Datecom-HCIA-02 OSI和TCP参考模型

目录

• 应用和数据
  • 故事的起源 - 应用
  • 应用的实现 - 数据
• 网络参考模型与标准协议
  • OSI参考模型
  • TCP/IP参考模型
  • TCP/IP常见协议
  • 常见协议标准化组织
  • 应用层 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
    • 常见应用层协议 - FTP
    • 常见应用层协议 - Telnet
    • 常见应用层协议 - HTTP
  • 传输层
    • TCP和UDP – 端口号
  • 网络层
    • 网络层协议工作过程
  • 数据链路层
    • 以太网与MAC地址
  • 物理层
    • 常见传输介质
• 数据通信过程
  • 发送方数据封装
  • 中间网络数据传输
  • 接收方数据解封装

数字化时代，各种信息以数据的形式充斥着我们的生活。什么是数据？数据又是如何传递的？
本文将通过网络参考模型去简单了解数据的“一生”。

应用和数据

故事的起源 - 应用

应用的存在，是为了满足人们的各种需求，比如访问网页，在线游戏，在线视频等。
伴随着应用会有信息的产生。比如文本，图片，视频等都是信息的不同呈现方式。

应用的实现 - 数据

数据的产生 在计算机领域，数据是各种信息的载体。
数据传输 大部分应用程序所产生的数据需要在不同的设备之间传递。

网络参考模型与标准协议

OSI参考模型

层次	说明
7. 应用层	对应用程序提供接口。
6.	表示层
5. 会话层
4. 传输层	建立、维护和取消一次端到端的数据传输过程。控制传输节奏的快慢，调整数据的排序等等。
3. 网络层	定义逻辑地址；实现数据从源到目的地的转发。
2. 数据链路层	将分组数据封装成帧；在数据链路上实现数据的点到点、或点到多点方式的直接通信；差错检测。
1. 物理层	在媒介上传输比特流；提供机械的和电气的规约。

TCP/IP参考模型

因为OSI协议栈比较复杂，且TCP和IP两大协议在业界被广泛使用，所以TCP/IP参考模型成为了互联网的主流参考模型。

TCP/IP常见协议

TCP/IP协议栈定义了一系列的标准协议。

常见协议标准化组织

IETF(Internet Engineering Task Force)
负责开发和推广互联网协议（特别是构成TCP/IP协议族的协议）的志愿组织，通过RFC发布新的或者取代老的协议标准。
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)
IEEE制定了全世界电子、电气和计算机科学领域30%左右的标准，比较知名的有IEEE802.3(Ethernet)、IEEE802.11(WiFi)等。
ISO(International Organization for Standardization)
在制定计算机网络标准方面，ISO是起着重大作用的国际组织，如OSI模型，定义于ISO/IEC7498-1。

应用层 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

应用层为应用软件提供接口，使应用程序能够使用网络服务。应用层协议会指定使用相应的传输层协议，以及传输层所使用的端口等。
应用层的PDU被称为Data（数据）。

常见应用层协议 - FTP

FTP（File Transfer Protocol）是一个用于从一台主机传送文件到另一台主机的协议，用于文件的“下载”和“上传”，它采用C/S（Client/Server）结构。

FTP客户端：提供本地设备对远程服务器的文件进行操作的命令。用户在PC上通过应用程序作为FTPClient，并与FTP服务器建立连接后，可以对FTPServer上的文件进行操作。
FTP服务器：运行FTP服务的设备。提供远程客户端访问和操作的功能，用户可以通过FTP客户端程序登录到服务器上，访问设备上的文件。

常见应用层协议 - Telnet

Telnet是数据网络中提供远程登录服务的标准协议。 Telnet为用户提供了在本地计算机上完成远程设备工作的能力。

用户通过Telnet客户端程序连接到Telnet服务器。用户在Telnet客户端中输入命令，这些命令会在服务器端运行，就像直接在服务端的控制台上输入一样。

常见应用层协议 - HTTP

HTTP（HyperText Transfer Protocol）是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。

传输层

传输层协议接收来自应用层协议的数据，封装上相应的传输层头部，帮助其建立“端到端”（Port to Port）的连接。
传输层的PDU被称为Segment（段）。

TCP和UDP – 端口号

客户端使用的源端口一般随机分配，目标端口则由服务器的应用指定；
源端口号一般为系统中未使用的，且大于1023；
目的端口号为服务端开启的应用（服务）所侦听的端口，如HTTP缺省使用80。

网络层

传输层负责建立主机之间进程与进程之间的连接，而网络层则负责数据从一台主机到另外一台主机之间的传递。
网络层的PDU被称为Packet（包）。

网络层协议工作过程

数据链路层

数据链路层位于网络层和物理层之间，可以向网络层的IP、IPv6等协议提供服务。数据链路层的PDU被称为Frame（帧）。
以太网（Ethernet）是最常见的数据链路层协议。

以太网与MAC地址

物理层

数据到达物理层之后，物理层会根据物理介质的不同，将数字信号转换成光信号、电信号或者是电磁波信号。
物理层的PDU被称为比特流（Bitstream）。

常见传输介质

数据通信过程

发送方数据封装

中间网络数据传输

封装好的完整数据，将会在网络中被传递。

接收方数据解封装

不论是OSI参考模型还是TCP/IP参考模型，都采用了分层的设计理念。
▫ 各个层次之间分工、界限明确，有助于各个部件的开发、设计和故障排除
▫ 通过定义在模型的每一层实现什么功能，鼓励产业的标准化
▫ 通过提供接口的方式，使得各种类型的网络硬件和软件能够相互通信，提高兼容性
• 数据的产生与传递，需要各模块之间相互协作，同时每个模块又需要“各司其职”。