网络体系结构概述

本文主要是介绍网络体系结构概述，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！

1. OSI/RM参考模型

开放互联参考模型（Open System Interconnection/Reference Model，OSI/RM）：

诞生：由国际化标准组织（International Organization for Standardization，ISO） 于1979年提出，1983年形成OSI/RM正式文件——ISO 7498标准。
应用：一种作为解决主机之间的网络通讯的宏观分析参考模型，数据的传输流程如下图。是一个逻辑上的定义，一个规范，它把网络从逻辑上分为了7层。

OSI/RM模型的设计逻辑：

一种分层的体系结构，每一个开放系统都是由一些连续的子系统组成（逻辑上），N+1层的实体功能依赖N层的实体提供出来的功能接口（SAP）来实现。
- 实体：软件元素（进程）或硬件元素（IO芯片）等。
- SAP（Service Accessing Point）：实体提供的功能接口。
- 实体与SAP的关系：一个实体可以提供多个SAP，但是一个SAP只能由一个实体提供且最多被一个实体调用。
- 对等实体：同一层级的实体。

封装： 数据在从高层向低层传送的过程中，每层都对接收到的原始数据添加信息，通常是附加一个报头和报尾。

网络协议： 网络中的数据交换建立的一系列规则、标准或约定。是控制两个或多个对等实体进行通信的集合。

组成：
- 语法：数据与控制信息的结构或形式。
- 语义：根据需要发出哪种控制信息、依据情况完成哪种动作以及做出哪种响应。
- 时序关系：同步，事件实现顺序的详细说明。

服务原语： 上层使用下层实体的服务需要经过与下层交换一些命令，这就是服务原语。

服务数据单元（Service Data Unit，SDU）： 层与层之间交换的数据的单位。

PDU（Protocol Data Unit）： 协议数据单元，同层实体间传送的数据单位。

1.1. 物理层

物理层（Physical Layer）：

简述：物理上实现两台主机间数据传输一层。
概念：为数据链路层实体提供建立、传输、释放所必须的物理连接，并提供透明的比特流传输，数据单位是比特（bit，01），构建在物理传输介质和硬件设备连接之上。
物理层协议定义的特性：
- 机械特性： 规定接口的外形、大小、引脚数和排列、固定位置。
- 电气特性： 规定接口电缆上各条线路出现的电压范围。
- 功能特性： 指明某条线上出现某一电平的电压表示何种意义。
- 规程特性： 指明各种事件出现的顺序。
DTE和DCE：
- 数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）： 具有一定数据处理能力的数据收发设备，如路由器、PC。不提供时钟。
- 数据通信设备（Data Communication Equipment，DCE）： 在DTE和传输线路之间提供信号转换、编码，并负责建立、保持、释放通信链路的连接的设备，如CSU/DSU、NT1、广域交换机。提供时钟。

1.2. 数据链路层

数据链路层（Data Link Layer）：

简述：将物理传输转为逻辑传输的传输线路。
概念：将比特封装成帧，并通过交换机进行MAC寻址转发，具有流量控制的功能。
功能：
- 链路的建立、拆除和分离：数据传输的介质可以是长期的，但实体之间的连接是有有效期的。在有效期内，两实体间可以进行n次数据通信，但每次通信都需要经历链路的建立、通信和关闭的过程。
- 帧定界和帧同步：采用的传输协议不同，帧的规格也不通，所以需要这个功能。
- 顺序控制：对帧的收发顺序进行控制。
- 差错检测、恢复：多用方阵码校验和循环码校验来检查误码，帧丢失用序号检测，通过反馈重发来恢复。
- 链路标识、流量/拥塞控制。
LLC和MAC
- 逻辑链路控制（Logical Link Control）：只在使用IEEE 802.3格式才使用。
- 介质访问控制（Media Access Control）：以太帧。

1.3. 网络层

网络层（Network Layer）：

概念：传输的数据是包（IP），根据IP进行路由转发从而找到目标主机。
功能：
- 路由选择。
- 中继、激活和终止网络连接。
- 链路复用。
- 差错检测和恢复。
- 流量/拥塞控制。

1.4. 传输层

传输层（Transport Layer）：

概念：传输的数据是段（port），通过端口寻址，实现了服务进程到服务进程之间的消息交流。传输层负责两个节点之间的传输，包括可靠传输（TCP）和不可靠传输（UDP）。
功能：
- 端到端的数据传输。
- 数据分段、传输和组装。
- 差错控制、流量/拥塞控制。

1.5. 会话层

会话层（Session Layer）：

概念：允许不同主机上的用户建立会话（各种服务：对话控制、令牌控制、同步功能）。
建立和释放会话的步骤：
- 将会话地址映射为传输层地址。
- 进行数据传输。
- 释放链接。

1.6. 表示层

表示层（Presentation Layer）：

概念：不同计算机之中的数据表达方式可能不同，表示层则负责统一标准转换（编码、解码、加密、解密、压缩）。比如：完成EBCDIC码（大型计算机）和ASCII码（PC）的转换。
功能：
- 数据语法转换、语法表示、数据加密解密、数据压缩解压。

1.7. 应用层

应用层（Application Layer）：

概念：两个应用进程之间的交互（HTTP、HTTPS），最接近用户的那层，向应用程序提供服务，这些服务按照提供的特性分组，并成为服务元素（CASE、SAFE）。

2. TCP/IP参考模型

OSI/RM与TCP/IP模型的对比：

OSI是标准，但过于复杂，不实用，因此诞生了TCP/IP四层协议，经过实践后发现数据链路层拆分为数据链路层和物理层更为合适，所以出现了五层模型。

应用层（Application Layer）： 该层与OSI的应用层、表示层、会话层相对应。

传输层（Transport Layer）： 允许两台主机上的对等实体进行对话，该层定义了两个端到端协议——TCP和UDP。

网络层/网际层（Network Layer）： 负责为经过逻辑互联网络路径的数据进行路由选择。

数据链路层/网络接口层（Data Link Layer）： 在TCP/IP模型中没有明确规定。

3. 理解OSI七层模型

此章节参考B站视频：互联网数据传输原理｜OSI七层网络参考模型，讲得不错。

应用层： 两个应用进程之间的交互（HTTP、HTTPS），最接近用户的那层。但应用层的Http等协议只是逻辑上联通了各个终端设备，物理上进行信息交流（连通）的是——物理层。

物理层： 计算机能发出去的信息只有0和1（比特，bit），而发出这些比特需要一些媒介，比如：光（光纤）、电（电线）、电磁波。信号发出去之后会经过不同的网络拓扑，此刻便需要中继器、集线器之类的设备。但信号跑到哪台设备是需要定向的，因此需要高级一些的网络模型——数据链路层。

数据链路层（跳到跳）： 数据到了这层会被封装成帧（数据 + MAC地址（物理地址，网卡上的48位/64位地址）），而交换机（二级交换机）就可以通过MAC寻址（MAC广播寻址）。但是仅靠MAC寻址并不明智，如一张网卡销售到了中国另外一张网卡销售到了美国，那就很难通过一个个交换机去找到目标网卡，因此需要IP（逻辑地址）+路由来寻址——网络层。