计算机网络（二）OSI七层模型、TCPIP四层模型与原理五层模型

合集 - 计算机网络(7)

1.计算机网络（一）计算机网络概述2023-05-25

2.计算机网络（二）OSI七层模型、TCPIP四层模型与原理五层模型2023-05-25

3.计算机网络（三）物理层2023-05-254.计算机网络（四）数据链路层2023-06-015.计算机网络（五）网络层2023-06-076.计算机网络（六）运输层2023-06-127.计算机网络（七）应用层2023-06-13

收起

1 OSI参考七层模型（法律上的标准）

OSI七层模型

OSI：开放式互连通信参考模型

分层的原因：标准化、降低各个层之间的关联依赖

① 应用层：解决通过应用进程交互实现特定网络应用的问题；能产生流量能够和用户交互的应用；与通信无关的内容就应该属于应用层。

② 表示层：将数据从主机特有的格式转化为网络标准传输模式；如加密压缩，是开发人员考虑的问题

③ 会话层：选择哪个连接进行数据发送（何时建立连接、何时发送数据等问题进行管理），如服务器和客户端建立的会话 netstat -nb

应用层负责写入数据，表示层进行格式化编码，会话层建立连接并标记发送顺序

会话层只是负责建立和断开连接的时机，并不具备实际数据传输的功能

④ 传输层：解决进程之间基于网络的通信问题；进行可靠传输、不可靠传输、流量控制

可靠传输：需要建立会话，要求文件的完整性，如下载文件

不可靠传输：只传输单个数据包，不需要建立会话，如QQ聊天发送

⑤ 网络层：解决分组在多个网络上的传输（路由）问题；选择最佳路径、IP地址编址

⑥ 数据链路层：解决分组在一个网络（或一个链路）上的传输问题；数据如何封装 添加物理层地址（mac地址）

⑦ 物理层：解决用何种信息来传输比特的问题；规定电压和接口标准

即几V代表0几V代表1

网络排错应该是从底层向高层排查，首先检查物理层（网线插了没）

网络安全与OSI模型

物理层安全：

数据链路层安全：

网络层安全：指定网段访问

应用层安全：应用程序开发安全

各层之间的作用范围

​ 可以看到运输层是自下而上第一个提供端到端服务的层次

2 TCP/IP四层协议（实际上的网络标准）

TCP/IP四层模型

分为应用层（涵盖OSI参考模型的应用、会话、表示层）、传输层、网络层、数据链路层

各层的单位名称

应用层：传输数据单元 PDU

运输层：运输报文

网络层：IP数据报（报文）

数据链路层：数据帧、二进制

各层的常用协议

• 使用IP协议向上可以为各种网络应用提供服务(Everything over IP)，向下可以互连不同的网络接口(IP over everything)
• TCP/IP协议族，或TCP/IP协议栈包含大量协议

开放式系统信息交换的概念

• 实体：交换信息的软件或硬件进程
• 协议Protool：控制两个对等实体交换信息的规则
• 服务：下层向上层提供服务，上层依靠下层的服务实现本层的功能
• 服务访问点SPA：相邻两层实体交换信息的地方

访问流程：

3 原理五层体系结构（理论标准）

• 应用层：解决通过应用进程交互实现特定网络应用的问题
• 运输层：解决进程之间基于网络的通信问题
• 网络层：解决分组在多个网络上的传输（路由）问题
• 数据链路层：解决分组在一个网络（或一个链路）上的传输问题
• 物理层：解决用何种信息来传输比特的问题

3.1 计算机网络体系结构为什么要分层

3.2 计算机网络体系结构分层思想举例

​ 下面举个栗子看下浏览器浏览网页请求服务器在各分层的过程，访问网页的实质是浏览器进程和web服务器进程基于网络的通信：

• 首先应用层根据HTTP协议构建一个HTTP报文，并交付给运输层处理

  

• 运输层对HTTP报文添加一个TCP首部，使之成为一个TCP报文段，并将其交付给网路层

  TCP首部的作用是为了区分应用进程，以及实现可靠性传输

  

• 网络层对TCP报文段添加IP首部成为一个IP数据报，作用是使IP数据报能够在互联网上传输也就是被路由器转发，并将其交付给数据链路层

  

• 数据链路层对IP数据报添加一个帧首部和一个帧尾部，首部的作用是为了让帧能够在一段链路上或一个网络上传输，能够被相应的主机接收；帧尾部是为了让接收主机检查接收到的帧是否存在误码。之后将帧交付给物理层

• 物理层会将帧看做比特流，由于网络是以太网，所以会为其添加一段前导码，作用是为了让目的主机做好接收帧的准备，并将其转化为二进制通过传输媒体到达路由器

  

3.3 计算机网络专用术语

实体

• 实体：任何发送或者接收消息的软件或者硬件
• 对等实体：接收双方相同层次的实体

协议

• 协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合（逻辑通信是指的不是实际通信，而是不顾及其他层通信的逻辑通信）
• 协议的三要素：
  • 语法：定义所交换信息的格式
  • 语义：定义收发双方所要完成的操作
  • 同步：定义收发双方的时序关系（如TCP三次握手）

服务

• 在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务

• 每一层想要实现本层的协议还需要使用上一层的服务

• 协议是水平的，服务是垂直的

• 实体看得到相邻下层提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议，也就是下层的协议对上层是透明的

  

• 服务访问点：在同一系统中相邻两层实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型

• 服务原语：上层使用下层提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称作服务原语

协议与服务数据单元

• 协议数据单元PDU：对等层次之间传输的数据包成为该层的协议数据单元
• 服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间的交换的数据数据包成为服务传输单元

4 网络的构成要素（各层的设备）

4.1 网卡

• 网卡是使计算机连网的设备
• 全称为网络接口卡（NIC），有时也被称作网络适配器、网卡、LAN卡

4.2 中继器

• 中继器是工作在OSI第一层——物理层上，在物理层面延长网络的设备
• 中继器负责对物理层衰弱的信号进行放大和发送
• 即使数据链路层出现错误，中继器也会继续转发数据
• 中继器无法改变传输速率，只是单纯地负责将信号在0和1之间替换，并不负责判断数据是否有误
• 因此也无法连接两个传输速率不同的以太网
• 中继集线器或者集线器可以为多个端口提供服务，每个端口都可以看做是一个中继器

4.3 2层交换机：网桥

• 网桥是在OSI模型的第二层——数据链路层上负责连接两个网络的设备

• 网桥根据数据帧的内容转发数据给相邻的其他网络

• 网桥没有连接网段个数的限制

• 网桥基本上只用于连接相同类型的网络，但是有时也可以连接传输速率不同的网络

  网桥能够识别数据链路层的数据帧，并将这些数据帧临时存储在内存中，再重新生成信号作为一个全新的数据帧发给相连的另一个网段，起到缓存数据的作用

  也是因为上面的缓冲作用，使得网桥能够连接传输速率不同的数据链路层，并且不限制网段的个数

• 网桥能够通过数据帧中的FCS数据位进行数据校验，将那些损坏的数据丢弃

• 还能够通过地址自学机制和过滤功能控制网络流量

  这里的地址，指的是MAC地址、硬件地址、物理地址以及适配器地址

• 以太网中常用的交换集线器就属于网桥的一种

集线器的演变过程（集线器->交换机）见计算机网络（四）数据链路层

4.4 3层交换机：路由器

• 路由器是工作在OSI模型的第三层——网络层上，负责连接两个网络，并进行分组报文转发的设备
• 路由器可以将分组报文发送给另一个目标路由器地址
• 网桥是根据物理地址，而路由器——三层的交换机是根据IP地址来处理的
• 基本上可以连接两个任意的数据链路
• 路由器还具有分担网络符合的作用，如隔离广播域

4.5 4~7层交换机

• 4~7层交换机负责处理OSI模型中从传输层至应用层的数据
• 主要进行的是收发数据，并对其进行特定的处理的工作
• 如负载均衡器就属于4~7层交换机的一种

4.6 网关

• 网关是OSI参考模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备
• 即网关负责的是传输层网上的协议的转换与数据的转发
• 在同一种类型的协议之间转发数据的网关称作应用网关