计算机网络核心知识--1.1 网络核心知识讲解(OSI七层参考模型)

本文主要是介绍计算机网络核心知识--1.1 网络核心知识讲解(OSI七层参考模型),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

网络核心知识,这里主要是了解OSI七层参考模型。
先看下七层参考模型的示意图:
在这里插入图片描述
OSI(开放网络互联)参考模型,是国际标准化组织(ISO)制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系。
主要分7层:
(1)物理层:解决两台物理机之间的通信需求,简单讲就是机器A往机器B发送比特流,机器B要能够收到这些比特流。物理层主要定义了物理设备的标准,如网线的类型,光纤的接口类型,各种传输介质的传输速率,其主要作用就是传输比特流啦,即我们的0101二进制数据,物理层将比特流转换成电流的强弱来进行传输,到达目的后,再转换为0101的机器码,也就是我们常说的数模转换与模数转换。这一层的数据叫做比特,网卡就是工作在这一层。

(2)数据链路层:在传输比特流的过程中,会产生错传,数据传输不完整的可能。因此数据链路层应运而生。数据链路层定义了如何格式化数据以进行传输,以及如何控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正,以确保数据传输的可靠性。本层将比特数据组成了帧,其中交换机工作在这一层里面,对帧解码,并根据帧中包含的信息,把数据发送到正确的接收方。

(3)网络层:那随着网络节点的不断增加,点对点通信的时候需要经过多个节点,那么如何找到目标节点,如何选择最佳路径,便成为首要需求,此时便有了网络层。网络层的作用就是将网络地址翻译成对应的物理地址,并决定如何将数据从发送方路由到接收方。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到另一个网络节点B的最佳路径。由于网络层处理并智能指导数据传送,路由器连接网络各段,所以路由器属于网络层。此层的数据我们称为数据包,此层我们要关注的协议是TCP/IP协议栈中的IP协议。

(4)传输层:随着网络通信需求的进一步扩大,通信过程中需要发送大量的数据,如海量文件传输的,可能需要很长时间。而网络在通信的过程中,会中断很多次,此时为了保证传输大量文件时的准确性,需要对发出去的数据进行切分,切割成一个一个的段落及segement进行发送,那么如果其中一个段落丢失了怎么办?要不要重传?每个段落要按照顺序到达吗?这就是传输层需要考虑的问题了。传输层解决了主机间的数据传输,数据间的传输可以是不同网段的,并且传输层解决了传输质量的问题。传输协议同时进行流量控制,或是基于接收方可接受数据的快慢程度,规定适当的发送速率。除此之外,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,例如以太网无法接受大于1500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,同时对每一个数据片安排一个序列号,以便数据到达接收方节点的传输层的时候,能以正确的顺序重组,该过程即称为排序。传输层我们需关注TCP/IP协议栈中的TCP协议。

(5)会话层:现在我们已经保证给正确的计算机发送正确封装过后的信息了,但是用户级别的体验好不好?难道我们每次都调用TCP去打包,然后调用IP协议去找路由?自己去发?当然不行。所以我们要建立一个自动收发包,自动寻址的功能,于是会话层出来了。会话层的作用就是建立和管理应用程序之间的通信。

(6)表示层:现在我们能保证应用程序自动收发包和寻址了,但如果我们要用Linux给Windows发包,两个系统语法不一致,就像安装包一样,exe是不能在Linux上运行的,shell在Windows下也不能直接运行。于是需要表示层(即presentationLayer)帮我们解决不同系统之间的通信语法问题,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类型的不同而不同。

(7)应用层:此时虽然发送方知道自己发送的是什么东西,转成字节数组之后有多长,但接收方肯定不知道,所以应用层的网络协议诞生了。它规定发送方和接收方必须使用一个固定长度的消息头,消息头必须使用某种固定的组成,而且消息头里面必须记录消息体的固定长度等一系列信息,以方便接收方能够正确地解析发送方发送的数据。应用层旨在让你更方便地应用同一网络中接受到的数据,至于数据的传递,没有该层,你也可以直接在两台电脑间开干,不过传来传去,都是一堆由0和1组成的字节数组,该层要重点关注的是TCP/IP协议栈中的HTTP协议。

看完上面的大段文字描述,我们用图来简化一下各层的功能:
在这里插入图片描述

以上就是对osi各个层次的划分,从应用层开始,都会对要传输的数据头部进行处理,加上本层的一些信息,最后由物理层通过以太网电缆等介质将数据解析成比特流,在网络中传输。数据传递到目标地址,并自底而上地将现前对应成的头部给解析分离出来,这个就是网络数据处理的整个流程。

osi是一个定义良好的协议规范集,并由许多可选部分完成类似的任务,它定义了开放系统的层次结构,层次之间的相互关系以及各层所包括的可能的任务,是作为一个框架来协调和组织各层所提供的服务。但是OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法,而是描述了一些概念,用来协调进程间通信标准的制定,即OSI参考模型并不是一个标准,而是一个在制定标准时所使用的概念型框架。
试行的标准是TCP/IP四层架构参考模型,TCP/IP参考模型是首先由arpant所使用的网络体系结构,后来该结构被美国国防部作为计算机网络的标准,由于领头大哥的推动,市面上绝大多数厂商也以该标准为主,用以商用。虽然TCP/IP协议并不完全符合osi的七层参考模型,但我们依然可以理解为它是OSI的一种实现。

OSI七层模型和TCP/IP概念模型的对比:
在这里插入图片描述
现在我们按照TCP/IP的概念模型来简单描述一下数据传输流程:
应用层准备好要传输的数据,到达传输层之后,数据被切分成块或段并编号,然后发往网络层,在网络层,给每一个数据块加上目标IP地址和源IP地址,组成一个数据包,发往数据链路层,在数据链路层,给每一个数据包加上源mac地址和目标mac地址及帧校验序列FCS,组成数据帧,发往物理层,然后物理层通过物理设备将帧转换为比特流传输。在接收端则以相反的顺序一步步解析得到原始数据。

将网络进行分层的好处
有了这些规范之后,这些不同的厂商生产的网络设备就可以按照这个规范来生产,然后它们之间用网线一连就可以连上,比方说,现在有思科的交换机,也有华为的交换机,我们都是以以太网的标准来制造的,它们用网线一连,就可以通讯了。这就是标准化之后的好处。如果不遵循这个标准,那么这个公司生产这这种标准的网络设备,那个公司生产那种标准的网络设备,它们之间用网线连不上,这实际上是不利于互联网的发展的。分层也使得每一层比较独立,某一层变化,不会影响其他层的改变。

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