计算机网络(三)——网络分层结构博客

计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。

网络的层次化不以设备做为标准,以协议作为分层的标准。

对网络分层以后,可以将问题细化,使得问题更加容易分析。把一个大的系统分拆成小的体系后,便于在各个层次上制定标准,从而实现层与层之间的标准接口,从而实现各类网络硬件和软件的通信。分层以后,某一层的改动不会影响到其他的层,便于开发。使得层次清晰,可扩展性能,增强稳定性等。

OSI(Open System Interconnect),即开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型,是ISO(国际标准化组织)组织在1985年研究的网络互连模型。

OSI参考模型因为一些原因只是法律上的国际标准,实际使用上还是TCP/IP模型。

1.将传输的数据,从A端发送,在经过不同的层级时,分别增加上符合对应协议的附加信息,需要发送的数据也越来越大;

2.数据进入传输介质,在经过网络中继转换设备时,对发送的数据有一个部分还原过程,主要目的是想知道数据的要往哪里发送;

3.部分还原之后需要继续传输,在比特流上继续添加附加信息,进入传输介质继续传输;

4.传输到目的主机时,将之前的附加信息在经过层级的时候一步一步的还原比特流,到达应用层是就等到原来要发送的数据;

参考模型中,

上四层(应用层、表示层、会话层、传输层)在数据传输过程中,只是只经过一次封装/解封,交互过程是终端对终端的,所以这四层也称为端对端层。

下三层(网络层、数据链路层、物理层)在传输过程中,会经过多个网络中继设备,经过多次封装/解封比特流,每次传输只负责传输到下一步,不会管传输最后的终点,所以这三层也称为点对点层。

名称

作用

应用层

表示层

把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式,即让两个系统可以交换信息。

功能:数据格式转换;数据加密解密;数据压缩恢复

会话层

负责在数据传输中设置和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接,保证会话

功能:建立、管理、中止会话;使用校验点可以在通信失效时,通过校验点恢复通信,保证数据同步。

传输层

负责端到端通讯,传输单位为报文段和用户数据报。

功能:可靠传输,不可靠传输 ,差错控制,流量控制,复用分用。

网络层

负责选择路由最佳路径,规划IP地址(ipv4和ipv6变化只会影响网络层),拥塞控制。

主要作用是将分组数据报(也称为“包”)从源端传输到目的端。

拥塞:所有的结点都来不及接受分组,从而丢失大量分组的状态。

数据链路层

主要作用是将从网络层传输下来的数据报组装成帧。帧的开始和结束,还有透明传输,差错校验(纠错由传输层解决)

物理层

利用传输介质为数据链路层提供屋里连接,实现比特流的透明传输。

透明传输:不管传的是什么,所采用的设备只是起一个通道作用,把要传输的内容完好的传到对方。

TCP/IP模型同样采用了分层结构,层与层相对独立但是相互之间也具备非常密切的协作关系。

TCP/IP模型将网络分为四层。TCP/IP模型不关注底层物理介质,主要关注终端之间的逻辑数据流转发。TCP/IP模型的核心是网络层和传输层:网络层解决网络之间的逻辑转发问题,传输层保证源端到目的端之间的可靠传输。最上层的应用层通过各种协议向终端用户提供业务应用。

数据封装:

应用数据需要经过TCP/IP每一层处理之后才能通过网络传输到目的端(数据封装),每一层上都使用该层的协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)彼此交换信息。

数据封装 传输过程:

1.数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为Segment(数据段);

2.数据段被传递给网络层;

3.网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet(数据包);

4.数据包被传递到数据链路层,

5.封装数据链路层报头(MAC报头、报尾)得到的PDU被称为Frame(数据帧);

6.最后,帧被转换为比特流,通过网络介质传输。

名称

作用

应用层

传输层

网际层

网络接口层

数据包在以太网物理介质上传播之前必须封装头部和尾部信息。封装后的数据包称为称为数据帧,数据帧中封装的信息决定了数据如何传输。以太网上传输的数据帧有两种格式,选择哪种格式由TCP/IP协议簇中的网络层决定。

网络设备的MAC地址是全球唯一的。MAC地址长度为48比特,通常用十六进制表示。

MAC地址包含两部分:前24比特是组织唯一标识符(OUI,OrganizationallyUniqueIdentifier),由IEEE统一分配给设备制造商。

以太网链路传输的数据包称做以太帧,或者以太网数据帧。在以太网中,网络访问层的软件必须把数据转换成能够通过网络适配器硬件进行传输的格式。

数据链路层控制数据帧在物理链路上传输。

以太网上使用两种标准帧格式。

这两种格式的主要区别在于,

不同的Type字段值可以用来区别这两种帧的类型,

以太网中大多数的数据帧使用的是EthernetII格式。

以太帧中还包括源和目的MAC地址,分别代表发送者的MAC和接收者的MAC,此外还有帧校验序列字段,用于检验传输过程中帧的完整性。

Ethernet_II帧格式

Ethernet_II的帧中各字段说明如下:

EEE802.3帧格式

EEE802.3帧格式类似于Ethernet_II帧,只是Ethernet_II帧的Type域被802.3帧的Length域取代,并且占用了Data字段的8个字节作为LLC和SNAP字段。

IEEE802.3帧根据DSAP和SSAP字段的取值又可分为以下几类:

数据链路层基于MAC地址进行帧的传输。

以太网在二层链路上通过MAC地址来唯一标识网络设备,并且实现局域网上网络设备之间的通信。MAC地址也叫物理地址,大多数网卡厂商把MAC地址烧入了网卡的ROM中。发送端使用接收端的MAC地址作为目的地址。以太帧封装完成后会通过物理层转换成比特流在物理介质上传输。

帧从主机的物理接口发送出来后,通过传输介质传输到目的端。共享网络中,这个帧可能到达多个主机。

主机检查帧头中的目的MAC地址,

接收该帧,检查帧校验序列(FCS)字段,

本例中,Type字段的值为0x0800,表明该帧需要发送到IP协议上处理。在发送给IP协议之前,帧的头部和尾部会被剥掉。

单播,指从单一的源端发送到单一的目的端。每个主机接口由一个MAC地址唯一标识,MAC地址的OUI中,第一字节第8个比特表示地址类型。对于主机MAC地址,这个比特固定为0,表示目的MAC地址为此MAC地址的帧都是发送到某个唯一的目的端。

在冲突域中,所有主机都能收到源主机发送的单播帧,但是其他主机发现目的地址与本地MAC地址不一致后会丢弃收到的帧,只有真正的目的主机才会接收并处理收到的帧。

广播,表示帧从单一的源发送到共享以太网上的所有主机。广播帧的目的MAC地址为十六进制的FF:FF:FF:FF:FF:FF,所有收到该广播帧的主机都要接收并处理这个帧。

广播方式会产生大量流量,导致带宽利用率降低,进而影响整个网络的性能。所以只有当需要网络中的所有主机都能接收到相同的信息并进行处理的情况下,通常会使用广播方式。

组播转发可以理解为选择性的广播,比广播更加高效。主机侦听特定组播地址,接收并处理目的MAC地址为该组播MAC地址的帧。

组播MAC地址和单播MAC地址是通过第一字节中的第8个比特区分的。组播MAC地址的第8个比特为1,而单播MAC地址的第8个比特为0。

当需要网络上的一组主机(而不是全部主机)接收相同信息,并且其他主机不受影响的情况下通常会使用组播方式。

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