计算机网络参考模型

目录

一、OSI参考模型

二、TCP/IP协议簇

三、数据解封装过程

四、层间通讯过程

本篇小结

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一、OSI参考模型

1.七层模型，亦称OSI（Open System Interconnection）。参考模型是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系，一般称为OSI参考模型或七层模型。

分层思想的由来：就像我们收发快递，于我们而言只关心能否寄出或者收到快递，而不会去关心这个快递是如何到达我们或对方的手中，但是在快递寄出和收件之间有着一系列的过程，快递公司会根据收发地址，去处理一系列的快件，当中会有多个部门协调处理后才能到达我们的手中。

正如计算机网络参考模型一般，需要划分多个环节及时处理相关问题；只有通过分层才更加容易发现问题并处理。

1984年国际标准化组织ISO颁布了开放系统互连（OSI）参考模型，一个开放式体系结构将网络分为七层，如图所示

• 应用层 ：网络服务与最终用户的一个接口（人机交互窗口，即把我们的语言（人）输入到计算机内，例如QQ或微信等）

• 表示层 ：数据的表示、安全、压缩；（当输入语言到计算机后，将接收到的语言翻译成二进制数组成的计算机语言，且对这些数据进行压缩、加密、解压、解密等一些操作）

• 会话层：建立、管理、中止会话；（软件之间的建立会话，例如QQ微信）

• 传输层：定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验（将上层数据以分片形式并加上端口号进行封装，或是通过报文头部端口号识别，实现网络中不同主机上的用户进程之间的数据通信。传输层对会话层用户提供什么样的服务，起到承上启下的作用，由此传输层是端对端之间的通信，网络层及以下的通信称为点对点通信；

• 网络层：进行逻辑地址寻找，实现不同网络之间的路径选择（逻辑地址也就是IP地址，主要作用就是将上层数据加上源IP地址和目标逻辑地址封装成数据包，实现数据从源端到目的段的传输）

• 数据链路层：建立逻辑连接，进行硬件地址寻址，差错校验功能（实体设备为交换机等；将上层数据加上源物理地址和目的物理（MAC）地址封装成数据帧，MAC地址是用来标识网卡的物理地址，建立数据链路，此地址是独一无二的，

• 物理层：建立、维护、断开物理连接（实体设备可以理解为网卡、网线、中继器、集线器、光纤；把所有的数据即报文头部和上层的数据信息，它们都是由二进制数组成的，物理层会将这些二进制数组成的比特流转换成电信信号在网络中传输。

  小结：端到端和点到点通信有何区别？

  点到点是主机到主机间的通信（网络层以下），端到端是进程到进程之间的通信（传输层)

  OSI七层模型的分层结构：

  （高三层）用户或应用

  应用层：为应用进程提供网络服务

  表示层：数据格式转换、加密解密、压缩解压等

  会话层：建立、管理、终止应用进程之间的会话和数据交换

  传输层：TCP、UDP

  (低三层)硬件

  网络层：网络路由选择、流量控制（IP）

  数据链路层:校验、确认、反馈、重发等机制保障数据传输稳定

  物理层：原始比特流的传输介质

二、TCP/IP协议簇

1.TCP/IP是早期是一个四层结构，在后来的使用过程借鉴了OSI的七层参考模型，形成了一个新的五层结构

TCP/IP并不是一个单独的协议，而是一系列协议的集合；严格的称呼应该是TCP/IP协议簇

如图

 

三、数据解封装过程

1.数据封装过程

• 应用层：将用户输入的信息转化为二进制数据；

• 传输层：将上层数据和TCP报文头部封装为数据段

• 网络层：将上层数据加上IP地址封装为数据包

• 数据链路层：将上层数据加上源MAC地址和目的MAC地址封装成数据帧

• 物理层：把收到的上层数据，将这些二进制数组成的比特流转换为电信号在网络中传输

2.数据解封装过程

数据被封装完毕通过网络传输到接收方后，作为接收方，将进入解封装的过程，这是封装过程的逆向操作。

• 首先进入到物理层，将电信号转为二进制数据，将数据传输之数据链路层

• 在数据链路层中，将收到的数据刨析，查看目标MAC地址，是否吻合我的地址，如符合就拆开送往网络层，如若不符，丢弃；

• 网络层：查看收到数据的目标IP地址与自己的是不是相同，相同送往传输层，不同就丢弃；

• 传输层:根据TCP头部判断送往该计算机哪个应用层协议或应用程序，并将之前拆分的数据段重组

• 应用层：将收到的二进制数还原成输送端发送的最原始信息

四、层间通讯过程

1.发送方与接收方之间必须采用相同的协议才能建立连接，实现正常的通信

 2.TCP/IP模型相对应的协议

• 应用层：HTTP(超文本传输协议80)：用于浏览器和Web服务器之间的请求和响应的交互

  FTP(文件传输协议21)：用于控制连接FTP服务器

  SMTP(简单邮件传输协议25)：用于接收邮件

  DNS(域名系统53)：用于连接DNS服务器

• 应用层：TCP（传输控制协议）安全稳定建立连接

  UCP （用户数据报协议）速度快、高效；以点对点方式传输，不占用资源，但

• 网络层：本层TCP/IP定义了IP协议，而IP协议又由四个支撑协议组成

  APR（地址解析协议）：用于在局域网中根据IP地址获取物理地址，IP地址解析MAC地址，

  IP地址怎么锁定MAC地址，就是通过APR解析。

  RAPR（逆地址解析协议）：用于在局域网中通过APR表根据物理地址请求IP地址；与APR

  相反

  ICMP（网际控制报文协议）：用于验证网络是否畅通

  IGMP(网际组管理协议)：用于主机与组播路由器之间组播通信，

• 数据链路层和物理层：IEEE802.3 有限局域网（以太网）标准

  IEEE802.11无线局域网标准

3.常见硬件设备与五层模型的对应关系,平时我们使用的设备主要工作在哪一层，如图示

4.层间通信概述

我们实际的网络环境当值，发送者和接收者往往相距甚远，这中间就需要很多硬件设备起中转作用；

如下图，假设有一个简易的通信架构，我们在两台通信的计算机中加入了两台交换机和路由，源计算机和目的计算机必须通过中间的设备才能连接会话，传输数据。

 在图内，我们的主机发送数据到目的主机，按照上述封装的流程，通过中间设备交换机和路由拆分数据得到目的IP地址和目的MAC地址；最终目的主机通过层层解封装得到我们发送的数据 。

本篇小结

• OSI模型与TCP/IP模型的对应关系

  TCP/IP借鉴了OSI的七层模型，将应用层、表示层、会话层统一归纳为应用层

• TCP/IP协议各层的主要协议

分别为应用层协议、传输层协议、网络层协议、数据链路层协议、物理层协议

• 分层模型各层对应的设备

       应用层-----计算机

       传输层-----防火墙

       网络层-----路由器

       数据链路层----交换机

       物理层------网卡等