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分层结构

真题练习

OSI 模型是选择题的高频考点,需要理解每一层的功能。此外,还需要了解 TCP/IP 协议栈和 OSI 协议栈的不同 以及 协议数据单元的概念。

ISO/OSI 模型

OSI 参考模型7 层,自下而上依次为【物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层】(记忆:物链网输会示用)。低三层统称为 通信子网,它是为了联网而附加的通信设备,完成数据的传输功能;高三层统称为 资源子网,它相当于计算机系统,完成数据的处理等功能。传输层 承上启下。

OSI 参考模型的层次结构如下图所示:

OSI 七层、通信子网与资源子网的层次关系

物理层

物理层的传输单位是 比特,功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输原始比特流,不用参与数据封装工作。为了实现该功能,物理层需要定义 硬件设备标准,如电缆类型、接口类型、电压标准等。

数据链路层

数据链路层的传输单位是 ,两台主机之间的数据传输总是在一段一段的链路上传送的,这就需要使用专门的链路层协议。

数据链路层将网络层交来的 IP 分组封装成帧,并传输到相邻结点。主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能,把可能出错的物理连接改造为满足上层要求的 数据链路。具体协议可提供 物理寻址组帧差错控制、相邻结点间流量控制、重传和传输管理等功能;但并非所有链路层协议都保证可靠交付,例如以太网通常只检错并丢弃错误帧。

网络层

网络层(Network Layer)的传输单位是 数据报(分组),它关心通信子网的运行控制,主要任务是把网络层的 协议数据单元 从源主机传到目的主机,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。关键问题是 路由选择与分组转发,并可涉及拥塞控制。

传输层

传输层(Transport Layer)的传输单位是报文段或用户数据报,传输层负责主机中两个进程之间的通信,功能是为 端到端 连接提供可靠的传输服务,为 端到端 连接提供流量控制(端到端)、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。

数据链路层提供的是 点到点(相邻结点之间) 的通信,传输层提供的是 端到端(不同主机中的进程之间) 的通信。一个端到端路径通常由多段点到点链路组成,不能把点到点简单等同于“源主机到目的主机”。

会话层

会话层(Session Layer)允许不同主机上的各个进程之间进行会话。这 会话 这种服务主要为用户进程建立连接,并在连接上有序地传输数据,这就是 会话。

会话层负责建立、管理及终止进程间会话,并可设置 同步点(检查点),使长时间的数据交换在故障后从最近的同步位置恢复。断点续传可以利用类似思想,但具体实现通常还需要应用层协议和服务器共同支持。

表示层

表示层 主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。不同机器采用的 编码 和表示方法不同,使用的数据结构也不同。为了使不同表示方法的数据和信息之间能互相交换,表示层采用抽象的标准方法定义数据结构,并采用标准的 编码 形式。此外,数据压缩、加密和解密 也是表示层的功能。

应用层

应用层是 OSI 参考模型的最高层,是用户与网络的接口。应用层为特定类型的网络应用提供访问 OSI 参考模型环境的手段。因为用户的实际应用多种多样,这就要求 应用层 采用不同的应用 协议 来解决不同类型的应用要求,因此 应用层 是最复杂的一层,使用的 协议 也最多

TCP/IP 模型

TCP/IP 模型 从低到高依次为【网络接口层(对应 OSI 参考模型 中的物理层和数据链路层)、网际层传输层应用层(对应 OSI 参考模型 中的会话层、表示层和应用层)】。TCP/IP 由于得到广泛应用而成为事实上的国际标准。TCP/IP 模型 的层次结构如下图所示:

TCP/IP 四层模型及各层典型协议

TCP/IP 模型OSI 模型 的不同点在于 网络接口层应用层,可以理解为 TCP/IP 模型 中这两层涵盖了 OSI 协议 中多层的功能:

OSI 七层、TCP/IP 四层与教学五层模型的对应关系

学习计算机网络时,我们往往采取折中的办法,即综合 OSI 参考模型TCP/IP 模型 的优点,采用一种如下图所示的只有 5 层协议 的体系结构,即我们所熟知的【物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层】。

协议数据单元

在网络中,协议数据单元PDU,Protocol Data Unit)是指在某一层协议中传输的数据单元。每一层在接收来自上一层的数据时,都会在其头部添加控制信息(称为首部 Header),然后将其当作一个新的 PDU 交给下一层处理。这就是所谓的 封装 过程。

数据从应用层向下逐层添加首部并在接收端逐层解封装
OSI 层级 PDU 名称
7 应用层 Data(数据)
6 表示层 Data(数据)
5 会话层 Data(数据)
4 传输层 TCP Segment(TCP 报文段)或 UDP Datagram(UDP 用户数据报)
3 网络层 IP Packet / Datagram(IP 分组、IP 数据报)
2 数据链路层 Frame(帧)
1 物理层 Bit(比特)
过程流

同一份应用数据如何逐层封装

逐步查看应用数据向下传递时获得传输层首部、网络层首部和链路层首尾,并最终变成物理层比特流。

应用层数据报文段或用户数据报报文段或用户数据报IP 数据报IP 数据报链路层帧链路层帧物理层比特流

当前查看:应用层数据应用进程产生 Data,交给传输层。

对于上表,首要的是掌握英文名词。中文翻译常有多种表述,例如 TCP Segment 可译为“TCP 报文段”或“TCP 段”,判断题意时要识别其对应层次与封装关系。