务。

优点：

• 模块化使得改变某层所提供的服务实现更容易。
  • 只要该层对上面的层提供相同的服务，且使用下面层次的相同服务，当某层的实现变化时，该系统的其余部分保持不变。
  • 注意：改变一个服务的实现和改变服务本身并不是一回事！前者只是以不同的方式实现了该功能。
• 对于大而复杂且需要不断更新的系统，改变服务的实现而不影响该系统的其他组件。

协议分层：

各层的所有协议称为协议栈（protocol stack）。

• 因特网的协议栈由5个层次组成：
  • 物理层
  • 链路层
  • 网络层
  • 传输层
  • 应用层

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1）TCP/IP体系结构

TCP/IP是一个实现 Internet 体系结构的协议族，来源于ARPANET参考模型。

• 协议族：一系列相关协议的集合。
• 协议族的体系结构或参考模型：指定一个协议族中的各种协议之间的关系并划分需要完成的任务的设计。
• TCP/IP体系结构来源于实际工作，用于满足多种不同的分组交换计算机网络的互联需求。

ICP/IP协议族并不包含物理层和数据链路层，因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能，必须与许多其他的协议协同工作。

5、应用层：

应用层是网络应用程序以及它们的应用层协议存留的地方。

• TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。
• 基于TCP协议：
  • 文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）：提供两个端系统之间的文件传输。
  • 虚拟终端协议（TELNET）
  • 超文本链接协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）：提供Web文档的请求和发送。
• 信息分组：报文（message）。

4、传输层：

在应用程序端点之间传送应用层报文。

• 使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。
• 在传输层定义了两种服务质量不同的协议：
  • 传输控制协议TCP（transmission control protocol）
    • TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。
  • 用户数据报协议UDP（user datagram protocol）
    • UDP协议是一个不可靠的、无连接协议。
• 信息分组：报文段（segment）。

3、网络层：

将网络层分组从一台主机移动到另一台主机。

• 在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择，把分组发往目标网络或主机。
• IP协议（Internet Protocol）：定义了分组格式和协议。
• 路由选择协议。
• 信息分组：数据报（datagram）。

2、链路层：

将分组从一个节点（主机或路由器）移动到路径上的下一个节点。

• 定义了如何让格式化数据得以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。
• 通常提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。
• 信息分组：帧（frame）。

1、物理层：

将帧中的一个个比特从一个节点移动到下一个节点。

• 主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。
• 主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换）。
• 信息分组：比特（bit）。

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2）OSI七层模型

2.1 什么是OSI七层模型

OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）七层网络模型称为开放式系统互联参考模型 ，是一个逻辑上的定义，一个规范，它把网络从逻辑上分为了7层。

• 为什么会有OSI七层模型？

  • OSI 七层模型是一种框架性的设计方法 ，建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输。
    
    

• 优点：

  • 将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。
    • 服务说明某一层为上一层提供一些什么功能。
    • 接口说明上一层如何使用下层的服务。
    • 协议涉及如何实现本层的服务。
  • 网络七层的划分也是为了使网络的不同功能模块（不同层次）承担不同的职责：
    • 减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次，便于查找和纠错。
    • 在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操作，各层之间则相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行。
    • 能有效刺激网络技术革新，因为每次更新都可以在小范围内进行，不需对整个网络动大手术。

2.2 每层的服务和重要协议

• 物理层（Physical Layer，第一层）

  • 物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和过程特性。
    
    

• 数据链路层（Datalink Layer，第二层）

  • 在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。
  • 作用：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。
  • 常见协议：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。
    
    

• 网络层（Network Layer，第三层）

  • 主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。
    
    

• 传输层（Transport Layer，第四层）

  • 传输层向高层提供可靠的端到端的网络数据流服务：
    • TCP/IP 协议套中的TCP（传输控制协议）
    • IPX/SPX 协议集的SPX （序列包交换）
  • 功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。
    
    

• 会话层（Session Layer，第五层）

  • 会话层建立、管理和终止表示层与实体之间的通信会话。
  • 功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。
    
    

• 表示层（Presentation Layer，第六层）

  • 表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化，以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。
  • 表示层管理数据的解密与加密（如系统口令的处理），还对图片和文件格式信息进行解码和编码。
  • 表示层协议一般不与特殊的协议栈关联，如：
    • QuickTime是Applet计算机的视频和音频的标准
    • MPEG是ISO的视频压缩与编码标准
    • 常见的图形图像格式PCX、GIF、JPEG是不同的静态图像压缩和编码标准。
      
      

• 应用层（Application Layer，第七层）

  • 服务：主要负责向应用程序提供访问网络资源的API（Application Program Interface，应用程序接口）以使程序能使用网络服务。
  • 应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。

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3）相关的知识点

• 什么是协议？

  协议（protocol）定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文发送、接收一条报文，或其他事件所采取的动作。

• 什么是RFC？

  RFC（Request For Comment）文档即 IETF（因特网工程任务组）的标准文档，目的是解决因特网先驱者们面临的网络和协议问题。

• 什么是套接字接口？

  套接字接口（socket interface）规定了运行在一个端系统上的程序请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地程序交付数据的方式。

  • 端系统：与因特网相连的计算机和其他设备。也称主机（host）。

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【部分内容参考自】

• 《计算机网络：自顶向下方法》

• TCP/IP四层协议模型与ISO七层模型：https://www.cnblogs.com/lsgxeva/p/7941536.html

• OSI 七层模型和TCP/IP模型及对应协议（详解）：https://blog.csdn.net/qq_41923622/article/details/85805003