计算机网络基础知识和术语（二）---分层结构模型

一.概述

1.1 分层原则

• 1.功能分工的原则：即每一层的划分都应有它自己明确的与其他层不同的基本功能。

• 2.隔离稳定的原则：即层与层的结构要相对独立和相互隔离，从而使某一层内容或结构的变化对其他层的影响小，各层的功能、结构相对稳定。

• 3.分支扩张的原则：即公共部分与可分支部分划分在不同层，这样有利于分支部分的灵活扩充和公共部分的相对稳定，每层采用合适的技术，减少结构上的重复。

• 4.保持上层对下层的独立性，上层单向使用下层的服务。

• 5.方便实现的原则：即方便标准化的技术实现。

1.2 名词

• 实体
  每一层结构中的活动元素。是一种较为抽象的概念，代表了任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

• 对等层
  不同机器上的同一层

• 对等实体
  指通信双方相同层次的实体。（即通信双方同一层结构上的对应实体）

二.协议，接口，服务

2.1 协议

为计算机网络中对等实体的数据交换而制定的一系列的规则或约定，是水平方向上的，即只有对等实体才会有协议。例如两台通信主机的表示层之间有协议，但一方的表示层对另一方的会话层没有协议。

• 语法：规定传输数据的格式

• 语义：规定所要完成的功能

• 同步：规定各种操作的顺序

2.2 接口（访问服务点SAP）

每两层次之间的关节部分，是相邻两层之间的连接点。

接口是用于实现层与层之间的通信，它是一种较为抽象的概念，代表了任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

同一层的两个实体之间通过接口进行通信，不同层的实体之间也通过接口进行通信。

2.3 服务

服务指网络中下层为相邻上层提供的功能调用。协议是水平的，即下层通过接口单向地向上层提供服务。

下一层对上一层所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽

并非在一个层内完成的全部功能都称为服务，还要向第n+1层提供本层的服务，只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能称为服务。

可分为以下三类：

1. 面向连接的服务和面向无连接的服务

• 面向无连接的服务
  指通信双方不需要事先建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包（报文分组）送到线路上，由系统自主选定路线进行传输

• 面向连接的服务
  通信双方在通信时，要事先建立一条通信线路，其过程有建立连接、使用连接和释放连接三个过程

2. 有应答与无应答的服务

• 有应答服务
  指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不是由用户实现。所发送的应答可以是肯定应答，也可以是否定应答，通常在接收到的数据有错误时发送否定应答。

• 无应答服务
  指接收方收到发送的数据后，不向发送方反馈任何信息，该服务是不透明的，即不是由用户实现，而是由通信系统自动实现。因此，该服务不能保证可靠性

3. 可靠与不可靠的服务

• 可靠服务
  指网络具有纠错、检错机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地。

• 不可靠服务
  指网络只是尽量正确、可靠地传送，但不能保证数据正确、可靠地传送到目的地。
  如文件传输服务就是一种有应答服务，客户端收到服务器发送的页面文件后不给出应答，属于不可靠服务

2.4 数据

2.4.1 数据格式

• SDU服务控制单元：为完成用户所要求的功能而应传输的数据。

SDU（Service Data Unit），又叫业务数据单元，是指定层的用户服务数据，传送到接收方的时候同一协议层时数据没有发生变化，即业务部分

• PCI协议控制信息 ：控制协议操作的信息。是为实现协议而在传送数据的首部或尾部加的控制信息，如地址、差错控制信息、序号信息等

• PDU（Protocol Data Unit）协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位，是指通信协议在发送端和接收端之间传递的数据单元
  包含分组(或数据报)和响应(或响应报文)，是网络中传递数据的基本单元，其中可能包括数据和同步必要信息。

2.4.2 数据的封装与解封装

具体详解可参见其他优秀博主文章

三.无线通信传输方式

3.1 单工

数据传输只能在一个方向上进行，使用一根传输线。

例如收音机，广播室的喇叭等。

3.2 半双工

数据传输可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。

例如对讲机。

3.3 全双工

数据传输允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。

相当于当下打电话时信号的传输方式。

四.参考模型

4.1 OSI / ISO模型

OSI参考模型共分为七层结构，如图

OSI / ISO模型解释通信过程：

• 中间系统：中间系统的模型功能通常只有OSI模型的最底部三层，包括交换机，路由器等中间设备。

• 端到端通信方式：
  端到端通信：指的是在数据传输前，4G路由器与4GDTU经过各种各样的交换设备，两端设备间建立一条链路。链路建立后，发送端就可以发送数据，直至数据发送完毕，接收端确认接收成功。

• 点到点通信方式：
  点到点通信：指的是发送端把数据传给与它直接相连的设备，这台设备在合适的时候又把数据传给与之直接相连的下一台设备，通过一台一台直接相连的设备，把数据传到接收端。

1. 应用层

• 定义：是用户与网络的界面。包括所有能和用户交互产生网络流量的程序。

• 功能：
  直接为应用进程提供服务的，其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务

• 应用层的数据传输单位是报文

• 典型的应用层服务：
  文件传输（FTP）
  电子邮件（SMTP）
  万维网（HTTP）
  DNS协议
  …

2. 表示层

• 定义
  用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法，语义）

• 功能：

  • 1.数据格式变换（翻译官）
    将01数据流转换为图片等信息

  • 2.数据加密解密
    微信支付密码

  • 3.数据压缩和恢复
    视频电话等

• 主要协议

  • 1.JPEG
  • 2.ASCII

3. 会话层

• 定义
  

• 功能

  • 1.建立、管理、终止会话
  • 2.使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步（适于传输大文件）

• 主要协议：

  • 1.ADSP
  • 2.ASP

4. 传输层

• 定义
  主机中两个进程的通信，即端到端的通信。
• 传输单位：报文段或用户数据报
• 功能
  • 1.可靠传输与不可靠传输
  • 2.差错控制
  • 3.流量控制
  • 4.复用与分用

• 主要协议
  • 1.TCP
  • 2.UDP

5. 网络层

• 定义
  主要任务是把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服务。

• 传输单位：数据包

• 功能

  • 1.路由选择（选择最佳路径）
  • 2.流量控制
  • 3.差错控制
  • 4.拥塞控制

• 主要协议
  • 1.IP协议
  • 2.IPX
  • 3.ICMP
  • 4.IGMP
  • 5.ARP
  • 6.RARP
  • 7.路由协议

6. 数据链路层

• 传输单位：帧

包含Mac地址相关内容。

• 主要协议
  • 1. SDLC
  • 2. HDLC
  • 3. PPP
  • 4. STP
  • 5. 802.11（wifi）
  • 6. Ethernet

7. 物理层

• 定义
  主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。

• 传输单位：比特

• 功能

  • 1.定义接口特性
  • 2.定义传输模式：单工，半双工，双工
  • 3.定义传输速率
  • 4.比特同步
  • 5.比特编码

• 主要协议

  • 1.Rj45
  • 2.802.3

4.2 TCP / IP模型

4.3 OSI模型与TCP/IP模型比较

4.4 五层参考模型