计算机网络 OSI、TCP/IP、五层协议的体系结构

Myth丶恋晨 2024-04-17 14:25 53阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1、OSI七层模型
 *   *  1.1 简介
     *  1.2 内容
     *  1.3 每层的作用
     *  1.4 每层的协议
 *  2、TCP/IP四层模型
 *   *  2.1 简介
     *  2.2 内容
     *  2.3 每层的作用
     *  2.4 与OSI模型的比较
     *   *  2.4.1 共同点
         *  2.4.2 不同点
 *  3、五层协议
 *   *  3.1 简介
     *  3.2 内容
     *  3.3 每层的作用

# 1、OSI七层模型 #

## 1.1 简介 ##

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。  
它是一个七层的、抽象的模型体，不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。

## 1.2 内容 ##

OSI七层协议模型主要是：应用层（Application）、表示层（Presentation）、会话层（Session）、传输层（Transport）、网络层（Network）、数据链路层（Data Link）、物理层（Physical）。  
示意图如下：  
![在这里插入图片描述][20190827172312314.png]  
**背诵口诀：可以从下往上背每一层的第一个字，即：物数网传会表应**

## 1.3 每层的作用 ##

顺序为从下到上：

*  物理层：通过媒介传输比特，确定机械及电气规范（比特Bit）
 *  数据链路层：将比特组装成帧和点到点的传递（帧Frame）
 *  网络层：负责数据包从源到宿的传递和网际互连（包PackeT）
 *  传输层：提供端到端的可靠报文传递和错误恢复（段Segment）
 *  会话层：建立、管理和终止会话（会话协议数据单元SPDU）
 *  表示层：对数据进行翻译、加密和压缩（表示协议数据单元PPDU）
 *  应用层：直接和应用程序接口并提供常见的网络应用服务（应用协议数据单元APDU）

## 1.4 每层的协议 ##

物理层：RJ45、CLOCK、IEEE802.3  
数据链路层：PPP、FR、HDLC、**VLAN、MAC**  
网络层：**IP、ICMP、ARP、RARP**、OSPF、IPX、RIP、IGRP  
传输层：**TCP、UDP**、SPX  
会话层：NFS、SQL、NETBIOS、**RPC**  
表示层：JPEG、MPEG、ASII  
应用层：**FTP、DNS、HTTP、SMTP、WWW**、NFS、Telent

# 2、TCP/IP四层模型 #

## 2.1 简介 ##

TCP/IP参考模型是计算机网络的祖父ARPANET和其后继的因特网使用的参考模型。ARPANET是由美国国防部DoD（U.S.Department of Defense）赞助的研究网络。逐渐地它通过租用的电话线连结了数百所大学和政府部门。当无线网络和卫星出现以后，现有的协议在和它们相连的时候出现了问题，所以需要一种新的参考体系结构。这个体系结构在它的两个主要协议出现以后，被称为TCP/IP参考模型（TCP/IP reference model）。

## 2.2 内容 ##

TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互联层、传输层（主机到主机）、和应用层。  
跟OSI模型的对比图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMTUxNjU5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 2.3 每层的作用 ##

1.  应用层  
    应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等.
2.  运输层  
    运输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP).  
    TCP协议提供的是一种可靠的、通过“三次握手”来连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不保证可靠的（并不是不可靠）、无连接的数据传输服务.
3.  网际互联层  
    网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。  
    IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。
4.  网络接入层（即主机-网络层）  
    网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。地址解析协议（ARP）工作在此层，即OSI参考模型的数据链路层。

## 2.4 与OSI模型的比较 ##

### 2.4.1 共同点 ###

1.  OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了层次结构的概念。
2.  都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制。

### 2.4.2 不同点 ###

1.  OSI采用的七层模型，而TCP/IP是四层结构。
2.  TCP/IP参考模型的网络接口层实际上并没有真正的定义，只是一些概念性的描述。而OSI参考模型不仅分了两层，而且每一层的功能都很详尽，甚至在数据链路层又分出一个介质访问子层，专门解决局域网的共享介质问题。
3.  OSI模型是在协议开发前设计的，具有通用性。TCP/IP是先有协议集然后建立模型，不适用于非TCP/IP网络。
4.  OSI参考模型与TCP/IP参考模型的传输层功能基本相似，都是负责为用户提供真正的端对端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。所不同的是TCP/IP参考模型的传输层是建立在网络互联层基础之上的，而网络互联层只提供无连接的网络服务，所以面向连接的功能完全在TCP协议中实现，当然TCP/IP的传输层还提供无连接的服务，如UDP；相反OSI参考模型的传输层是建立在网络层基础之上的，网络层既提供面向连接的服务，又提供无连接的服务，但传输层只提供面向连接的服务。
5.  OSI参考模型的抽象能力高，适合与描述各种网络；而TCP/IP是先有了协议，才制定TCP/IP模型的。
6.  OSI参考模型的概念划分清晰，但过于复杂；而TCP/IP参考模型在服务、接口和协议的 区别上不清楚，功能描述和实现细节混在一起。
7.  TCP/IP参考模型的网络接口层并不是真正的一层；OSI参考模型的缺点是层次过多，划分意义不大但增加了复杂性。
8.  OSI参考模型虽然被看好，由于没把握好时机，技术不成熟，实现困难；相反，TCP/IP参考模型虽然有许多不尽人意的地方，但还是比较成功的。

# 3、五层协议 #

## 3.1 简介 ##

五层协议只是OSI和TCP/IP的综合，实际应用还是TCP/IP的四层结构。为了方便可以把下两层称为网络接口层。

## 3.2 内容 ##

五层体系结构包括：应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。  
三种体系架构的对应图如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMTUxNjU5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
对应的网络协议如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMTUxNjU5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 3.3 每层的作用 ##

1.  第五层——应用层(application layer)  
    应用层(application layer)：是体系结构中的最高。直接为用户的应用进程（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务。  
    在因特网中的应用层协议很多，如支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议，DNS，POP3，SNMP，Telnet等等。
2.  第四层——运输层(transport layer)  
    运输层(transport layer)：负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机可同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用的功能  
    复用，就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。  
    分用，就是把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。  
    运输层主要使用以下两种协议：  
    (1) 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)：面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付。  
    (2) 用户数据包协议UDP(User Datagram Protocol)：无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”。
3.  第三层——网络层(network layer)  
    网络层(network layer)主要包括以下两个任务：  
    (1) 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。  
    (2) 选中合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机。  
    协议：IP,ICMP,IGMP,ARP,RARP
4.  第二层——数据链路层(data link layer)  
    数据链路层(data link layer)：常简称为链路层，我们知道，两个主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，也就是说，在两个相邻结点之间传送数据是直接传送的(点对点)，这时就需要使用专门的链路层的协议。  
    在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing)，在两个相邻结点之间的链路上“透明”地传送帧中的数据。  
    每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。典型的帧长是几百字节到一千多字节。  
    注：”透明”是一个很重要的术语。它表示，某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。”在数据链路层透明传送数据”表示无力什么样的比特组合的数据都能够通过这个数据链路层。因此，对所传送的数据来说，这些数据就“看不见”数据链路层。或者说，数据链路层对这些数据来说是透明的。  
    (1)在接收数据时，控制信息使接收端能知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样，数据链路层在收到一个帧后，就可从中提取出数据部分，上交给网络层。  
    (2)控制信息还使接收端能检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续传送下去白白浪费网络资源。如需改正错误，就由运输层的TCP协议来完成。
5.  第一层——物理层(physical layer)  
    物理层(physical layer)：在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。

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