ISO/OSI 和 TCP/IP的参考模型

ISO/OSI参考模型

在网络发展的初期,有许多研究机构,计算机厂商和公司都大力发展计算机网络。推出了许多商品化的网络系统,这种自行发展的网络,在体系结构上差异很大,以至于它们之间互不相让,难于相互连接以构成更大的网络系统。为此国际标准化组织ISO提出了开放系统互连参考模型OSI/RM,

OSI参考模型是研究如何把开放系统(即为了与其他系统通信而相互开放的系统)连接起来的标准。

OSI参考模型将计算机网络分成7层,每层是一个模块,用于执行某种主要功能,并具有自己的一套通信协议。

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下四层是为数据传输服务的,物理层是真正的传输数据的,数据链路层、网络层、传输层主要是写入对应数据的传输信息的

  • 物理层:比特

物理层是OSI参考模型的最低层,它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。它主要关心的是通过物理链路从一个节点向另一个节点传送比特流

  • 数据链路层:帧

数据链路层是为网络层提供服务的,解决两个相邻结点之间的通信问题,传送的协议数据单元称为数据帧

数据帧中保存的最主要的信息是网卡的 mac 地址,控制码、数据及校验码等信息。

该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段,将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路

据链路层还要协调收发双方的数据传输速率,即进行流量控制,以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞

  • 网络层:报文

网络层是为传输层提供服务的,传送的协议数据单元称为数据包或分组

保存的最主要的信息是 IP 地址,IP 地址是负责外网通信的,发件人和收件人的IP 地址

-传输层:TPDU--传输协议数据单元

传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务,包括处理差错控制和流量控制等问题

确定端口号(IP是寻找互联网中的哪个电脑,端口是寻找电脑中的哪个应用服务)

确定传输协议是可靠的还是不可靠的(UDP、TCP)

为用户提供服务的上三层

  • 会话层:SPDU--会话协议数据单元

会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信(对话),即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话

确定网络数据是否要通过远程会话

  • 表示层:SPDU--表示协议数据单元

表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题,以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出

该层可提供一种标准表示形式,用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成
网络通信中采用的标准表示形式

数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一

  • ** 应用层:APDU--应用协议数据单元**

应用层是OSI参考模型的最高层,是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求,如文件传输、收发电子邮件等

TCP/IP参考模型

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是传输控制协议/网际协议,它起源于美国ARPANET,由它的主要协议即TCP协议和IP协议而得名。
TCP/IPInternet上所有网络和主机之间进行交流所使用的共同“语言”,是Internet上使用的一组完整的标准网络连接协议。
通常说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用,且由多个独立定义的协议组合在一起,因此,更确切的说,应该称其为TCP/IP协议集

由于Internet在全世界飞速发展,使得TCP/IP协议得到了广泛的应用,虽然TCP/IP不是ISO的标准,但是广泛的应用也使得TCP/IP成为一种“事实上的标准”,并形成了TCP/IP参考模型。TCP/IP在不断发展过程中吸收了OSI标准中的概念和特征。

TCP/IP协议的优点

  • 开放的协议标准,可以免费使用,并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

  • 独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网,广域网中,更适合用于互联网中。

  • 统一的网络地址分配方案,使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址。

  • 标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。

TCP/IP参考模型各层的功能

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  • 网络接口层

在TCP/IP模型中,网络接口层是TCP/IP模型的最底层,负责接收从网络层交付的IP数据包,并将IP数据包通过底层物理网络发送出去,或者从底层物理网络上接收物理帧,抽出IP数据报,交给网络层

  • 网络层

网络层负责独立地将分组从源主机送往目的主机,为分组提供最佳路径选择和交换功能,并使这一过程与它们所经过的路径和网络无关。

  • 传输层

传输层的作用是在源节点和目的节点的两个对等实体间提供可靠的端到端的数据通信

  • 应用层

应用层为用户提供网络应用,并为这些应用提供网络支撑服务,把用户的数据发送到低层,为应用程序提供网络接口。

TCP/IP协议集

网络接口层协议

包括各种物理网络协议,例如Ethernet、令牌环、帧中继、ISDN和分组交换网X.25等。当各种物理网络被用做传输IP数据包的通道时,这种传输过程就可以认为是属于这一层的内容

网络层协议

包括多个重要协议,主要协议有4个,即IP、ARP、RARP和ICMP

网际协议(Internet Protocol,IP)是其中的核心协议,IP协议规定网络层数据分组的格式

Internet控制消息协议(Internet Control Message Protocol,ICMP)提供网络控制和消息传递功能

地址解释协议(Address Resolution Protocol,ARP)用来将逻辑地址解析成物理地址。

反向地址解释协议(Reverse Address Resolution Protocol,RARP)通过RARP广播,将物理地址解析成逻辑地址

传输层协议

主要包含TCP和UDP两个协议

传输控制协议(Transport Control Protocol,TCP)是面向连接的协议,用三次握手和滑动窗口机制来保证传输的可靠性和进行流量控制。

用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)是面向无连接的不可靠运输层协议。

应用层协议

包括了众多的应用与应用支撑协议。

常见的应用层协议有:文件传输协议(FTP)、超文本传输协议(HTTP)、简单邮件传输协议(SMTP)、远程登录(Telnet)。

常见的应用支撑协议包括域名服务(DNS)和简单网络管理协议(SNMP)等。

TCP/IP通信数据流

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TCP/IP网络模型处理数据的过程描述如下:

(1)生成数据。当用户发送一个电子邮件信息时,它的字母或数字字符被转换成可以通过互联网传输的数据。
(2)为端到端的传输将数据打包。通过对数据打包来实现互联网的传输。通过使用端传输功能确保在两端的信息主机系统之间进行可靠的通信。
(3)在首部上附加目的网络地址。数据被放置在一个分组或者数据报中,其中包含了带有源和目的逻辑地址的网络首部,这些地址有助于网络设备在动态选定的路径上发送这些分组。
(4)附加目的数据链路层MAC地址到数据链路首部。每一个网络设备必须将分组放置在帧中,该帧的首部包括在路径中下一台直接相连设备的物理地址。
(5)传输比特。帧必须转换成“1”和“0”的信息模式,才能在介质上进行传输。时钟功能(Clocking Function)使得设备可以区分这些在介质上传输的比特,物理互联网络上的介质可能随着使用的不同路径而有所不同。例如,电子邮件信息可以起源于一个局域网LAN,通过校园骨干网,然后到达广域网WAN链路,直到到达另一个远端局域网LAN上的目的主机为止。

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