计算机网络 数据段、报文、IP数据报、数据包、MAC帧的区别;应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层的区别与功能;转发器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关的功能与区别

主要解决三个问题:
1、数据段、报文、IP数据报、数据包、MAC帧的区别
2、应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层的区别与功能
3、转发器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关的功能与区别


数据传输过程示意图:

数据传输过程图


关于网络设备的几个术语:

1、介质:(传输介质:同轴铜电缆、双绞线、光纤)
2、网段:单个共享介质称作一个以太网段。
3、网络直径:以太网网络上两台设备之间的最大距离。


1、应用层:
  1> 任务:通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。定义的是应用进程间通信和交互的规则。
  2> 解释:进程在这里可以看做是应用的意思。在我们电脑中有不同的应用,它们会产生各种数据,当我们需要传送这些数据时,就要将他们提取出来,因此,我们根据不同应用使用不同的协议,进行应用间交互,最后将数据提取出来,加上应用层PDU,形成报文,传送给运输层)
  3> 传输单位:报文


2、运输层
  1> 任务:负责为两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务
  2> 解释:这些应用层PDU可能是图片、文字或音频等,因此,运输层收到应用层PDU后,首先需要去差异化处理,即将这些不同类型的数据通过运输层协议,转化成通用的的报文段或用户数据报,最后加上运输层首部,形成运输层报文,传递给网络层
  3> 传输单位:报文段(TCP)、用户数据报(UDP)


3、网络层
  1> 任务:负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务,同时将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组和包进行传送。
  2> 解释:网络层通过检索确定该报文段要传送到的下一个网络,若目标网络与本网络不同,则通过设备(网关)等实现不同协议网络的连通,同时将这些信息作为首部添加到运输层报文上。形成一个个分组,发送给数据链路层。分组又叫包或数据段(在TCP/IP体系中,由于网络层使用IP协议,因此分组又叫做IP数据报)。
  3> 传输单位:分组、数据段、包、IP数据报(IP协议)
  4> 代表设备:
    (1) 路由器:划分网络,路由器为网络的逻辑边界
    (2) 网关:支持不同协议的转化,支持不同协议网络的互连


4、数据链路层
  1> 任务:数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧,在两个相邻节点间的链路上传送帧,每一帧包括必要的信息(逻辑上的数据链路,最后仍要在物理媒体上传输)。
  2> 解释:收到网络层的IP数据报后,数据链路层进一步处理和分解,规定该数据报要传送的链路与经过的网桥、交换机等,将这些信息作为首部添加到拆分后的IP数据报上,形成一个个帧,发送给物理层。
  3> 传输单位:帧
  4> 代表设备:
    (1) 网桥:提高网络直径,但相比转发器,可以控制网络流量
    (2) 交换机:为网络上的每个节点专门提供一个专用网段,做网络上的交换


5、物理层:
  1> 任务:提供环境,确保数据可在物理媒体上传输
  2>解释:收到数据链路层发送过来的帧后,物理层将其转化为比特流,比特流进一步转化成电信号(光信号),按照运输层、网络层和数据链路层的规定,在物理媒介中传输。
  3> 传输单位:bit
  4> 代表设备:
    (1) 转发器:连接网段,提高网络直径,转发
    (2) 集线器:特殊的转发器,连接多个机器


6、总结:
  如果主机A中的进程1与主机B中的进程2通信,过程是这样的:
    首先应用层将通信数据增加首部后传递给运输层
    运输层将应用层传下来的数据再增加运输层首部,传给网络层,同时,如果网络层成功建立主机A与主机B之间的通信,那么运输层在此基础上负责进程1与进程2之间的通信。
    网络层拿到运输层传下来的数据后,分解,并添加网络层头部,发给数据链路层, 同时,网络层将负责建立主机A与主机B之间的通信
    数据链路层将网络层传下来的数据封装成帧,传给物理层。同时确定这些数据具体要在哪些链路中传输
    物理层将帧转化为比特流,按照应用层、网络层和数据链路层规定的线路,在实际的物理设备中传输。


为什么应用层和运输层没有代表设备呢?请看第一张图,在网络中参与运输数据的,只有网络层、数据链路层、物理层三层,因此只有这三层有代表设备。


数据在各层级状态改变的示意图:

在这里插入图片描述



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