网络基础------TCP/IP五层模型

        在生活中,如果一个个的计算机都是独立运行的,即彼此之间互不关联。那我们自己的计算机中有什么,我们就只能看到什么,当要在计算机中查找某个内容时,如果自己的计算机中没有相应的内容就会查找失败。但是在别人的计算机中可能有我们想要查找的内容。所以,如果将各计算机连接起来,形成一个网络,就能达到资源共享的目的。

网络概述

        网络是由若干结点和连接这些结点的链路组成。其中网络中的结点可以是计算机,电视机,电话等。

        根据网络中结点类型(端设备)的不同,可分为不同的网络。如:端设备是计算机的称为计算机网络,端设备是电视机的称为有线电视网络,端设备是电话的称为电信网络

        我们一般所说的网络就是指上述的“三网”。根据网络的不同,向用户提供的服务也不同。不过,现在随着技术的发展,各网络之间相互融合,即一种网络也可以提供其他网络的服务,就产生了“网络融合 ”的概念。下面所提到的网络指的是“计算机网络”。

计算机网络

        计算机网络:将一些独立运行的计算机连接起来构成的集合。

        用户可以在自己的计算机中写文档之类的活动,而不受其他计算机的影响,从而达到独立运行的目的。而各计算机连接起来后,用户就可以获取其它计算机中的资源,从而达到数据通信和数据交换的目的。

        当连接的计算机多了之后,形成的网络的作用范围也不同。根据网络的作用范围由大到小可以分为:广域网,城域网,局域网,个人区域网。下面我们重点说明局域网。

        当同一局域网中的计算机数量较多时,多个计算机同时向网络中发送数据的概率也会增大,此时,就会发生数据干扰或碰撞,造成数据出错率较高。因此可以将适当的计算机划分为一组,形成一个碰撞域,只有在一个碰撞域内的计算机之间才可以直接获取彼此之间发送的数据。所以可以使用交换机将局域网划分成不同的碰撞域(网段),再通过路由器将各交换机连接起来,实现数据通信和共享的目的。

网络协议

        在生活中,两个人之间进行交流,一个人说四川话,令一个人说东北话。此时就会出现语言不同导致交流失败。于是可以规定一种标准的语言普通话,使二者都说普通话,就会顺利交流了。

        在网络中的各主机之间进行数据通信时,也可能会因为各自使用的方式不同而导致通信失败。如发送主机发送的数据是以浮点数类型发送的,而接受主机接收数据是以整型接收的,此时就会造成失误;接受主机接收到发送主机发送的数据后要不要告知接受主机它已经接收到了;当发送主机向其他网段或网络发送数据时,应如何选择数据传输的路线来找到目的主机;当在网线上检测到什么信号算是数据的开始;计算机之间的传输媒介是电信号和光信号,这些信号通过“0”和“1”来表示,那么要用多大的电压来表示“1”和“0”呢?以上这些都是在任意两台计算机之间进行通信时需要考虑的问题。

        因此需要为以上的各方面均约定好一个协议,在双方进行通信时,约定好使用什么样的方式通信。为了使任意不同的主机之间均能进行通信,此时就需要约定一个标准,在任意两主机之间进行通信时,都遵循这样的标准,就可以进行顺畅的通信了。

        这个约定好的共同的标准就成为“网络协议”。

网络协议分层

        (1)在双方主机之间进行通信时,约定二者都用整型来发送和接收数据(协议1-1)。在数据传过程中,约定接受主机接收到数据之后要向发送主机发送确认信息进行确认(协议2)。

        (2)约定通信双方都用浮点型数据通信(协议1-2)。并且要对接收信息进行确认(协议2)。

        由上述(1)(2)我们看到无论双方用什么样的数据进行通信,即无论使用协议1-1还是1-2,都可以使用协议2进行通信。即协议1与协议2之间没有关联性。不是说使用了协议1-1,就只能使用协议2。

        因此,可以将网络中的协议进行封装,将没有必要关联性的协议之间进行分层。

        当某一层协议发生改变时,其他层也可以照常使用,而不会受到影响。

        各层之间是相互独立的,互不影响。某一层并不知道它的下一层是如何实现的,而只需要知道它的下一层的接口来使用它所提供的服务即可。

OSI七层模型

        OSI七层网络模型称为开放式系统互联参考模型。该模型将网络从逻辑上分为7层。主要功能是帮助不同类型的主机实现数据传输。主要分为:

应用层:针对特定应用的协议

表示层:设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换

会话层:通信管理。负责建立和断开连接。

传输层:管理两个节点之间的数据传输,负责可靠传输。

网络层:地址管理和路由选择

数据链路层:互联设备之间传送和识别数据帧

物理层:以“1”“0”代表电压的高低,灯光的闪灭等。

        OSI七层网络模型概念清楚,理论也比较完整。但是既复杂又不实用,所以现在广泛使用的是TCP/IP五层模型。

TCP/IP五层(四层)模型

        TCP/IP五层模型自顶向下包括:应用层,传输层,网络层,数据链路层,物理层。物理层一般考虑的较少,所以也称为TCP/IP四层模型。如下图:

        下面将着重介绍TCP/IP五层模型中各层的功能。

应用层

        应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议应用进程间通信和交互的规则。如两个主机的相关进程之间要互发电子邮件。此时,应用层的任务就是根据支持电子邮件的SMTP协议来实现邮件的互发;两个进程要进行文件传送,应用层的任务就是根据文件传送的FTP协议来实现文件发送。

传输层

        传输层的任务是为两主机之间提供数据传输服务。应用程序利用该服务传送应用层报文。传输层的主要两个协议为:

        TCP(传输控制协议):提供面向连接,面向字节流的可靠的数据传送服务。

        UDP(用户数据报协议):提供无连接的,面向用户数据报的数据传送服务。

网络层

        负责地址管理和路由选择。所用的协议一般为IP协议。例如两台主机之间进行通信时,IP地址来表示网络中的主机,根据IP协议来规划出两台主机之间的数据传输路线。路由器工作在网络层。

数据链路层

        负责设备之间的数据帧的传送和识别。每一帧包括数据和控制信息。在接收数据时,控制信息使接收端知道一个帧从哪个比特未开始到哪个比特位结束,并使接收端能够检测所收到的帧中有无差错。

物理层

        物理层要考虑的是用多大的电压代表“0”或“1”,以及接收方如何识别发送方所发送的比特等。

注意:传输层,网络层,数据链路层是集成在操作系统内核中的。

数据报的封装和分用

        在两台主机之间进行数据通信过程中:

        发送主机自顶向下进行封装,每一层根据相关的协议都要添加各自的报头信息,然后向下交付。接受主机在底层接收到数据报之后,要自底向上每一层都要解除该层所对应的报头信息,然后向上交付。这就是数据的封装和解包过程。

        当接收主机向上交付时,要交给上一层的哪个协议,哪个应用程序,可以根据该层报头中的信息来判断,这就是数据报的分用过程。

参考文献:《计算机网络》(谢希仁)

        

        
























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