1、網(wǎng)絡(luò)分層模型

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)。想象一下最簡(jiǎn)單的情況：兩臺(tái)連接在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)需要相互傳輸文件。不僅需要確保存在一條傳輸數(shù)據(jù)的通路，還需要完成以下幾項(xiàng)工作：

1. 發(fā)起通信的計(jì)算機(jī)必須激活數(shù)據(jù)通路，這包括發(fā)出信令以確保數(shù)據(jù)能夠在通路上正確發(fā)送和接收。
2. 需要告知網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
3. 發(fā)起通信的計(jì)算機(jī)必須確認(rèn)對(duì)方計(jì)算機(jī)已開(kāi)機(jī)并且連接到網(wǎng)絡(luò)。
4. 應(yīng)用程序需要明確對(duì)方計(jì)算機(jī)中的文件管理程序是否準(zhǔn)備好接收和存儲(chǔ)文件。
5. 如果計(jì)算機(jī)的文件格式不兼容，至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。
6. 需要確保針對(duì)各種差錯(cuò)和意外事件（如數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤、重復(fù)或丟失，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)故障等）有可靠的措施，以確保對(duì)方計(jì)算機(jī)最終能夠正確接收文件。

因此，相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)合作，這種協(xié)調(diào)是相當(dāng)復(fù)雜的。為了設(shè)計(jì)這樣復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，早在ARPANET設(shè)計(jì)初期就提出了分層方法。通過(guò)分層，龐大而復(fù)雜的問(wèn)題被轉(zhuǎn)化為較小的局部問(wèn)題，更易于研究和解決。1974年，IBM公司推出了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA（System Network Architecture），這一網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)也是按照分層方法制定的。至今，使用IBM大型機(jī)構(gòu)建的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)仍在使用SNA。隨后，其他公司也紛紛推出具有不同名稱(chēng)的體系結(jié)構(gòu)。

全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的用戶迫切希望能夠互相交換信息。為實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的互連，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于1977年設(shè)立了專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)。他們提出了試圖使世界范圍內(nèi)各種計(jì)算機(jī)互連成網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架——開(kāi)放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），簡(jiǎn)稱(chēng)OSI。"開(kāi)放"指的是非獨(dú)家壟斷。因此，只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以與世界上任何其他遵循相同標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進(jìn)行通信。

2、網(wǎng)際互聯(lián)及OSI七層模型

開(kāi)放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model）包括七層模型，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。

1. 物理層（Physical Layer）

   • 作用：主要任務(wù)是在物理媒體上實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸
   • 主要功能：定義接口特性、定義傳輸模式（單工、半雙工、雙工）、定義傳輸速率、比特同步、比特編碼
   • 傳輸單位：bit（比特）
   • 典型協(xié)議：Rj45、802.3
   • 設(shè)備：集線器（Ethernet Hub）、轉(zhuǎn)發(fā)器（Repeater）;
   • 備注：沒(méi)有尋址的概念；

2. 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）

   • 作用：主要任務(wù)是把網(wǎng)絡(luò)層傳下來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀；
   • 傳輸單位：frame（幀）
   • 主要功能：成幀(定義幀的開(kāi)始和結(jié)束)、差錯(cuò)控制（幀錯(cuò)+位錯(cuò)）、流量控制、訪問(wèn)(接入)控制（控制對(duì)信道的訪問(wèn))
   • 典型協(xié)議：SDLC、HDLC、PPP、STP
   • 設(shè)備：以太網(wǎng)交換機(jī)（Ethernet Switch）、橋接器（bridge，網(wǎng)橋）；
   • 備注：交換機(jī)通過(guò)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，邏輯鏈路控制；

3. 網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）

   • 作用：主要任務(wù)是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)；
   • 主要功能：路由選擇、流量控制、差錯(cuò)控制、擁塞控制；
   • 典型協(xié)議：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF；
   • 傳輸單位：packet（數(shù)據(jù)包）；
   • 設(shè)備：路由器（Router）
   • 備注：實(shí)現(xiàn)尋址

4. 傳輸層（Transport Layer）

   • 作用：主要任務(wù)是負(fù)責(zé)主機(jī)中兩個(gè)進(jìn)程的通信，即端到端的通信；
   • 主要功能：可靠傳輸、差錯(cuò)控制、流量控制、復(fù)用分用；
   • 典型協(xié)議：TCP、UDP、SPX、port（65535個(gè)端口）、EIGRP、OSPF；
   • 傳輸單位:fragment（段）；
   • 設(shè)備：網(wǎng)關(guān)（gateway）；
   • 備注：負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸和會(huì)話建立；

5. 會(huì)話層（Session Layer）

   • 作用：主要任務(wù)是負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)傳輸中設(shè)置和維護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信連接
   • 主要功能：建立、管理、終止會(huì)話；使用校驗(yàn)點(diǎn)可使會(huì)話在通信失效時(shí)從校驗(yàn)點(diǎn)/同步點(diǎn)繼續(xù)恢復(fù)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步；
   • 典型協(xié)議：NFS、SQL、ASP、PHP、JSP、RSVP(資源源預(yù)留協(xié)議)；
   • 傳輸單位：message（報(bào)文）；
   • 設(shè)備：網(wǎng)關(guān)（gateway）；
   • 備注：負(fù)責(zé)會(huì)話建立；

6. 表示層（Presentation Layer）

   • 作用：主要任務(wù)是用于把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能與接收者的系統(tǒng)格式兼容并適合傳輸?shù)母袷?#xff1b;
   • 典型協(xié)議：ASCII, JPEG. PNG, MP3. WAV, AVI；
   • 傳輸單位：message（報(bào)文）；
   • 設(shè)備：網(wǎng)關(guān)（gateway）；
   • 備注：可以提供加密服務(wù)；

7. 應(yīng)用層（Application Layer）

   • 作用：主要任務(wù)是控制應(yīng)用程序；
   • 典型協(xié)議：telnet, SSH, HTTP, FTP, SMTP, RIP, BGP
   • 傳輸單位：message（報(bào)文）；
   • 設(shè)備：網(wǎng)關(guān)（gateway）；
   • 備注：為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；

OSI模型的傳輸數(shù)據(jù)封裝過(guò)程如下：

3、TCP/IP 四層模型：

ARPA 在研究 ARPAnet 時(shí)提出了 TCP/IP 模型，模型從低到高依次為網(wǎng)絡(luò)接口層(對(duì)應(yīng) OSI
參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層)、網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層(對(duì)應(yīng) OSI參考模型中的會(huì)話層
表示層和應(yīng)用層)。TCP/P 由于得到廣泛應(yīng)用而成為事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

1. 應(yīng)用層（Application Layer）：應(yīng)用層是最靠近用戶的一層，負(fù)責(zé)處理特定應(yīng)用程序的通信細(xì)節(jié)。在這一層，各種應(yīng)用程序通過(guò)使用不同的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，比如HTTP（超文本傳輸協(xié)議）、FTP（文件傳輸協(xié)議）、SMTP（簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議）等。

2. 傳輸層（Transport Layer）：傳輸層主要負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)。其中的TCP協(xié)議提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的完整性和順序性；而UDP協(xié)議提供了一種更快速但不可靠的傳輸方式。

3. 網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）：網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)在不同網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)包。其中的IP協(xié)議定義了數(shù)據(jù)包的傳輸規(guī)則和地址分配，確保數(shù)據(jù)能夠正確地從源主機(jī)傳輸?shù)侥繕?biāo)主機(jī)。

4. 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）：數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在直接相連的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。它將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為比特流，并控制數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上傳輸?shù)姆绞健?/p>

TCP/IP模型與OSI模型相比，將傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層合并到一起，更加符合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)通信的需求。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，TCP/IP模型被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，成為了網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。

TCP/IP模型的傳輸數(shù)據(jù)封裝過(guò)程如下：

4、五層參考模型：

OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)提出的概念清晰，理論完整，但它既復(fù)雜又不夠?qū)嵱?。相比之?#xff0c;TCP/IP體系結(jié)構(gòu)則更簡(jiǎn)潔實(shí)用，并且在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。TCP/IP是一個(gè)四層體系結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層（網(wǎng)際層的命名強(qiáng)調(diào)解決不同網(wǎng)絡(luò)間的互連問(wèn)題）。

然而，實(shí)質(zhì)上，TCP/IP只有最上面的三層被廣泛使用，因?yàn)樽畹讓拥木W(wǎng)絡(luò)接口層并沒(méi)有明確定義的內(nèi)容。因此，在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理時(shí)，通常采取綜合OSI和TCP/IP的優(yōu)點(diǎn)的辦法，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。這種簡(jiǎn)化的五層模型既簡(jiǎn)潔又能很清楚地闡述概念。為了方便，有時(shí)也將最底下的兩層稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)接口層。

5層網(wǎng)絡(luò)模型是一種簡(jiǎn)化后的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，通常用于描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不同層級(jí)的功能和協(xié)議。這種模型包括以下五個(gè)層級(jí)：

1. 應(yīng)用層（Application Layer）：應(yīng)用層是最靠近用戶的一層，負(fù)責(zé)處理特定應(yīng)用程序的通信細(xì)節(jié)。在這一層，各種應(yīng)用程序通過(guò)使用不同的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，比如HTTP（超文本傳輸協(xié)議）、FTP（文件傳輸協(xié)議）、SMTP（簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議）等。

2. 傳輸層（Transport Layer）：傳輸層主要負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)。其中的TCP（Transmission Control Protocol）提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的完整性和順序性；而UDP（User Datagram Protocol）提供了一種更快速但不可靠的傳輸方式。

3. 網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）：網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)在不同網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)包。其中的IP（Internet Protocol）定義了數(shù)據(jù)包的傳輸規(guī)則和地址分配，確保數(shù)據(jù)能夠正確地從源主機(jī)傳輸?shù)侥繕?biāo)主機(jī)。

4. 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）：數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在直接相連的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。它將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為比特流，并控制數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上傳輸?shù)姆绞健?/p>

5. 物理層（Physical Layer）：物理層是網(wǎng)絡(luò)模型的最底層，負(fù)責(zé)傳輸原始比特流，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或光信號(hào)，并在物理媒介（如網(wǎng)線、光纖）中進(jìn)行傳輸。

這種5層網(wǎng)絡(luò)模型綜合了OSI模型和TCP/IP模型的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并且清晰地劃分了不同層級(jí)的功能。通過(guò)這種模型，我們可以更好地理解和描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)部分的作用和協(xié)作關(guān)系。

5層網(wǎng)絡(luò)模型的傳輸數(shù)據(jù)封裝過(guò)程如下：

5. OSI、TCP/IP、五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)對(duì)比