计算机网络体系结构与参考模型（1）

1.概述

在计算机网络的基本概念中，分层次的体系结构是最基本的。
国际标准
很早之前，很多公司都推出自己的计算机网络体系结构。像IBM公司的SNA体系结构，美国国防部的TCP/IP体系结构，DEC公司的DNA体系结构…只有使用这些公司的产品才能使用这些特定的体系结构。造成市场比较混乱。
国际标准化组织（ISO）与1984年提出开放系统互联（OSI）参考模型。是一个很好模型。但是，在现如今的实际生活中，OSI应用却很少。
现今规则最大的、覆盖全球的、基于 TCP/IP 的互联网并未使用 OSI 标准。在20世纪90年代初期，虽然整套的 OSI 国际标准已制定出来，但基于 TCP/IP 的互联网已抢先在全球相当大的范围成功地运行了，而同时却几乎找不到有厂家生产出符合 OSI 标准的商业产品。OSI 只获得了一些理论研究的成果，市场化方面则彻底失败了。
TCP/IP 常被称为是事实上的国际标准。OSI模型只用来做学术研究模型使用。
此文先介绍一下OSI七层模型，后面再接着介绍TCP/IP协议栈。

2.为什么要分层？

想想我们平时是如何发送文件的？
在这里插入图片描述
发送文件前要完成的工作：

发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活
要告诉网络如何识别目的主机
发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络链接正常
发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机文件管理程序是否已经做好准备工作
确保差错和意外可以解决
。。。。。。
发送一个文件之前要历经这么多的问题，问题很多、很杂，很难一次性解决。所计算机网络想到了将这些问题分成好多个小问题来解决。这是借助模块化思想，这个思想很重要，以后的编程中会经常遇到。

3.如何分层

3.1 对等实体、协议、服务、接口

想象这样一个场景：你想寄一个快递给你的朋友。你要包装，然后填写姓名、目的地等。你的朋友要拆包装…计算机网络中的消息也是这样传输的。
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这里解释几个重要的名词：

实体：每一层当中的活动元素。例如物品与物品。
对等实体：在同一层的实体就叫做对等实体。
协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。（水平的）
接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口（垂直的）
服务：每两个层次之间的服务，下层为相邻上层提供的功能调用。（垂直的）

3.2分层的基本原则

各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能
每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
结构上可分割开。每层都采用最合适地技术来实现。
保持下层对上层地独立性，上层单向使用下层提供地服务。
整个分层结构应该能促进标准化工作。

3.3分层的好处

各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间接口（即界面）所提供的服务
灵活性好。当任何一层发送变化时（例如由于技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响
结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现
易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统
能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明

4.概念总结

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构
每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能
计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能
仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节都对上一层完全屏蔽
体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件

5.计算机网络分层(OSI七层)

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每层完成特定的功能。例如：
两个主机之间传递消息DATA，要经历如下过程：下图为源主机要传递消息DATA的过程，自上往下，将消息DATA逐层封装。
目的主机的工作也与源主机类似，将接收到的比特流进一步解封装，将头部与尾部一层一层的去除，最终得到纯消息DATA。这个和上边寄快递的例子非常相似。

要发送的消息，经过以上七道工序最终产生了二进制流，除了物理层之外，每道工序都会在原始数据前添加一串属于自己的协议头，每个协议头由源主机的每层工序产生，自然有理解（拆除）这些协议头的对端（目的主机），举例来说：
链路层协议头，这个协议头只有源主机、端接路由器可以理解，只会存活在源主机与其端接的中继路由器，换句话说，其生命周期只限于一根链路，只要端接路由器能顺利接收，其使命就算完成了，那路由器会将其从二进制流剥离掉，剩下打头阵的就是网络层的协议头。
网络层协议头（这个最特殊），其中包含了目的地网络地址，用于指示沿途的路由器，这一串二进制流的目的地是哪里，路由器查询自己的网络地址表，决定再发给更靠近目的地的下一跳路由器。假如找到了一个出接口与下一跳路由器直连，则又要考虑如何添加链路层的协议头了（因为要在链路上进行传输了），依据不同的接口类型，添加了适合此链路的链路层协议头，然后再依据物理层介质的不同，物理层将其以光、电、电磁波的信号发送出去。依照上面类似的步骤，一串二进制流每经过沿途一跳路由器，变换一次链路特有的协议头，但网络层协议头一直不会变，最终这一串二进制流到达了终点。至此，网络层协议头也完成了其使命，剥离掉网络层协议头，把剩下这一串二进制流发给传输层，剩下打头阵的就是传输层的协议头。
传输层协议，依据传输层协议头里会话层协议代码，先剥离掉传输层协议头，把这一串二进制流发给会话层，剩下打头阵的就是会话层协议头。
会话层协议，依据会话层议头里表示层协议代码，先剥离掉会话层协议头，把这一串二进制流发给表示层，剩下的头阵的就是表示层协议头。
表示层协议，依据表示层议头里应用层协议代码，先剥离掉表示层协议头，把这一串二进制流发给应用层，剩下的头阵的就是应用层协议头。
应用层协议，经过以上一跳一跳路由器的中继、目的主机的一层层协议头的剥离，源主机发给目的主机的数据终于到达终点了，至于数据是文字、图片、音频、视频，则由应用层协议来最终解释。

6.分层

两台主机之间的消息互通，主机A发送给主机B的过程如下：
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两台主机之间进行通信，通常还需要中间系统的支持。中间系统，例如：路由器、网关、网桥、交换机等。中间系统只涉及到物理层、数据链路层和网络层。
上面四层属于端到端通信，下面三层属于点到点通信。那么，何为端到端、点到点呢？
端到端，就像直接由主机A将消息传递到消息B，而忽略传输链路。上面四层是在主机上完成的。点到点，是在链路上完成的。每一次数据的传输过程中间可能会历经很多的中间系统，下一目的地并不一定是目的主机，而可能是下一中间系统。所以称为点到点。