OSI参考模型及TCP/IP协议栈

一、网络概述

1.1、什么是网络？

1、网络的本质就是实现资源共享

2、将各个系统联系到一起，形成信息传递、接收、共享的信息交互平台

1.2、典型的园区网拓扑 

1.3、网络历史发展，ARPA和ARPANET  

1、1969年，美国国防部高级研究计划局ARPA（ Advanced Research Projects Agency ）以军用目的建立了名 为ARPANET的计算机网络，它是世界上第一个封包交换网络，誉为互联网始祖。最初的“阿帕网”只连接了 4个节点：

2、不过，“阿帕网” 问世之际，大部分电脑还互不兼容。于是，如何使硬件和软件都不同的电脑实现真正的互 联，就是人们力图解决的难题。这个过程中，文顿·瑟夫为此做出首屈一指的贡献，从而被称为“互联网之 父”。

1.4、网络历史发展， Internet的由来

1985年，美国国家科学基金会NSF（National Science Foundation）开始建立计算机网络NSFNET。NSFNET成为 Internet上主要用于科研和教育的主干部分，代替了 ARPANET的骨干地位。

1989年MILNET实现和NSFNET连接后，就开始采用 Internet这个名称。自此以后，其他部门的计算机网络相继 并入Internet，ARPANET宣告解散。

20世纪90年代初，商业机构开始接入Internet，使Internet 开始了商业化的新进程，成为Internet大发展的强大推动力。

1995年，NSFNET停止运作，Internet已彻底商业化了。

二、OSI参考模型

2.1、OSI产生背景

1、计算机网络市场刚刚兴起的时候，许多计算机生产厂商都积极推出自己公司独创的网络体系架构，像IBM， DEC等，各个公司的网络体系结构各不相同，不同公司之间的网络不能互联互通，导致使用某种网络的用 户如果在后继时刻扩展网络则必须继续使用原计算机厂家的设备，而如果换一家计算机，则必须放弃原来 的所有设备，因为生产厂商之间的设备不兼容，而且网络相互都是不共享，导致市场上各自保护现象很严 重。

2、因此国际标准化组织（ISO)于1977年设立了专门的机构研究解决上述问题，并于不久后提出了一个是各种 计算机都能够互联的标准框架——开放式系统互连参考模型（OSI），简称OSI参考模型。

2.2、OSI参考模型简介  

1、为什么使用分层结构？

• 降低复杂性
• 提高设备的兼容性
• 提供标准化的接口
• 促进模块化工作
• 简化教学和学习
• 易于实现与维护

 2、OSI模型将数据通讯过程分割为7个层次，每个层次都负责各自的 功能，并设计了对应的协议实现这些功能，各个层次之间有标准化 的接口。

2.3、协议数据单元（PDU） 

 2.4、OSI参考模型各层次的功能 – 应用层

• 提供应用程序间通信。 

2.5、OSI参考模型各层次的功能 – 表示层

 

• 数据表示、加密、解密。 

 2.6、OSI参考模型各层次的功能 – 会话层

• 会话建立维护管理。 

2.7、OSI参考模型各层次的功能 - 传输层 

• 建立主机端到端连接。 
• 应用程序到应用程序的端到端。

2.8、OSI参考模型各层次的功能 – 网络层 

• 寻址和路由。 

2.9、OSI参考模型各层次的功能 - 数据链路层 

• 介质访问、链路管理等。 

2.10、OSI参考模型各层次的功能 – 物理层  

• 二进制传输。 

2.11、报文封装与解封装  

2.12、数据在不同网络设备之间转发  

1、发送方对原始数据进行封装，通过介质发送到下一跳设备。

2、中间的网络设备对数据包进行解封装，查看对应信息，根据表项进行转发。

3、数据经过中转达到目的设备，解封装后到达目标应用程序。

三、TCP/IP协议栈

3.1、TCP/IP协议栈简介

与OSI模型的区别：

1、TCP/IP总共定义了4层

2、OSI的1、2层合并为网络接入层

3、OSI的5、6、7层合并为网络应用层

4、OSI模型与TCP/IP模型都是描述网络设备之间通讯标准流程

5、TCP/IP模型是Internet的基本协议

3.2、应用层

3.3、传输层 

 1、TCP/UDP端口号范围是0~65535，其中0~1023是熟知端口号，已固定分配给常用应用程序

2、用于在主机系统中区分不同的应用程序，数据传输最终是程序之间的互相访问

• 例1：主机A远程登录主机B，随机端口1028作为源端口，主机B的23端口作为目的端口
• 例2：主机A通过浏览器发起HTTP访问，随机端口作为源端口，主机C的80端口作为目的端口

3.4、TCP/UDP 常见协议端口号  

3.5、传输层的区别 

1、UDP报文结构简单，传输效率高，但不具备排序功能以及重传机制，数据包到达目的地时，有可能因为网络问题，出现乱序或者丢包现象。

• 常用在视频、语音应用等。

 

 1、TCP报文结构相对复杂，具备序列号、确认号、窗口大小等字段，使其具备排序功能、重传机制、滑动窗 口机制，确保数据传输的可靠性，使得数据能够准确按序到达目的地

• 常用在HTTP、FTP等可靠传输

3.6、传输层 

1、基于TCP协议

• 传输数据前：由TCP建立连接
• 传输过程中：由TCP解决可靠性、有序性，进行流量控制
• 传输结束后：由TCP拆除连接

2、TCP头部字段

• 端口号：源端口标识发送方的进程，目的端口标识接收方的进程
• 序列号：保证数据传输的有序性，确认号对收到的数据进行确认
• 窗口大小：传输阶段，每次连续发送数据的大小
• Flag字段：
  • ACK：确认号标志，置1表示确认号有效，表示收到对端的特定数据
  • RST：复位标志，置1表示拒绝错误和非法的数据包，复位错误的连接
  • SYN：同步序号标志，置1表示同步序号，用来建立连接
  • FIN：结束标志，置1表示连接将被断开，用于拆除连接

 

3.7、TCP协议工作过程 —— 建立连接 

数据传输之前：三次握手建立连接

3.8、TCP协议工作过程 —— 数据传输  

1、数据传输过程中，发送方发送窗口大小的数据，接收方只进行一次确认

2、如果接收方处理能力不足，会调整窗口大小，接收方按新的窗口进行数据发送

3.9、TCP协议工作过程 —— 重传机制  

1、当某个包因网络问题，传输失败，接收方仅确认上一个数据包

2、发送方将根据确认号，进行数据重传

3.10、TCP协议工作过程 —— 拆除连接  

四次挥手拆除连接， TCP通过FIN置位为1表示拆除连接

3.11、网络层 

3.12、网络接入层