OSI七层模型 和 TCP/IP四层模型的对比
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OSI七层模型: 理论上的网络通信模型 记忆: (物、链、网、输、会、示、用)
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TCP/IP四层模型: 实际上的网络通信标准
(1) 七层网络体系结构各层的主要功能:
应用层:
最上层的,也是我们能直接接触到的就是应用层(Application Layer),我们电脑或手机使用的应用软件都是在应用层实现。那么,当两个不同设备的应用需要通信的时候,应用就把应用数据传给下一层,也就是传输层。
所以,应用层只需要专注于为用户提供应用功能,为应用程序提供交互服务。在互联网中的应用层协议很多,比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
应用层是不用去关心数据是如何传输的,就类似于,我们寄快递的时候,只需要把包裹交给快递员,由他负责运输快递,我们不需要关心快递是如何被运输的。
而且应用层是工作在操作系统中的用户态,传输层及以下则工作在内核态。
表示层:
主要负责数据格式的转换,如加密解密、转换翻译、压缩解压缩等。
会话层:
负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信,如服务器验证用户登录便是由会话层 完成的。
运输层:
应用层的数据包会传给传输层,传输层(Transport Layer)是为应用层提供网络支持的。
负责两个进程的通信,即端到端通信。向主机进程提供通用的数据传输服务。该层主要有以下两种传输协议协议:TCP\ UDP
- TCP 的全称叫传输控制协议(Transmission Control Protocol),大部分应用使用的正是 TCP 传输层协议,比如 HTTP 应用层协议。TCP 相比 UDP 多了很多特性,比如流量控制、超时重传、拥塞控制等,这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。
- UDP 相对来说就很简单,简单到只负责发送数据包,不保证数据包是否能抵达对方,但它实时性相对更好,传输效率也高。当然,UDP 也可以实现可靠传输,把 TCP 的特性在应用层上实现就可以,不过要实现一个商用的可靠 UDP 传输协议,也不是一件简单的事情。
应用需要传输的数据可能会非常大,如果直接传输就不好控制,因此当传输层的数据包大小超过 MSS(TCP 最大报文段长度) ,就要将数据包分块,这样即使中途有一个分块丢失或损坏了,只需要重新发送这一个分块,而不用重新发送整个数据包。在 TCP 协议中,我们把每个分块称为一个 TCP 段(TCP Segment)。
当设备作为接收方时,传输层则要负责把数据包传给应用,但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据,因此需要用一个编号将应用区分开来,这个编号就是端口。
比如 80 端口通常是 Web 服务器用的,22 端口通常是远程登录服务器用的。而对于浏览器(客户端)中的每个标签栏都是一个独立的进程,操作系统会为这些进程分配临时的端口号。
由于传输层的报文中会携带端口号,因此接收方可以识别出该报文是发送给哪个应用。
网络层:
传输层可能大家刚接触的时候,会认为它负责将数据从一个设备传输到另一个设备,事实上它并不负责。
实际场景中的网络环节是错综复杂的,中间有各种各样的线路和分叉路口,如果一个设备的数据要传输给另一个设备,就需要在各种各样的路径和节点进行选择,而传输层的设计理念是简单、高效、专注,如果传输层还负责这一块功能就有点违背设计原则了。
也就是说,我们不希望传输层协议处理太多的事情,只需要服务好应用即可,让其作为应用间数据传输的媒介,帮助实现应用到应用的通信,而实际的传输功能就交给下一层,也就是网络层(Internet Layer)。
选择合适的路由和交换结点,确保数据及时传送。主要包括IP协议:
网络层最常使用的是 IP 协议(Internet Protocol),IP 协议会将传输层的报文作为数据部分,再加上 IP 包头组装成 IP 报文,如果 IP 报文大小超过 MTU(以太网中一般为 1500 字节)就会再次进行分片,得到一个即将发送到网络的 IP 报文。
网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备,世界上那么多设备,又该如何找到对方呢?因此,网络层需要有区分设备的编号。
我们一般用 IP 地址给设备进行编号,对于 IPv4 协议, IP 地址共 32 位,分成了四段(比如,192.168.100.1),每段是 8 位。只有一个单纯的 IP 地址虽然做到了区分设备,但是寻址起来就特别麻烦,全世界那么多台设备,难道一个一个去匹配?这显然不科学。
因此,需要将 IP 地址分成两种意义:
- 一个是网络号,负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」的;
- 一个是主机号,负责标识同一「子网」下的不同主机;
怎么分的呢?这需要配合子网掩码才能算出 IP 地址 的网络号和主机号。
举个例子,比如 10.100.122.0/24,后面的/24
表示就是 255.255.255.0
子网掩码,255.255.255.0 二进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」,大家数数一共多少个1?不用数了,是 24 个1,为了简化子网掩码的表示,用/24代替255.255.255.0。知道了子网掩码,该怎么计算出网络地址和主机地址呢?
- 将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行按位与运算,就可以得到网络号,
- 将 255.255.255.0 取反后与IP地址进行进行按位与运算,就可以得到主机号。
大家可以去搜索下子网掩码计算器,自己改变下「掩码位」的数值,就能体会到子网掩码的作用了。
那么在寻址的过程中,先匹配到相同的网络号(表示要找到同一个子网),才会去找对应的主机。
除了寻址能力, IP 协议还有另一个重要的能力就是路由。实际场景中,两台设备并不是用一条网线连接起来的,而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的,那么就会形成很多条网络的路径,因此当数据包到达一个网络节点,就需要通过路由算法决定下一步走哪条路径。
路由器寻址工作中,就是要找到目标地址的子网,找到后进而把数据包转发给对应的网络内。
所以,IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下一个目的地该朝哪个方向走,路由则是根据「下一个目的地」选择路径。寻址更像在导航,路由更像在操作方向盘。
数据链路层:
数据链路层通常简称为链路层。将网络层传下来的IP数据包组装成帧,并再相邻节点 的链路上传送帧。
物理层 :
实现相邻节点间比特流的透明传输,尽可能屏蔽传输介质和通信手段的差异。
(2)TCP/IP四层模型
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网络接口层的传输单位是帧(frame),IP 层的传输单位是包(packet),TCP 层的传输单位是段(segment),HTTP 的传输单位则是消息或报文(message)。但这些名词并没有什么本质的区分,可以统称为数据包。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-606859.html
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