ISO/OSI 和 TCP/IP的參考模型

ISO/OSI參考模型

在網絡發展的初期,有許多研究機構,計算機廠商和公司都大力發展計算機網絡。推出了許多商品化的網絡系統,這種自行發展的網絡,在體系結構上差異很大,以至于它們之間互不相讓,難于相互連接以構成更大的網絡系統。為此國際標準化組織ISO提出了開放系統互連參考模型OSI/RM,

OSI參考模型是研究如何把開放系統(即為了與其他系統通信而相互開放的系統)連接起來的標準。

OSI參考模型將計算機網絡分成7層,每層是一個模塊,用于執行某種主要功能,并具有自己的一套通信協議。

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下四層是為數據傳輸服務的,物理層是真正的傳輸數據的,數據鏈路層、網絡層、傳輸層主要是寫入對應數據的傳輸信息的

  • 物理層:比特

物理層是OSI參考模型的最低層,它利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接。它主要關心的是通過物理鏈路從一個節點向另一個節點傳送比特流

  • 數據鏈路層:幀

數據鏈路層是為網絡層提供服務的,解決兩個相鄰結點之間的通信問題,傳送的協議數據單元稱為數據幀

數據幀中保存的最主要的信息是網卡的 mac 地址,控制碼、數據及校驗碼等信息。

該層的主要作用是通過校驗、確認和反饋重發等手段,將不可靠的物理鏈路轉換成對網絡層來說無差錯的數據鏈路

據鏈路層還要協調收發雙方的數據傳輸速率,即進行流量控制,以防止接收方因來不及處理發送方來的高速數據而導致緩沖器溢出及線路阻塞

  • 網絡層:報文

網絡層是為傳輸層提供服務的,傳送的協議數據單元稱為數據包或分組

保存的最主要的信息是 IP 地址,IP 地址是負責外網通信的,發件人和收件人的IP 地址

-傳輸層:TPDU--傳輸協議數據單元

傳輸層的作用是為上層協議提供端到端的可靠和透明的數據傳輸服務,包括處理差錯控制和流量控制等問題

確定端口號(IP是尋找互聯網中的哪個電腦,端口是尋找電腦中的哪個應用服務)

確定傳輸協議是可靠的還是不可靠的(UDP、TCP)

為用戶提供服務的上三層

  • 會話層:SPDU--會話協議數據單元

會話層主要功能是管理和協調不同主機上各種進程之間的通信(對話),即負責建立、管理和終止應用程序之間的會話

確定網絡數據是否要通過遠程會話

  • 表示層:SPDU--表示協議數據單元

表示層處理流經結點的數據編碼的表示方式問題,以保證一個系統應用層發出的信息可被另一系統的應用層讀出

該層可提供一種標準表示形式,用于將計算機內部的多種數據表示格式轉換成
網絡通信中采用的標準表示形式

數據壓縮和加密也是表示層可提供的轉換功能之一

  • ** 應用層:APDU--應用協議數據單元**

應用層是OSI參考模型的最高層,是用戶與網絡的接口。該層通過應用程序來完成網絡用戶的應用需求,如文件傳輸、收發電子郵件等

TCP/IP參考模型

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是傳輸控制協議/網際協議,它起源于美國ARPANET,由它的主要協議即TCP協議和IP協議而得名。
TCP/IPInternet上所有網絡和主機之間進行交流所使用的共同“語言”,是Internet上使用的一組完整的標準網絡連接協議。
通常說的TCP/IP協議實際上包含了大量的協議和應用,且由多個獨立定義的協議組合在一起,因此,更確切的說,應該稱其為TCP/IP協議集

由于Internet在全世界飛速發展,使得TCP/IP協議得到了廣泛的應用,雖然TCP/IP不是ISO的標準,但是廣泛的應用也使得TCP/IP成為一種“事實上的標準”,并形成了TCP/IP參考模型。TCP/IP在不斷發展過程中吸收了OSI標準中的概念和特征。

TCP/IP協議的優點

  • 開放的協議標準,可以免費使用,并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統。

  • 獨立于特定的網絡硬件,可以運行在局域網,廣域網中,更適合用于互聯網中。

  • 統一的網絡地址分配方案,使得整個TCP/IP設備在網中都具有唯一的地址。

  • 標準化的高層協議,可以提供多種可靠的用戶服務。

TCP/IP參考模型各層的功能

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  • 網絡接口層

在TCP/IP模型中,網絡接口層是TCP/IP模型的最底層,負責接收從網絡層交付的IP數據包,并將IP數據包通過底層物理網絡發送出去,或者從底層物理網絡上接收物理幀,抽出IP數據報,交給網絡層

  • 網絡層

網絡層負責獨立地將分組從源主機送往目的主機,為分組提供最佳路徑選擇和交換功能,并使這一過程與它們所經過的路徑和網絡無關。

  • 傳輸層

傳輸層的作用是在源節點和目的節點的兩個對等實體間提供可靠的端到端的數據通信

  • 應用層

應用層為用戶提供網絡應用,并為這些應用提供網絡支撐服務,把用戶的數據發送到低層,為應用程序提供網絡接口。

TCP/IP協議集

網絡接口層協議

包括各種物理網絡協議,例如Ethernet、令牌環、幀中繼、ISDN和分組交換網X.25等。當各種物理網絡被用做傳輸IP數據包的通道時,這種傳輸過程就可以認為是屬于這一層的內容

網絡層協議

包括多個重要協議,主要協議有4個,即IP、ARP、RARP和ICMP

網際協議(Internet Protocol,IP)是其中的核心協議,IP協議規定網絡層數據分組的格式

Internet控制消息協議(Internet Control Message Protocol,ICMP)提供網絡控制和消息傳遞功能

地址解釋協議(Address Resolution Protocol,ARP)用來將邏輯地址解析成物理地址。

反向地址解釋協議(Reverse Address Resolution Protocol,RARP)通過RARP廣播,將物理地址解析成邏輯地址

傳輸層協議

主要包含TCP和UDP兩個協議

傳輸控制協議(Transport Control Protocol,TCP)是面向連接的協議,用三次握手和滑動窗口機制來保證傳輸的可靠性和進行流量控制。

用戶數據報協議(User Datagram Protocol,UDP)是面向無連接的不可靠運輸層協議。

應用層協議

包括了眾多的應用與應用支撐協議。

常見的應用層協議有:文件傳輸協議(FTP)、超文本傳輸協議(HTTP)、簡單郵件傳輸協議(SMTP)、遠程登錄(Telnet)。

常見的應用支撐協議包括域名服務(DNS)和簡單網絡管理協議(SNMP)等。

TCP/IP通信數據流

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TCP/IP網絡模型處理數據的過程描述如下:

(1)生成數據。當用戶發送一個電子郵件信息時,它的字母或數字字符被轉換成可以通過互聯網傳輸的數據。
(2)為端到端的傳輸將數據打包。通過對數據打包來實現互聯網的傳輸。通過使用端傳輸功能確保在兩端的信息主機系統之間進行可靠的通信。
(3)在首部上附加目的網絡地址。數據被放置在一個分組或者數據報中,其中包含了帶有源和目的邏輯地址的網絡首部,這些地址有助于網絡設備在動態選定的路徑上發送這些分組。
(4)附加目的數據鏈路層MAC地址到數據鏈路首部。每一個網絡設備必須將分組放置在幀中,該幀的首部包括在路徑中下一臺直接相連設備的物理地址。
(5)傳輸比特。幀必須轉換成“1”和“0”的信息模式,才能在介質上進行傳輸。時鐘功能(Clocking Function)使得設備可以區分這些在介質上傳輸的比特,物理互聯網絡上的介質可能隨著使用的不同路徑而有所不同。例如,電子郵件信息可以起源于一個局域網LAN,通過校園骨干網,然后到達廣域網WAN鏈路,直到到達另一個遠端局域網LAN上的目的主機為止。

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