计算机的网络参考模型

一、分层模型

1、分层的思想

将一个复杂的流程分解为几个功能相对单一的子过程。

整个流程更加清晰,复杂问题简单化。

更容易发现问题并针对性的解决问题。

2、OSI参考模型

OSI模型是指国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架，简称OSI。1981年，为了解决不同体系结构的网络的互联问题，国际标准化组织ISO制定了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）

OSI是一个开放式体系结构，它将网络分为七层，分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

• 应用层（Application layer）是七层OSI模型的第七层。应用层直接和应用程序接口并提供常见的网络应用服务。应用层也向表示层发出请求。应用程序是指人们用于网络通信的软件程序。有些终端用户应用程序是网络感知程序，即这些程序实现应用层协议，并可直接与协议栈的较低层通信。电子邮件客户程序和 Web 浏览器就属于这种类型的应用程序。
• 表示层（Presentation layer）表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它只关心信息发出的语法和语义。
• 会话层 (Session layer) 位于OSI模型的第五层，主要为两个会话层实体进行会话，而进行的对话连接的管理服务。提供的服务可使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。会话层使用校验点，可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。这种能力对于传送大的文件极为重要。
• 传输层（Transport layer）是ISO OSI协议的第四层协议，实现端到端的数据传输。该层是两台计算机经过网络进行数据通信时，第一个端到端的层次，具有缓冲作用。当网络层服务质量不能满足要求时，它将服务加以提高，以满足高层的要求；当网络层服务质量较好时，它只用很少的工作。传输层还可进行复用，即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。
• 网络层 （Network layer）是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。
• 数据链路层（Data link layer）是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自物理层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。
• 物理层（Physical layer）是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。局域网与广域网皆属第1、2层。

3、OSI参考模型与TCP/IP协议簇

TCP/IP协议簇的组成

• 应用层：HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、DNS
• 传输层：TCP、UDP
• 网络层：ICMP、IGMP、TP、ARP、RARP
• 数据链路层及物理层：由底层网络定义的协议

TCP/IP的常用协议

• Telnet协议（TELecommunications NETwork，远程登录协议）Telnet协议是TCP/IP协议家族中的一员，是Internet远程登录服务的标准协议和主要方式。它为用户提供了在本地计算机上完成登录远程主机工作的能力。在终端使用者的电脑上使用telnet程序，用它连接到服务器。用于实现远程登录功能。终端使用者可以在telnet程序中输入命令，这些命令会在服务器上运行，就像直接在服务器的控制台上输入一样。可以在本地就能控制服务器。要开始一个telnet会话，必须输入用户名和密码来登录服务器。
• FTP协议（File Transfer Protocol，文件传输协议）基于客户服务器模式，FTP协议包括两个组成部分，其一为FTP服务器，其二为FTP客户端，FTP协议提供了交互式的访问，面向连接，使用TCP/IP更加可靠地进行运输服务。主要功能：减少/消除不同操作系统下文件的不兼容性问题。
• SMTP 协议（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传送协议）基本功能：写信、传送报告、报告传送情况、显示信件、接收方处理信件 。SMTP是一种提供可靠且有效电子邮件传输的协议。SMTP是建模在FTP文件传输服务上的一种邮件服务，SMTP服务器在默认端口25上监听客户请求，主要用于传输系统之间的邮件信息。是一种面向连接的Client/Server模式。
• DNS协议 （Domain Name Service ，域名服务协议）由数字组成的 IP 地址很难记忆，所以我们上网使用网站 IP 地址的别名——域名。实际使用中，域名与 IP 地址是对应的，这种对应关系保存在DNS 服务器之中。在浏览器中输入一个域名后，会有 DNS 服务器将域名解析为对应的 IP 地址。注意这和网络层的 ARP 协议的不同之处：DNS 提供的是域名与 IP 地址的对应关系，而 ARP 提供的是 IP 地址和 MAC 地址的对应关系。
• HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议）它是基于 TCP的可靠传输，采用的是客户端/服务器的工作模式。浏览器向服务器发送请求，而服务器回应相应的网页，用于从万维网（WWW：即World Wide Web）服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。在 HTTP 通信过程中，首先由客户端向服务器发起建立链接的请求，通过 TCP三次握手来完成，然后客户端向服务器发出请求，告诉服务器想得到的信息。服务器通过响应返回客户端需要的信息。最后通过 TCP 四次握手关闭链接，从而完成一次基本的通信过程。

4、数据传输过程

• 数据封装

笼统地讲，就是把业务数据映射到某个封装协议的净荷中，然后填充对应协议的包头，形成封装协议的数据包，并完成速率适配。

1、用户信息转换为数据，以便在网络上传输
2、数据转换为数据段，并在发送方和接收方主机之间建立一条可靠的连接
3、数据段转换为数据包或数据报，并在报头中放上逻辑地址，这样每一个数据包都可以通过互联网络进行传输
4、数据包或数据报转换为帧，以便在本地网络中传输。在本地网段上，使用硬件地址唯一标识每一台主机。
5、帧转换为比特流，并采用数字编码和时钟方案
以常见的OSI模型为例，它共分为七层，从下到上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，每层都对应不同的功能。为了实现对应功能，都会对数据按本层协议进行协议头和协议尾的数据封装，然后将封装好的数据传送给下层，各层的数据封装过程如下图所示。
其中在传输层用TCP头已标示了与一个特定应用的连接，并将数据封装成了数据段；网络层则用IP头标示了已连接的设备网络地址，并可基于此信息进行网络路径选择，此时将数据封装为数据包；到了数据链路层，数据已封装成了数据帧，并用MAC头给出了设备的物理地址，当然还有数据校验等功能字段等；到了物理层，则已封装成为比特流，就成为纯粹的物理连接了。

• 数据解封装

仍然以OSI模型为例来说明数据解封装的过程。数据的接收端从物理层开始，进行与发送端相反的操作，称为“解封装”，如下图所示，最终使应用层程序获取数据信息，使得两点之间的一次单向通信完成。

需要说明的是，应用最为广泛的TCP/IP协议可以看作是OSI协议层的简化，它分为四层：数据链路层、网络层、传输层、应用层，其各层对应的数据封装与OSI大同小异。