⽹络分层体系结构
计算机⽹络体系结构
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。分层的主要好处有：
1、各层之间是独⽴的，每⼀层向上和向下通过层间接⼝提供服务，⽆需暴露内部实现
2、灵活性好
3、结构上可分割
4、易于实现和维护
5、能促进标准化⼯作
主要分层模型
不同的分层模型，将不同的协议归类到不同的层级，定义每⼀层完成不同的功能，以及对外提供的接⼝服务。OSI7层模型是⼀个⼤⽽全的理论模型、TCP/IP(参考)模型侧重⼀些核⼼的协议的分层。
OSI七层模型
为了使全世界不同体系结构的计算机能够互联，国际化标准组织ISO提出开放系统互联基本参考模型，简称OSI，即所谓的7层协议体系结构。数据在俩台电脑直接传输，发送⽅由应⽤层依次向下将数据通过不同的协议进⾏包装，接收⽅接收到数据从
TCP/IP四层模型
OSI7层模型⼤⽽全，但是⽐较复杂、⽽且是先有了理论模型，没有实际应⽤。TCP/IP四层模型，是由实际应⽤发展总结出来的。它包含了应⽤层、运输层、⽹际层和⽹络结构层，不过从实质讲，TCP/IP只有最上⾯三层，最下⾯⼀层没有什么具体内OSI七层模型和TCP/IP四层模型的关系
1. OSI定义了服务、接⼝、分层、协议的概念，TCP/IP借鉴了OSI的这个概念建⽴了TCP/IP模型。
2. OSI先有模型，后有协议，先有标准，后进⾏实践，⽽TCP/IP则相反。
3. OSI是⼀种理论模型，⽽TCI/IP已经被⼴泛使⽤，成为⽹络互连实际上的标准。
五层模型
五层模型只出现在计算机⽹络学习教学过程中，他是对七层模型和四层模型的⼀个折中，及综合了OSI和TCP/IP 体系结构的优点，这样既简洁⼜能将概念阐述清楚。
物理层
在物理层上所传输的数据的单位是⽐特，物理层的任务就是透明的传送⽐特流。因此物理层需要考虑如何⽤电压表⽰“1”或“0”，以及接受⽅如何识别出这些⽐特流。物理层不包括具体的传输媒介，但是需要确定连接电缆的插头标准。
物理层相关协议
物理层协议主要是标准化⼯作频段、传输速率、电信号、传输媒体插⼝标准等
IEEE 802.2
Ethernet v.2
物理层硬件设备
集线器：
其实质是⼀个中继器，主要功能是对接收到的信号进⾏再⽣放⼤，以扩⼤⽹络的传输距离。集线器可以将局域⽹内的所有电脑集中在以它为中⼼的节点上连接起来，数据是以⼴播的形式从⼀台电脑传送到其他的电脑。⼴播会产⽣冲突，同⼀个时间中继器：
中继器(Repeater)⼜称重发器，是⼀种最为简单但也是⽤得最多的互连设备。中继器仅适⽤于以太⽹，可将两段或两段以上以太⽹互连起来。常⽤于两个⽹络节点之间物理信号的双向转发⼯作。中继器主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物物理层相关的其他概念
信号：
模拟信号
数据信号
传输媒体：
导向传输媒体 --有线
⾮导向传输媒体 --⽆线
数据链路层
数据链路层将⽹络层的IP数据包组装成帧，根据帧上的MAC地址寻链路，在计算机节点上透明的传输数据。传输的⽅式有点对点通讯和⼴播通讯俩种⽅式，不同的通信⽅式对应于不同的通⾏协议。任何协议都需要解决以下三个问题。
1. 封装成帧（将上层传递的数据包封装成帧）
2. 透明传输（任何数据包都可以封装成帧）
3. 差错检测（可检测是否传输的数据有问题，发现问题则丢弃帧，不做重传机制，所以数据链路层不保证可靠传输）
数据链路层相关协议
数据帧在传输过程⽤到的协议。
osi参考模型与tcp ip模型的异同1. PPP协议
点对点协议
2. CSMA/CD协议
载波监听多点接⼊/碰撞检测
数据链路层硬件设备
1. 适配器（⽹卡）
适配器包含了处理器和存储器，同时⼀块适配器也拥有⼀个MAC地址，全球唯⼀。适配器具有的功能
缓存数据帧
数据包封装成帧
检测⽹络通道是否为空
检测通道是否有碰撞
过滤MAC地址（⼴播通知时，根据MAC地址判断是接收数据帧）
2. ⽹桥
由于集线器的⼴播机制，当单⼀⽹络内的节点过多的时候，冲突⽐较明显，效率就明显降低。所以需要⼀个硬件能够将⽹络分割成多个较⼩的⽹络，让⼴播仅限于局部。所
以⽹桥就诞⽣了。
⽹桥可以隔离俩个⽹络，相当于有俩个端⼝A、B。A端⼝和B端⼝会⾃动记录和他端⼝相连接的集线器上的所有节点的MAC地址。这样往A端⼝上的节点发送的数据包就不
会再B端⼝连接的⽹络上进⾏⼴播了，从⽽达到减少⼴播冲突的的⽬的，提⾼了效率。
3. 交换机
⽹桥只有两个端⼝。随着⽹络设备的发展，逐渐产⽣了多个端⼝的“⽹桥”，但是由于⽹桥是数据链路层的⼴播通信，集线器是物理层的⼴播通知，A和G通信的时候，C和D
就⽆法通⾏，B和F就没法通信——⼀个桥上、⼀个集线器上多个通信将产⽣冲突。为了能够实现多对多的通信，于是产⽣了交换机。
交换机存在多个端⼝，逐渐替换了集线器、⽹桥，成为了组建局域⽹的核⼼设备。交换机⼯作于OSI7层中的数据链路层。交换机会通过ARP协议学习他的MAC地址，保存成⼀
张ARP表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端⼝，⽽不是所有的端⼝。因此，交换机可⽤于划分数据链路层⼴播，即冲突域；但它不能划分⽹络
层⼴播，即⼴播域。也就是说，交换机也有⼀张表，记录的是port-mac，⽹络层维护的是ip-mac对应表。
⽹络层
前⾯三层讨论的内容都局限于局域⽹内，想要组件更⼤的⽹络（如互联⽹）必须依靠⽹络层的路由器以
及IP协议。⽹络层负责为不同⽹络上的不同主机提供通信服务，⽹络层将传输层数据组装成IP数据报在⽹络上传输。
⽹络层相关协议
⽹际协议IP
IP地址就是给因特⽹上的每⼀个主机或路由器的每⼀个接⼝提供⼀个在全世界范围内唯⼀的32位标识符。⽇常⼀般⽤点分⼗进制标识法（225.225.225.225）记录IP地址。IP地址
由⽹络号和主机号组成，相同⽹段的IP地址⽹络号是相同的。在同⼀个⽹段中可以将⼀个⼤的⽹络划分为多个⼦⽹，这样IP的地址空间利⽤率较⾼，⽽且同⼀个⽹段⼦⽹内维护
的路由表也⽐较⼩，划分⼦⽹⽤到了⼦⽹掩码。在整个⽹段的路由器接收到⼀个IP数据报是，⽤IP地址与⼦⽹掩码计算得出⼦⽹号，可直接将IP数据报转发给⼦⽹。IP协议尽最
⼤努⼒交付IP数据报，不保证可靠交付。
地址解析协议ARP(将IP地址转换为MAC地址)
1. 维护IP地址和MAC地址的映射表（⾃学习）
2. 从映射表中根据IP地址获取MAC地址
IP数据报在⽹络层传输的过程中源IP地址和⽬标IP地址是⼀直不变的，但是源MAC地址和⽬标MAC每经过⼀个⽹络节点就要更换，所以在每个⽹络节点的转发过程中都会⽤到
ARP协议。
逆地址解析协议RARP（将MAC地址转换为IP地址,⽬前已经被DHCP（动态ip）协议取代）
⽹际报⽂控制协议 ICMP
1. ICMP差错报告报⽂
2. ICMP询问报⽂
ICMP的⼀个重要应⽤就是分组⽹间探测PING（Packet InterNet Groper）,⽤来测试俩个主机之间的连通性。PING是应⽤层直接使⽤⽹络层ICMP的⼀个例⼦。他没有通过运输层
的TCP或UDP。
⽹际组管理协议 IGMP
⽹络层相关硬件
路由器
路由器是⼀种有多个输⼊端⼝和多个输出端⼝的专⽤计算机。他只⽀持⽹络层、数据链路层、物理层三层协议，其主要作⽤就是转发IP数据报。为了转发IP数据报，路由器需要
维护⼀个路由表根据不同的IP地址确定不同的端⼝，将IP数据报转发到不同的⽹络中。
NAT路由器
NAT:⽹络地址转换(Network Address Translation），装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器。
内⽹主机想要与互联⽹上的主机进⾏交互通讯时可通过NAT路由器，起作⽤是将内⽹IP转换为⼀个互联⽹IP。
虚拟专⽤⽹VPN
专⽤⽹：电信拉专线建⽴专⽤⽹
虚拟专⽤⽹，⽤软件技术，完成客户端和服务器端的加密通讯。⼀般⽤于俩个专⽹直接或者互联⽹的主要有公司机构内部⽹络通讯，需要安装VPN相关软件。
内⽹IP
在因特⽹中的所有路由器，对⽬的地址是专⽤地址的数据报⼀律不进⾏转发。专⽤地址：
10.0.0.0 到 10.255.255.255
172.16.0.0 到 172.31.255.255
192.168.0.0 到 192.168.255.255
运输层
运输层负责的是俩个主机之间进程的通信，⽹络层负责主机之间通信，当IP数据报发送到另外⼀台主机后运输层负责将信息发送给具体的进程也就是不同的应⽤程序，同理应⽤层的应⽤程序在不同主机上需
要进⾏通信的时候，必须要依赖运输层。运输层相关协议
TCP传输控制协议
1. TCP协议是⾯向连接的，建⽴连接需要经过三次握⼿，释放链接需要经过四次挥⼿；
2. TCP协议两端链接的是俩个端点，这俩个端点叫做套接字（socket） socket = ip:port;
3. 提供可靠交付的协议，保证数据段在传输过程中⽆差错、不丢失、不重复、按照顺序到达（依赖重传和编号机制），且可以根据⽹络信道的拥塞情况，动态的调整发送窗⼝
的⼤⼩，缓解⽹络堵塞的情况；
4. TCP协议是⾯向流的，应⽤层要使⽤TCP协议，必须有字节流的处理能⼒，数据传输单位是报⽂段；
5. 提供全双⼯通信，任何时候双⽅都可以进⾏发送和接收数据。
UDP⽤户数据报协议
1. UDP协议不需要建⽴连接，即在发送数据之前不需要建⽴连接；
2. 只尽最⼤努⼒交付，但不保证成功；
3. 数据传输的单位是⽤户数据报，UDP将应⽤层传递下来的数据报，加上UPD协议的头部和尾；部之后完整的交给⽹络层，不做合并与拆分；
4. UDP没有拥塞控制，不能根据⽹络通道的堵塞情况，动态的调整数据报的⼤⼩；
5. UDP协议⽀持⼀对⼀、⼀对多、多对多通信；
6. UDP协议⾸部字节数据较⼩，只占⽤了8个字节，相对TCP的20个字节，⼩了很多。
应⽤层
应⽤层是OSI7层协议中的最⾼层，也是离计算机普通⽤户最近的⼀层，应⽤层直接为应⽤程序经常提供服务。在互联⽹中有很多应⽤层协议，常⽤的有TELNET、HTTP、FTP、TFTP
应⽤层相关协议
TELNET
远程终端协议，⼀般⽤于端⼝联通性测试；
FTP
⽂件传输协议，使⽤的是TCP协议进⾏数据传输，⼀般占⽤21端⼝；
TFTP
简单⽂件传输协议，使⽤的是UDP协议进⾏数据传输，默认端⼝为69；
HTTP
超⽂本传送协议，浏览器使⽤的协议，默认端⼝为80
参考图：

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