网络模型与协议-(OSI模型和TCP/IP模型协议)

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1.TCP/IP协议的认识

TCP/IP(Transmission Control Protocal/Internet Protocal,传输控制协议/网间网协议)是目前世界上应用最为广泛的网络通信协议,它的流行与Internet的迅猛发展密切相关。TCP/IP最初是为互联网的原型ARPANET所设计的,目的是提供一整套方便实用、能应用于多种网络上的协议,事实证明TCP/IP做到了这一点,它使网络互联变得容易起来,并且使越来越多的网络加入其中,成为Internet的事实标准。日常生活中的大部分网络应用(如浏览网页、收发电子邮件、QQ聊天)都是基于该系列协议。

为了减少协议设计的复杂性,大多数网络模型都是按层的方式来组织的。在分层网络模型中,每一层都为上一层提供一定的服务,而把如何实现本层服务的细节对上一层加以屏蔽。上层只需要知道下层提供了什么功能以及对应于这些功能的接口,而不必关心下一层如何实现这些功能。

2.OSI模型和TCP/IP模型的对比
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开放系统互连参考模型为实现开放系统互连所建立的通信功能分层模型,简称OSI模型。其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架,并为保持相关标准的一致性和兼容性提供共同的参考。这里所说的开放系统,实质上指的是遵循OSI参考模型和相关协议能够实现互连的具有各种应用目的的计算机系统。但是由于种种原因,OSI模型始终没有得到广泛应用,当前普遍使用的是TCP/IP模型。几乎所有的互联网设备都支持TCP/IP协议。TCP/IP协议已经成为事实上的国际标准和工业标准。ISO模型和TCP/IP模型的层次划分与对比如下图:

3.TCP/IP各层功能

(1)应用层:

应用层是所有用户所面向的应用程序的统称。ICP/IP协议族在这一层面有着很多协议来支持不同的应用,许多大家所熟悉的基于Internet的应用的实现就离不开这些协议。如我们进行万维网(WWW)访问用到了HTTP协议(超文本传输协议)、文件传输用FTP协议、电子邮件发送用SMTP(简单邮件传输协议)、域名的解析用DNS协议、远程登录用Telnet协议等等,还有近几年来十分流行的点对点共享文件协议,即BitTorrent协议,该协议基于HTTP协议。使用该协议构建的BT下载工具有比特精灵、BitTorrent等,都是属于TCP/IP应用层的;就用户而言,看到的是由一个个软件所构筑的大多为图形化的操作界面,而实际后台运行的便是上述协议。

(2)传输层:

传输层通过位于该层的TCP协议(传输控制协议)或UDP协议(用户数据报协议)在两台主机间传输数据。其中TCP协议提供可靠的面向连接的服务,它保证数据能完整地按顺序地传送到目标计算机。它在传输数据前首先需要和目的计算机建立连接,并且在数据传输过程中维持此链接,因此在速度上会有些损失。UDP提供简单的无连接服务,它不保证数据能按顺序、正确地传送到目的地(但可由他的上层来保证),它不用建立连接,通常速度上要比TCP快些。TCP协议和IP协议都需要网络层提供通往目的地的路由。传输层提供端到端,即应用程序之间的通信。该层的主要功能有差错控制、传输确认和丢失重传等。

(3)网络层:

网络层是TCP/IP协议族中非常关键的一层,主要定义了IP地址格式,从而能够使得不同应用类型的数据在Internet上通畅地传输,IP协议就是一个网络层协议。

网络层负责在发送端和接收端之间建立一条虚拟路径。IP协议并不保证数据能完整正确的到达目的地,这个任务由他上面的传输层来完成。这一层的ARP协议(地址解析协议)和RARP协议(反向地址解析协议)用于IP地址和物理地址(通常就是网卡地址)的相互转换。如果数据在传输过程中出现问题,该层的ICMP协议将生产错误报文。

(4)网络接口层:

这是TCP/IP软件的最低层,它包括多种逻辑链路控制盒媒体访问协议。负责将网络层发送来的数据分成帧,并通过物理链路进行传送,或从网络上接收物理帧,抽取数据并转交给其上的网络层.
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4.ISO模型各层的功能

(1)应用层:

指网络操作系统和具体的应用程序,对应WWW服务器、FTP服务器等应用软件。术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序,而是提供了一组方便程序开发者在自己的应用程序中使用网络功能的服务。应用层提供的服务包括文件传输(FTP)、文件管理以及电子邮件的信息处理(SMTP)等。

(2)表示层:

内码转换、压缩与解压缩、加密与解密,充当应用程序和网络之间的“翻译官”角色。在表示层,数据将按照网络能理解的方案进行格式化;这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。例如,IBM主机使用EBCDIC编码,而大部分PC机使用的是ASCII码。在这种情况下,便需要会话层来完成这种转换。表示层协议还对图片和文件格式信息进行解码和编码。表示层管理数据的解密与加密,如系统口令的处理。如果在Internet 上查询你银行账户,使用的即是一种安全连接。

(3)会话层:

负责在网络中的两节点之间建立和维持通信。功能包括:建立通信链接,保持会话过程通信链接的畅通,同步两个节点之间的对话,决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送 例:使用全双工模式或半双工模式,如何发起传输,如何结束传输,如何设定传输参数。会话层通过决定节点通信的优先级和通信时间的长短来设置通信期限。

(4)传输层:

编定序号、控制数据流量、查错与错误处理,确保数据可靠、顺序、无错地从A点到传输到B 点。因为如果没有传输层,数据将不能被接受方验证或解释,所以,传输层常被认为是O S I 模型中最重要的一层。传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割并编号。例如:以太网无法接收大于1 5 0 0 字节的数据包。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片,同时对每一数据片安排一序列号,以便数据到达接收方节点的传输层时,能以正确的顺序重组。该过程即被称为排序。在网络中,传输层发送一个A C K (应答)信号以通知发送方数据已被正确接收。如果数据有错或者数据在一给定时间段未被应答,传输层将请求发送方重新发送数据。

(5)网络层:

定址、选择传送路径。网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中节点A 到另一个网络中节点B 的最佳路径。在网络中,“路由”是基于编址方案、使用模式以及可达性来指引数据的发送。网络层协议还能补偿数据发送、传输以及接收的设备能力的不平衡性。为完成这一任务,网络层对数据包进行分段和重组。分段和重组 是指当数据从一个能处理较大数据单元的网络段传送到仅能处理较小数据单元的网络段时,网络层减小数据单元的大小的过程。重组是重构被分段的数据单元。

(6)数据链路层:

同步、查错、制定MAC方法。它的主要功能是将从网络层接收到的数据分割成特定的可被物理层传输的帧。帧(Frame)是用来移动数据的结构包,它不仅包括原始(未加工)数据,或称“有效荷载”,还包括发送方和接收方的网络地址以及纠错和控制信息。其中的地址确定了帧将发送到何处,而纠错和控制信息则确保帧无差错到达。通常,发送方的数据链路层将等待来自接收方对数据已正确接收的应答信号。数据链路层控制信息流量,以允许网络接口卡正确处理数据。数据链路层的功能独立于网络和它的节点所采用的物理层类型。

(7)物理层:

传输信息的介质规格、将数据以实体呈现并传输的规格、接头规格。该层包括物理连网媒介,如电缆连线、连接器、网卡等。物理层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。尽管物理层不提供纠错服务,但它能够设定数据传输速率并监测数 例:在你的桌面P C 上插入网络接口卡,你就建立了计算机连网的基础。换言之,你提供了一个物理层。

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