协议分层和OSI参考模型的理解

·协议的分层

·什么是协议?

       在计算机网络和通信中,我们经常会听到“协议”这个词,比如我们在互联网中经常使用的IP、TCP、HTTP等,我们平时在收发电子邮件或者是进行主页获取信息可能并不会注意到“协议”的作用,但是一旦我们重新配置网络的连接、修改网络设置时,那就就必须要设计到我们的“协议”了。

       那么到底什么是协议呢?百科给的解释是:“协议,网络协议的简称,网络协议是通信计算机双方必须共同遵从的一组约定。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定,计算机之间才能相互通信交流。它的三要素是:语法、语义、时序。为了使数据在网络上从源到达目的,网络通信的参与方必须遵循相同的规则,这套规则称为协议(protocol),它最终体现为在网络上传输的数据包的格式。”

       简单的来说,“协议”就是计算机与计算机之见通过网络实现通信时实现达成的一种“约定”。这种“约定”使那些由不同厂商的设备、不同的CPU以及不同操作系统组成的计算机之间,只要遵循相同的协议就可以实现通信。

·生活中的协议

        举一个简单的例子,三个来自不同国家的人A、B、C,A会说汉语,B会说英语,C汉语和英语都会说。

        那么我们就可以看出来,生活中的语言就像是计算机中的协议一样,我们之间的对话就是“通信”,说话的内容也就是我们在网络中发送的“数据”了。这样的话我们就很好理解了,如果A和B进行对话,语言不通便无法交流,而C无论是和A还是B都可以进行交流,因为他们之间有共同的语言,也可以说是一种共同的“协议了”。

·计算机中的协议

       人们平常说话的时候,能够根据对方的语义、声音或者表情,合理的调整自己的表达方式和所要传达的内容。但是计算机做不到这一点。因此,在设计计算机程序与硬件时,要充分考虑通信过程中可能会遇到的各种异常以及对异常的处理。在实际遇到问题时,正在通信的计算机之见也必须具备相应的设备和程序以应对异常。

       在计算机通信中,事先达成一个详细的约定,并遵循这一约定进行处理尤为重要。这种约定能够其实就是“协议”。

·协议的分层

       IOS提出了作为通信协议设计指标的OSI参考模型,模型将通信协议分为了7层,通过分层,将复杂的网络协议更加简单化。在这一分层的模型中,每一个分层都接收由下一层提供的特定服务,并且负责为自己的上一层提供服务。上下层之见进行交互所遵守的约定被称为“接口”,同一层的被称为“协议”。那么分层的作用就在于可以细分通信功能,更加易于单独实现每个分层的协议,并且界定各个分层的具体责任和义务。当然了,它也有不好的一面,比如过度的模块化将会使得处理变得更加沉重,每个模块之间的处理也要涉及到很多的逻辑问题。下面是图例:

·OSI参考模型

       事实上,实际的分组通信协议相当复杂,OSI参考模型将这样一个复杂的协议整理并分为了易于理解的7个分层。如下图:

7 应用层
6 表示层
5 会话层
4 传输层
3 网络层
2 数据链路层
1 物理层

·OSI参考模型中各个分层的作用

  分层名称 功能 每层功能概览
7 应用层 针对特定应用的协议。 针对每个应用的协议。
6 表示层 设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换。 接收不同表现形式的信息,如文字流、图像、声音等。
5 会话层 通信管理。负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)。管理传输层以下的分层。 如何建立连接,何时断开连接以及保持多久的连接?
4 传输层 管理两个节点之间的数据传输。负责可靠传输(确保数据被可靠的传送到制定目标)。

是否有数据丢失?

3 网络层 地址管理与路由选择。 经过哪个路由传到目标地址。
2 数据链路层 互连设备之间传送和识别数据帧。

数据帧与比特流之间的转换以及分段转发。

1 物理层 以“0”和“1”代表电压的高低、灯光的闪灭。界定连接器和网络的规格。 比特流与电子信号之间的切换以及连接器与网线之间的规格。

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