【深入理解计算机网络03】计算机网络的分层结构,OSI模型与TCP/IP模型

体系结构

网络的体系结构 是计算机网络的各层及其协议的集合,就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精准定义

实现是遵循这种体系结构的前提下,用何种硬件或软件完成这些功能的问题

各层之间的关系

实体 :在计算机网络的分层结构中,第n层中的活动元素(软件+硬件),通常称为第n层实体。不同机器的同一层称为对等层 ,同一层的实体称为对等实体

协议: 即网络协议,控制对等实体 之间进行通信的规则的集合,是水平的

接口:同一节点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口,又称服务访问点(Service Access Point,SAP)

服务 :指下层为紧邻的上层提供的功能调用,是垂直的

数据的传输

从水平来看,数据之间的传输要遵循协议。因此需要在数据头部加上控制信息确保实现相应层数的功能。

从垂直来看,数据在层数从高到低的过程中不断封装,在头部添加不同层协议对应的控制信息

  • 协议数据单元(PDU):对等层次之间传送的数据单位
  • 服务数据单元(SDU):为完成上一层实体所要求的功能而传送的数据
  • 协议控制信息(PCI):控制协议操作的信息

协议

协议由语法、语义和同步三部分组成

  • 语法:数据与控制信息的格式。如协议控制信息(首部)部分占几个字节,每个字节是什么含义
  • 语义:需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。如协议中需要明确规定:发送完数据接受方是否需要应答,以及应答的种类
  • 同步(或时序):执行各种操作的条件、时序关系,即事件实现顺序的详细说明。如发送完数据后,接受方需要立即应答,如果发送方10s内未收到应答,则会重发数据

OSI参考模型

物理层

实现相邻节点之间的比特的传输

  • 需定义电路接口参数(形状、尺寸等)
  • 需定义传输信号的含义、电气特称(5V表示1,1V表示0;每比特电信号持续时间0.1 ms)

链路层

确保相邻节点之间的链路逻辑上无差错。实体之间以帧Frame为单位进行数据传输

  • 差错控制:检查纠错;或检查丢弃重传
  • 流量控制:协调两个节点的速率

网络层

把分组从源节点转发到目的节点,以分组为单位进行数据传输

  • 路由选择:构造并维护路由表,决定分组到达目标结点的最佳路径
  • 分组转发:将分组从合适的端口转发出去
  • 拥塞控制:发现网络拥塞并采取措施缓解拥塞
  • 网际互连:实现异构网络互连
  • 差错控制、流量控制(以分组为单位进行。可以把链路层从帧方面的控制看为是局部的,分组由多个帧组成,每个是正确的不一定能保证合成的分组是正确的,因此这就是网络层的工作,检错分组)、建立与释放连接、可靠传输管理

传输层

实现端到端的通信(即进程间的通信。端指的是端口),以报文段Segment为单位传输数据

  • 复用和分用
  • 差错控制、流量控制、建立与释放连接、可靠传输管理

会话层

管理进程间的会话(会话管理:采用检查点机制,当进程间通信失效时从检查点继续恢复通信),以报文为单位传输数据

表示层

解决不同主机上信息表示不一致的问题(数据格式转换),以报文为单位传输数据

应用层

实现特定的网络应用,以报文为单位传输数据

TCP/IP 模型

OSI模型相比

删除了表示层与会话层:并不是所有网络应用都需要数据格式转换、会话管理功能。如果真的需要这些功能,可以通过应用层的特定协议去实现。

将数据链路层和物理层改为了网络接口层 :OSI模型在数据链路层和物理层对硬件规定过多,但网络硬件种类繁多,不应该有过多限制。因此TCP/IP 模型在网络层直线只有网络接口层,用来实现相邻节点间的数据传输,不对具体怎么传输做规定

TCP/IP模型在网络层 中删除了 差错控制、流量控制、建立与释放连接、可靠传输管理 的功能,因此网络层只能向上层提供无连接不可靠的服务。 OSI模型既可以通过虚电路 向上层提供有链接的可靠的服务 ,也可以通过数据报 向上层提供无连接不可靠的服务

在传输层中,OSI模型只能向上层提供有链接的可靠的服务 ,TCP/IP模型既可以通过TCP协议 向上层提供有链接的可靠的服务 ,也可以通过UDP协议 向上层提供无连接不可靠的服务

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