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[网络协议]计算机网络(一)体系结构概况

osi七层协议

  1. 物理层
  2. 数据链路层--MAC地址
  3. 网络层--IP协议
  4. 传输层--端口
  5. 会话层
  6. 表示层
  7. 应用层

1、物理层

通过物理设备连接计算机传输0、1比特位。

2、数据链路层

确定0、1比特位分组方式,多少个电信号为一组。以太网协议是代表。

以太网规定,一组电信号构成一个数据包,叫做”帧”(Frame)。每一帧分成两个部分:标头(Head)和数据(Data)。

“标头”包含数据包的一些说明项,比如发送者、接受者、数据类型等等;”数据”则是数据包的具体内容。

“标头”的长度,固定为18字节。”数据”的长度,最短为46字节,最长为1500字节。因此,整个”帧”最短为64字节,最长为1518字节。如果数据很长,就必须分割成多个帧进行发送。

发送者和接收者如何确定?

以太网规定,连入网络的所有设备,都必须具有”网卡”接口。数据包必须是从一块网卡,传送到另一块网卡。网卡的地址,就是数据包的发送地址和接收地址,这叫做MAC地址。每块网卡出厂的时候,都有一个MAC地址,长度是48个二进制位,通常用12个十六进制数表示。前6个十六进制数是厂商编号,后6个是该厂商的网卡流水号。(据说mac地址有极小概率重复,产生冲突时需要想办法解决冲突)。有了MAC地址,就可以定位网卡和数据包的路径了。

?通过mac地址发送帧数据

以太网不是向指定的mac地址设备发送帧数据,而是采用广播方式向同一个子网络下的所有设备发送帧数据,其他设备网卡接收到帧数据,判断接收者是否是自己。如果不是,就丢弃帧数据。如果是就处理。

要想通过以太网通信,就必须在同一个子网络下。并且以太网采用广播方式,如果同一个子网络下设备很多,通信效率就会变低。所以有了网络层。

3、网络层

网络层的作用是引进一套新的地址,使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址",简称"网址"。

于是,"网络层"出现以后,每台计算机有了两种地址,一种是MAC地址,另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系,MAC地址是绑定在网卡上的,网络地址则是管理员分配的,它们只是随机组合在一起。

网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络,MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。因此,从逻辑上可以推断,必定是先处理网络地址,然后再处理MAC地址。

IP协议

规定网络地址的协议,叫做IP协议。它所定义的地址,就被称为IP地址。

目前,广泛采用的是IP协议第四版,简称IPv4。这个版本规定,网络地址由32个二进制位组成。

"子网掩码",就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址,也是一个32位二进制数字,它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.254.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。

知道"子网掩码",我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。

IP数据包也分为"标头"和"数据"两个部分。"标头"部分主要包括版本、长度、IP地址等信息,"数据"部分则是IP数据包的具体内容。

4、传输层

有了MAC地址和IP地址,我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。

接下来的问题是,同一台主机上有许多程序都需要用到网络,比如,你一边浏览网页,一边与朋友在线聊天。当一个数据包从互联网上发来的时候,你怎么知道,它是表示网页的内容,还是表示在线聊天的内容?

我们还需要一个参数,表示这个数据包到底供哪个程序(进程)使用。这个参数就叫做"端口"(port),它其实是每一个使用网卡的程序的编号。每个数据包都发到主机的特定端口,所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。

"端口"是0到65535之间的一个整数,正好16个二进制位。0到1023的端口被系统占用,用户只能选用大于1023的端口。不管是浏览网页还是在线聊天,应用程序会随机选用一个端口,然后与服务器的相应端口联系。

"传输层"的功能,就是建立"端口到端口"的通信。相比之下,"网络层"的功能是建立"主机到主机"的通信。只要确定主机和端口,我们就能实现程序之间的交流。因此,Unix系统就把主机+端口,叫做"套接字"(socket)。有了它,就可以进行网络应用程序开发了。

UDP协议

最简单的实现叫做UDP协议,它的格式几乎就是在数据前面,加上端口号。

UDP数据包,也是由"标头"和"数据"两部分组成。"标头"部分主要定义了发出端口和接收端口,"数据"部分就是具体的内容。UDP数据包非常简单,"标头"部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。

TCP协议

TCP数据包和UDP数据包一样,都是内嵌在IP数据包的"数据"部分。TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。

5、会话层

会话层(Session Layer),是在发送方和接收方之间进行通信时创建、维持、之后终止或断开连接的地方,与电话通话有点相似。

会话层定义了一种机制,允许发送方和接收方启动或停止请求会话,以及当双方发生拥塞时仍然能保持对话。会话层协议的代表包括:RPC。

6、表示层

表示层是将数据展示为接收设备可以理解的格式。

表示层主要由3个功能:

  1. 数据格式 (data formatting)
  2. 数据压缩 (data compression)
  3. 数据加密 (data encryption)

表示层协议的代表包括:ASCII、JPEG。

7、表示层

应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层协议:FTP、HTTP。

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加:2021-09-13 09:37:35  更:2021-09-13 09:39:00 
 
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