13、计算机网络的七层模型、四层模型 以及 五层模型

目录

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一、OSI七层模型

1.1 七层模型

1.2 每层对应的功能及协议

1.3 为什么使用分层网络模型（分层的好处）

1.4 数据在各层之间的传递过程

二、TCP/IP协议栈（四层模型）

2.1 OSI七层模型和TCP/IP四层模型的区别

三、五层模型

 

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一、OSI七层模型

OSI（Open System Interconnection），意为开放式系统互联。

为了使全世界不同体系结构的计算机能够互联，国际化标准组织ISO提出开放系统互联基本参考模型，简称OSI，即所谓的7层协议体系结构。

（旧模式：只有同种厂商的电脑可以实现通信（专有产品）。

       解决：OSI七层模型，实现不同体系结构计算机的互联）

1.1 七层模型

OSI七层参考模型的各个层次的划分遵循下列原则：

1. 同一层中的各网络节点都有相同的层次结构，具有同样的功能。
2. 同一节点内相邻层之间通过接口（可以是逻辑接口）进行通信。
3. 七层结构中的每一层使用下一层提供的服务，并且向其上层提供服务。（例如：数据链路层使用物理层提供的服务）
4. 不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。
    

1.2 每层对应的功能及协议

1）物理层：利用传输介质（网线、光纤、同轴电缆）为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异，使其上面的数据链路层不必考虑网络的具体传输介质是什么。 （比特）

协议：IEEE802.3 以太网协议和物理层规范

物理层并不是物理媒体本身，物理层的媒体（传输介质、物理设备）包括电缆、光纤等。正因为物理媒体会有很多差异，所以物理层的作用正是尽可能地屏蔽这些差异，使上面的数据链路曾感觉不到这些差异。其主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，如机械特性、电气特性等。在这一层，数据的单位为比特

2）数据链路层：封装成帧、透明传输、差错检测 （帧）

协议：地址解析协议ARP、逆向地址解析协议RARP、点对点协议PPP

封装成帧：就是在数据前后分别添加首部和尾部，这样就构成了 帧。（在网线上，数据是以电信号的形式传输；在光纤上，数据以光信号的形式传输。因此数据链路层对数据进行了格式化以进行传输（封装成帧））

透明传输：用字节填充法（在非帧边界的控制字符插入转义字符）解决透明传输的问题。

差错检测：传输过程中可能会出现差错（比特差错），为保证可靠性，在数据链路层广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术

 

数据链路层使用的信道主要有两种类型：

1. 点对点信道：也就是字面意思，点对点得通信方式。
2. 广播信道：这种信道是一对多的方式，所以整个过程也比较复杂。必须使用一些信道协议来协调网络中的主机数据发送。

具体工作：接收来自物理层的比特流形式的数据，并封装成帧，传送到上一层；同样，也将来自上层的数据帧，拆装为比特流形式的数据转发到物理层；并且，还负责处理接收端发回的确认帧的信息，以便提供可靠的数据传输。

3）网络层：通过路由选择算法，为数据包选择最适当的路径。（数据包）

协议：网络协议IP、地址解析协议ARP、互联网控制信息协议ICMP、互联网组管理协议IGMP

如果我有多台计算机，怎么找到我要发的那台？或者，A要给F发信息，中间要经过B，C，D,E，但是中间还有好多节点如K.J.Z.Y。我怎么选择最佳路径？这就是路由要做的事。

注意：数据链路层是解决同一网络内节点之间的通信，而网络层主要解决不同子网间的通信。

4）运输层：提供端到端的连接。（报文段） 

协议：传输控制协议TCP、用户数据报协议UDP

5）会话层：建立和管理应用程序之间会话。

协议：安全套接字协议SSL、传输层安全协议TLS

例如：A和B通过QQ进行聊天时，A手机上的QQ和B手机上的QQ建立了会话。（同一应用程序之间）

6）表示层：把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式，提供字符代码、数据格式、控制信息格式、加密等的统一表示。

协议：外部数据表示协议XDP

例1：由于用户程序中的数据类型（整型或实型、有符号或无符号等）有不同的表示方式，因此，在设备之间需要具有在不同字符集或格式之间转换的功能。 

例2：两个通信主机之间采用不同的编码方式，需要通过表示层来完成这种转换，实现编码的同一。

7）应用层：直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作​​​​​​​。

协议：支持万维网应用的HTTP协议、支持电子邮件的SMTP协议、支持文件传送的FTP协议、DNS（域名解析），邮局协议POP3，安全套接字协议Socks，简单网络管理协议SNMP，TCP/IP终端仿真协议Telnet

1.3 为什么使用分层网络模型（分层的好处）

1. 各层之间是独立的，每一层向上和向下通过层间接口提供服务，无需暴露内部实现
2. 灵活性好
3. 结构上可分割
4. 易于实现和维护
5. 能促进标准化工作

1.4 数据在各层之间的传递过程

 1）发送方发送数据、接收方接收数据

       

2）对等通信

二、TCP/IP协议栈（四层模型）

TCP/IP包含很多协议（协议簇）

2.1 OSI七层模型和TCP/IP四层模型的区别

1. OSI七层协议分别为物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层；TCP/IP四层协议分别为网络接口层，网际层IP，运输层，应用层
2. OSI是一种理论模型，而TCI/IP已经被广泛使用，成为网络互连实际上的标准。
3. OSI7层模型是一个大而全的理论模型、TCP/IP(参考)模型侧重一些核心的协议的分层，是由实际应用发展总结出来的。
4. OSI先有模型，后有协议，先有标准，后进行实践，而TCP/IP则相反。
5. OSI协议实现起来过分复杂，而且运行效率低，层次划分不合理，很多功能在多个层次重复出现

三、五层模型

1. 五层模型只出现在计算机网络学习教学过程中
2. 是对七层模型和四层模型的一个折中，及综合了OSI和TCP/IP 体系结构的优点，这样既简洁又能将概念阐述清楚。
3. 5层模型从上到下包含：应用层、传输层、网络层、数据链路层和网络层。