计算机网络分层模型详解

蔚落 2023-10-10 19:28 51阅读 0赞

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## OSI网络分层模型 ##

OSI网络分层模型是一个由国际标准化组织提出的概念模型，试图提供一个使各种不同的终端和网络类型在世界范围内实现互联的标准框架。

它把网络通信的工作分为7层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都专注做一件事情，并且每一层都需要使用下一层提供的功能比如传输层需要使用网络层提供的路由和寻址功能，这样传输层才知道把数据传输到哪里去。

### 为什么使用分层模型？ ###

使用分层模型的优点有：

*  促进标准化工作，允许各供应商开发。
 *  各层间相互独立，把网络操作分成低复杂性单元。
 *  灵活性好，某一层变化不会影响到别层，设计者可以专心设计和开发模块功能。

### 分层简要描述 ###

1.  物理层：物理层是OSI模型的第一层，它定义了在网络上传输比特流的方式。物理层的主要任务是将数字数据转换为模拟信号，以便在网络上进行传输。
2.  数据链路层：数据链路层是OSI模型的第二层，它定义了如何在网络上传输数据包。数据链路层的主要任务是将数据分成帧（Frame），并在物理层上传输。
3.  网络层：网络层是OSI模型的第三层，它定义了如何在不同的网络之间传输数据。网络层的主要任务是路由（Routing），即确定最佳的路径将数据从源节点传输到目标节点。
4.  传输层：传输层是OSI模型的第四层，它定义了数据传输的端到端可靠性和流量控制。传输层的主要任务是将数据分成数据段（Segment），并在网络上进行传输。
5.  会话层：会话层是OSI模型的第五层，它定义了如何在通信双方之间建立、管理和终止会话（Session）。会话层的主要任务是管理会话层协议（例如，连接建立和断开、同步和恢复等）。
6.  表示层：表示层是OSI模型的第六层，它定义了如何将数据表示为应用程序可以处理的格式。表示层的主要任务是将数据进行编码、解码和加密。
7.  应用层：应用层是OSI模型的第七层，它定义了不同应用程序之间的交互方式。应用层的主要任务是提供各种服务，例如文件传输、电子邮件和远程登录等。

### 每一层的具体功能 ###

以下是每一层的具体功能：

*  物理层：负责传输比特流，即0和1的流，以及物理连接的建立和维护。
 *  数据链路层：负责将比特流组装成帧，进行差错检测和纠正，以及提供透明传输服务。
 *  网络层：负责数据包的传输，包括寻址、路由选择和拥塞控制等。
 *  传输层：负责数据的可靠传输，包括错误检测、重传机制和流量控制等。
 *  会话层：负责建立、管理和终止会话，包括同步、检查点和恢复等。
 *  表示层：负责数据格式的转换、加密和压缩等。
 *  应用层：负责应用程序之间的通信，包括文件传输、电子邮件、远程登录等。

### 各协议的解释 ###

1.  TCP：传输控制协议（TCP）是一种面向连接的协议，它在发送数据之前先建立一个连接。TCP确保数据在网络上正确地传输，确保数据的可靠性和完整性，它还能够控制数据的流量和拥塞。TCP是应用广泛的协议之一，用于电子邮件、网页浏览和文件传输等应用中。
2.  UDP：用户数据报协议（UDP）是一种无连接的协议，它不需要在发送数据之前建立连接。UDP不保证数据的可靠性或完整性，但它更快速、更简单，适用于对数据传输延迟较为敏感的应用程序。UDP常用于音视频传输、在线游戏等实时性较高的应用中。

总的来说，TCP适用于那些需要确保数据可靠性和完整性的应用，而UDP适用于那些需要快速数据传输和实时性的应用。

1.  IP：Internet Protocol (IP)是一种协议，用于在计算机网络上传输数据包。它是一种无连接协议，意味着在发送数据之前不会建立连接。IP协议负责数据的传输和路由，以确保数据正确地从源主机传输到目标主机。
2.  ICMP：Internet控制消息协议（ICMP）是一种协议，用于在IP网络上传输控制消息。它通常用于诊断网络问题，如测试主机是否可达、测量网络延迟和带宽等。
3.  RIP：路由信息协议（RIP）是一种用于动态路由的协议。它通过广播路由信息来使网络中的路由器了解网络拓扑结构，并计算出最佳路由。RIP通常用于小型网络。
4.  OSPF：开放最短路径优先（OSPF）是一种基于链路状态的路由协议，用于大型企业网络中的动态路由。它使用Dijkstra算法来计算最短路径，并通过交换链路状态信息来建立拓扑图。
5.  BGP：边界网关协议（BGP）是一种用于互联网中的路由协议。它是一种路径向量协议，用于在AS之间选择最佳路径。BGP的主要作用是确保互联网上的路由器能够相互通信，并在网络出现问题时快速恢复。
6.  IGMP：Internet组管理协议（IGMP）是一种协议，用于在多播网络中管理组成员。它允许主机加入或离开多播组，并在网络中通知路由器有多少主机加入或离开多播组。
7.  SLIP：串行线路互联协议（SLIP）是一种早期的协议，用于在串行线路上传输IP数据包。它已被PPP所取代，因为SLIP具有固定的IP地址、缺乏安全性和完整性检查等问题。
8.  CSLIP：压缩串行线路互联协议（CSLIP）是一种改进的SLIP协议，它使用压缩技术减少了IP数据包在串行线路上的传输负载，提高了传输速度。
9.  PPP：点对点协议（PPP）是一种面向连接的协议，用于在两个计算机之间传输数据。它支持多种协议，如IP、IPX、NetBIOS等，并提供身份验证、加密和压缩等功能。
10. ARP：地址解析协议（ARP）是一种协议，用于将IP地址映射到MAC地址。ARP通过广播消息来查找目标MAC地址，并在ARP缓存中保存映射关系，以提高网络效率。
11. RARP：反向地址解析协议（RARP）是一种协议，用于将MAC地址映射到IP地址。RARP通过广播消息来查找目标IP地址，并在RARP服务器中保存映射关系，以提供动态IP地址分配。
12. MTU：最大传输单元（MTU）是指在一个网络通信链路上最大允许的数据包大小。MTU取决于链路类型，如以太网、无线网络等，通常是固定的。如果数据包的大小超过MTU，则需要进行分片和重新组装。

总的来说，SLIP和CSLIP已经过时，PPP是常用的点对点协议，ARP和RARP用于地址映射，MTU则决定了一个网络通信链路上最大允许的数据包大小。

1.  ISO 2110：这可能是指ISO 2110标准，它定义了一种通用的网络协议体系结构。该标准定义了七层协议栈（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层），每层都有特定的功能和协议。
2.  IEEE 802：这是一个系列的协议，由IEEE（电气和电子工程师协会）定义。该系列包括多个标准，如IEEE 802.3（以太网）、IEEE 802.11（Wi-Fi）和IEEE 802.15（蓝牙）等。每个标准定义了特定类型的网络，包括局域网、无线局域网和个人区域网络等。
3.  IEEE 802.2：这是IEEE 802系列中的一个子协议，也称为逻辑链路控制（LLC）协议。该协议定义了一种标准化的数据链路层协议，为高层协议提供了一个统一的接口。它在IEEE 802网络中广泛使用，包括以太网、令牌环网和无线局域网等。

总的来说，ISO 2110定义了一种通用的协议体系结构，IEEE 802系列定义了各种类型的网络标准，IEEE 802.2是IEEE 802系列中的一个子协议，为高层协议提供了一个统一的接口。

## 物理层 ##

物理层是计算机网络 OSI 模型中最低的一层，主要功能是构建数据通路，可以是一段或多段物理介质构造一条完整的数据传输通道；透明传输：让进行网络通信的各方不用管数据通路中的具体细节，只需要知道如何发送和接收数据即可；数据的编码和解码：将数字信号转换成二进制数，以便于在各种物理媒体上传输。

关键词：  
光纤、网线  
高电压1、低电压0 不停发送电信号

### 物理层协议 ###

物理层协议有很多种，其中一些常见的物理层协议包括：RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。

## 链路层 ##

### 数据链路层协议 ###

数据链路层的主要协议有：Point-to-Point Protocal (PPP) 点到点，Ethernet 以太网，High-Level Data Link Control Protocal (HDLC) 高级链路控制协议，Frame Relay 帧中继，Asynchronous Transfer Mode (ATM) 异步传输模式等。

### 数据链路层子层 ###

数据链路层协议又被分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）协议和媒体访问控制（MAC）协议。

## 物理层和链路层区别 ##

物理层和数据链路层是OSI模型中的两个不同层次，它们之间有以下几点区别：

*  功能不同：物理层负责在通信设备之间建立、维护和断开物理连接。 它定义了物理设备的接口标准，如电气特性、机械特性和功能特性等。 而数据链路层负责在物理连接上建立、维护和释放数据链路连接。
 *  数据单元不同：物理层传输的是比特流，而数据链路层传输的是帧。
 *  差错控制不同：物理层没有差错控制，而数据链路层有差错控制。

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