[网络协议]计算机网络体系结构与参考模型

引言：

我们都知道计算机网络具有分层结构，不管是OSI七层参考模型还是TCP/IP四层参考模型，我们首先要知道为什么要进行分层。

首先介绍一下发送文件前需要完成的工作：

$?$ 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。

$?$ 要告诉网络如何识别目的主机

$?$ 发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。

$?$ 发起通信的计算机要弄清楚对方计算机中文件管理程序是否已做好准备（是否准备接收、是否要足够空间来接收）

$?$ 确保差错和意外可以解决

…

因为工作很多又很繁琐，所以需要将这一系列问题分割成小问题来解决，所以引出了计算机网络分层结构。

1.分层结构（协议、服务、接口）

基本原则：

$?$ 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。

$?$ 各层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。（每层之间的接口要详细说明两层之间如何进行交流）

$?$ 结构上可分割开，每层都采用最合适的自己技术来实现。

$?$ 要保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。

$?$ 整个分层结构应该能促进标准化工作。

分层结构中的概念：

$?$ 实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。

$?$ 协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准化或决定称为网络协议。（同一层之间）

组成
$?$ 语法：规定传输数据的格式
$?$ 语义：规定所要完成的功能
$?$ 同步：规定各种操作的顺序

$?$ 接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口。

$?$ 服务：下层为相邻上层体用得我功能调用。（垂直方向）

数据单元：

$?$ SDU数据服务单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。

$?$ PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。

$?$ PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

每一层的SDU与PCI相结合，组成下一层的SDU进行传递。

2.OSI参考模型（7层/法定标准）

目的：支持异构网络系统的互通互联。

国际标准化组织（ISO）与1984年提出开放系统互联（OSI）参考模型。

结果：理论成功，市场失败。

端系统需要通过全部七层协议，路由器需要经过 下面三层、交换机和网桥只需要通过下面两层。

通信过程：

前五层均添加一个头部控制信息然后传给下一层，数据链路层添加头部和尾部信息传给下一层，物理层将数据转化成01010然后传输到中间系统中。接收端则反过来拆分信息得到原始数据。

发送端添加信息，接收端去掉信息。

各层实现的功能：

$?$ 应用层：所有能和用户交互产生网络流量的程序（联网使用的程序）。典型应用层服务（括号里为协议）：文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、万维网（HTTP）

$?$ 表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）。功能：数据格式变换、数据加密解密（防止抓包）、数据压缩和恢复。（无单独协议）

$?$ 会话层：向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。功能：建立、管理、终止会话，使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步（适用于传输大文件）。

$?$ 传输层：负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据段。功能： 可靠传输（大数据，确认机制，耗时间）、不可靠传输，差错控制、流量控制（控制速度）、复用分用。（TCP、UDP协议）

$?$ 网络层：把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。(将数据报切割就得到分组) 功能：路由选择（选择最佳路径）、流量控制、差错控制、拥塞控制。（IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF协议）

$?$ 数据链路层：把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧。功能：成帧（定义帧的开始和结束）、差错控制（帧错+位错）、流量控制、访问（接入）控制（控制对信道的访问）。（SDLC、HDLC、PPP、STP协议）

$?$ 物理层：在物理媒体上实现对比特流的透明传输（不管所传数据时什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送）。物理层传输单位是比特。功能：定义接口特性、定义传输模式（单工、半双工、双工）、定义传输速率、比特同步、比特编码。（Rj45、802.3协议）

3.TCP/IP参考模型（4层/事实模型）

OSI与TCP/IP相同点：

$?$ 都进行分层

$?$ 基于独立的协议栈的概念

$?$可以实现异构网络互连

OSI与TCP/IP不同点：

$?$ OSI定义三点：服务、协议、接口；OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议。

$?$TCP/IP设计之初就考虑了异构网互联问题，将IP作为重要层次。

4.五层参考模型

整理笔记来自：王道考研