计算机网络体系结构（7）ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型

国际标准化组织（International Organization for Standardization,ISO）提出的网络体系结构模型，称为开放系统互联参考模型（OSI/RM）,通常简称为OSI参考模型。OSI有7层，自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。低三层统称为通信子网，它是为了联网而附加的通信设备，完成数据的传输功能；高三层统称为资源子网，它相当于计算机系统，完成数据的处理等功能。传输层承上启下 。

上图表示的是两个通信结点以及它们间的一段通信链路，物理层主要研究以下内容：

①、通信链路与通信结点的链接需要一些电路接口，物理层规定了这些接口的一些参数，比如机械形状和尺寸、交换电路的数量和排列等。例如，笔记本电脑上的网线接口，就是物理层规定的内容之一。

②、物理层也规定了通信链路上传输的信号的意义和电气特征。例如物理层规定信号A代表数字0，那么当结点要传输数字0时，就会发出信号A，当结点接收到信号A时，就知道自己接收到实际上是数字0。

注意，传输信息所利用的一系诶物理媒体，如双绞线、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而在物理层协议下面。因此，有人把物理媒体当作第0层。

常见的物理层标准接口有：ELA-232C、ELA/TLA RS-449、CCITT的X.21等。

数据链路层的传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装成帧。数据链路层的功能可以概括为帧、差错控制、流量控制和传输管理等。

由于外界噪声的干扰，原始的物理连接在传输比特流时可能发生错误，但是如果两个结点之间规定了数据链路层协议，那么就可以检测出这些差错，然后把收到的错误信息丢弃，这就是错差控制功能。

数据链路层的流量控制功能是指发送设备和接收设备的性能有差异，流量控制可以协调两个结点的速率，是结点A发送数据的速率刚好是结点B可以接收的速率。

广播式网络在数据链路层还要处理新的问题，即如何控制对共享信道的访问。数据链路层的一个特殊的子层-介质访问子层，就是专门处理这个问题的。

典型的数据链路层协议由SDLC（Synchronous Data Link Control,同步数据链路控制）、HDLC（High-Level Data Link Control，高级数据链路控制）、PPP（Point to Point Protocol,点对点协议）、STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）和帧中断等。

网络层的传输单位是数据报，它关心的是通信子网的运行控制，主要任务是把网络层的协议数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信功能。关键问题是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制和网际互联等功能。

如上图所示，结点A到向结点B传输一个分组时，既可经过a-c-g,也可经过b-h,有很多条可以选择的路由，而网络层的作用就是根据网络的情况，利用相应的路由算法计算出一条合适的路径，使这个分组可以顺利到达结点B。

流量控制与数据链路层流量控制含义一样，都是协调A的发送速率和B的接收速率。

差错控制是通信两结点之间约定的特定检错规则，如奇偶校验码，接收方根据整天规则检查接收到的分组是都出现差错，如果出现差错，那么能纠错就纠错，不能纠错就丢弃，确保向上提交的数据都是无误的。

拥塞控制是指接收结点处于来不及接收分组而要丢弃大量分组的情况，是的网络中的两个结点无法正常通信。网络层就需要采取一定的措施来缓解这种拥塞，这就是拥塞控制。

因特网是一个很大的互联网，它由大量异构网络通过路由器（Router）相互连接起来。因特网的主要网络层协议是无连接的网际协议（Internet Protocol,IP）和许多路由选择协议，因此因特网的网络层也称为网际层或者IP层。

网络层的协议

IP（Internet Protocol，网际互连协议）

IPX（Internet work Packet Exchange，互联网络数据包交换）

ICMP（Internet Control Message Protocol，Internet控制报文协议）

IGMP（Internet Group Management Protocol，Internet 组管理协议）

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）

RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址转换协议）

OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先的动态路由协议）

传输层也称运输层，传输单位是报文段（TCP）或者用户数据报（UDP），传输层负责主机中两个进程之间的通信，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。

数据链路层提供的是点对点的通信，传输层提供的是端到端的通信，两者不同。通俗来讲，点对点可以理解为主机到主机之间的通信，一个点是指一个硬件地址或IP地址，网络中参与通信的主机是通过硬件地址或者IP地址表示的；端到端的通信时指运行在不同主机内的两个进程之间的通信，一个进程由一个端口来表示，所以称端到端通信。简单来记为：点是ip或者mac地址，端是端口。

使用传输层的服务，高层用户可以直接进行端到端的数据传输，从而忽略通信子网的存在。一台主机可同时运行多个进程，因此传输层具有复用和分用的功能。复用是指多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务，分用是指传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。

传输层协议：TCP、UDP

会话层允许不同主机上的各个进程进行会话。会话层利用传输层提供的端到端的服务，向表示层提供它的增值服务。这种服务主要为表示层实体或者用户进程建立连接并在连接上有序传输数据，这就是会话，也称建立同步（SYN）。

会话层负责管理主机间的会话进程，包括建立、管理以及中止进程间的会话。会话层可以使用校验点使童心绘画在通信失效时从校验点继续恢复通信，实现数据同步。

表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方法。不同机器常采用的编码换个表示方式不同，使用的数据结构也不同。为了使不同表示防范的数据和信息之间能相互交换，表示层采用抽象的标准方法定义数据结构，并采用标准的解码方式。数据压缩、加密和解密也是表示层可提供的数据表示变换功能。

应用层是OSI模型的最高层，是用户和网络的界面。应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。

因为用户的实际应用多种多样，这就要求应用层采用不同的应用协议来解决不同类型的应用要求，因此应用层是最复杂的一层。使用的协议也最多。

FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）

SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）

ARPA（美国国防部高级研究计划局）在研究ARPANET时提出了TCP/IP模型，模型从低到高一次为网络接口层（对应OSI参考模型中的物理层和数据链路层）、网际层、传输层和应用层（对应OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层）。TCP/IP由于得到广泛应用而成为事实上的国际标准。TCP/IP的层次结构及各层的主要协议如下图所示

  网络接口层的功能类似于OSI的物理层和数据链路层。它表示与物理网络的接口，但实际上TCP/IP本身并未真正描述这一部分，只是指出主机必须使用某种协议与网络连接，以便在其上传递IP分组。具体的物理网络既可以是各种类型的局域网，如以太网、令牌环网、令牌总线网等，也可以是诸如电话网、SDH、X.25、帧中继和ATM等公共数据网络。网络接口层的作用是从主机或结点接收IP分组，并把他们发送到指定的物理网络上。

  网际层（主机-主机）是TCP/IP体系的关键部分。它和OSI网络层在功能上非常相似。网际层将分组发往任何网络，并为之独立地选择合适的路由，但它不能保证各个分组有序地到达，各个分组的有序交付由高层负责。网际层定义了标准的分组格式和协议，即IP。当前采用的IP是第4版，也就是我们常说的IPv4，下一个版本IPv6。

  传输层（应用-应用或进程-进程）的功能同样和OSI的传输层类似，即是的发送端和目的端主机上的对等实体进行会话。传输层主要使用一下两者协议：

①传输控制协议（Transmission Control Protocol,TCP）。它是面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的支付。

②用户数据报协议（User Datagram Protocol,UDP）。它是无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”。

  应用层（用户-用户）包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、域名解析服务（DNS）、电子邮件协议（SMTP）和超文本传输协议（HTTP）。

从上图可以看出，IP协议是因特网中的核心协议：TCP/IP可以为各式各样的应用提供服务（everything over IP），同时TCP/IP也允许IP协议在各种网络构成的互联网上运行（IP  over everything）。IP为王的概念

OSI和TCP/IP都不完美，我们一般采用一种折中的办法，综合二者的优点，采用一种五层协议的体系结构，即我们熟知的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

人，总是要有一点精神的，不是吗

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