计算机网络分层-OSI7层参考模型和TCP/IP的5层参考模型

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计算机网络体系分层结构

什么是计算机网络的体系结构?

  1. 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
  2. 计算机网络体系结构简称网络体系结构(network architecture)是分层结构
  3. 每层遵循某个/些网络协议完成本层功能
  4. 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
  5. 体系结构是一个计算机网络的功能层次及其关系的定义
  6. 体系结构是抽象的

为什么采用分层结构?

  1. 结构清晰,有利于识别复杂系统的部件及其关系 分层的参考模型(reference model )
  2. 模块化的分层易于系统更新、维护 任何一层服务实现的改变对于系统其它层都是透明的
  3. 有利于标准化

OSI参考模型

OSI参考模型共7层

OSI参考模型总共分为7层,每层完成特定的功能,OSI参考模型理论成功,市场是失败的 OSI7层参考模型1-1

OSI参考模型的通信过程

OSI7层参考模型通信过程1-2

1.源主机和目的主机都需要完成7层完整的功能,路由器等中间系统只需要完成三层,即网络层,数据链路层,物理层

2.最终通信离不开传输介质,例如电信号,光信号等传播,物理层将比特数据通过传输介质传输到物理层

3.协议是水平的,数据传输是纵向的,下一层开放接口服务,上一层传输数据给下一层数据进行封装

4.应用层,表示层,会话层,传输层四个层次,从协议的角度来看,是直接到对应目的主机上,由目的主机直接进行处理,称为端到端层.

传输过程

OSI通信过程 主机A通过应用层,层层封装到物理层,通过传输介质传输到中间系统的物理层,层层解析到网络层,再根据目的主机的网络层等协议,层层封装到物理层,再通过传输介质到目的主机B的物理层,进行层层解析

在传输过程中为什么要进行数据封装?

增加控制信息

构造协议数据单元(PDU)

控制信息主要包括:

  • 地址:标识发送端/接收端
  • 差错检测编码:用于差错检测或纠正(不是所有协议都会加)
  • 协议控制:实现协议功能的附加信息,如优先级,安全控制等

OSI参考模型每一层的主要功能

物理层功能

物理层功能

接收数据链路层的数据

接口特性:机械特性,电气特性,功能特性,规程特性

比特编码:因为物理层最终传输的是比特,所以需要有比特编码的功能

数据传输速率:在物理层以多快的速度发送数据(和介质相关)

比特同步:发送端发送一个比特,接收方也会接收到该比特,不会提前接收,也不会接收成其他比特

传输模式:按照什么方式,什么模式来传输

  • 单工模式(单方面的,比如电视,只能接收电视台信号)
  • 半双工(交替双向,只能交替进行双向通信,例如对讲机)
  • 双工(双向同时进行,通常会采用两个独立信道)

数据链路层功能

数据链路层功能

接收网络层的PDU,加头加尾,组装成一个帧,去往物理层.

  • 负责结点-结点的数据传输(相邻节点)
  • 组帧:需要对网络层的数据进行加头加尾,头部加上一些地址信息,尾部通常会加上一些差错检测信息,为了让接收方从数据流当中切分对应帧)
  • 物理寻址:在帧头中增加发送端和接收端的物理地址标识数据帧的发送端和接收端
  • 流量控制:避免发送方传输数据太多,接收方无法接受,导致淹没接收端,导致数据丢失
  • 差错控制:根据差错编码可以判断数据是否有误,检测并重传或修复损坏或丢失帧,避免重复帧
  • 访问(接入)控制:在使用共享介质进行通信时,决定哪个设备拥有链路(物理介质)控制使用权

网络层功能

网络层功能

  • 负责源主机到目的主机数据分组交付:

    1. 可能穿越多个网络,无法使用物理寻址
  • 逻辑寻址:全局唯一逻辑地址,确保数据分组被送达目的主机,如IP地址

  • 路由:路由器互联网络,并路由分组至最终目的主机

  • 分组转发:通过存储转发进行发送,中间无论转发多少次,网络的源主机和目的主机地址不变,穿越多少网络也保证网络地址一致

    OSI网络层功能分组转发

传输层功能

传输层功能

接收会话层数据协议单元,将会话层传输的完整报文单元,分隔成一段一段的数据协议单元,去往网络层

  • 分段与重组:将完整的报文进行分段与在目的主机进行重组
  • SAP寻址:确保将完整报文提交给正确进程,如端口号
  • 传输层功能SAP寻址将会话层数据协议单元切割成一段一段的数据协议单元,增加上源和目的的地址,网络层构造数据单元,加上逻辑地址,交给链路层,链路层构造数据帧,增加物理地址,在通过网络传输给目的主机,一层一层的解析剥离,得到最终分段的报文,重组后得到完整报文
  • 连接控制:端到端的连接控制,拆除等
  • 流量控制:控制数据的发送速度
  • 差错控制:引入差错编码或者差错纠正机制

会话层功能

会话层功能 接收表示层的数据协议单元,构造会话层的数据协议单元,去往传输层.

  • 对话控制:数据连接的建立,维护
  • 同步:在数据流中插入"同步点",如果在某次连接失败了,恢复网络时可以从某个同步点开始恢复

表示层功能

表示层功能

从应用层得到数据协议单元,构造表示层的数据协议单元,去往会话层

  • 处理两个系统间交换信息的语法与语义问题
  • 数据表示转化:两种不同的主机传输数据,可能会有问题,这时在表示层将数据转换为主机独立的编码,这样目的主机就不受主机系统的影响导致数据接收不同
  • 加密/解密
  • 压缩/解压缩

应用层功能

应用层功能

应用层是最丰富的一层,遵循不同应用的应用层协议,例如:HTTP,FTP,SMTP等协议

  • 支持用户通过用户代理(如浏览器)使用网络服务

TCP/IP参考模型

TCP/IP 5层参考模型

  • 总和了OSI和TCP/IP的有点
  • 应用层:支持各种网络应用,例如:FTP,HTTP,SMTP
  • **传输层:**进程-进程的数据传输,例如TCP,UDP
  • **网络层:**源主机到目的主机的数据分组路由与转发
  • **链路层:**相邻网络元素(主机,交换机,路由器等)数据传输
  • **物理层:**比特传输 5层模型的数据封装

5层模型的数据封装

应用层获得用户所需要的报文,传输层构造成段,增加段头,交给网络层,构造成数据报(datagram),交给数据链路层,构造数据帧(加头加尾),交给物理层,物理层一个个比特传给交换机,交换机传输给路由器,层层还原,再次封装传输给目的主机,再层层还原,获得最终报文.