计算机网络基础:OSI模型与TCP/IP协议的关系
数据来源
一、分层模型
1)分层思想(把复杂的事情简单化)
通信需要 --> 定义协议标准
完成每一件事,需要的协议太多,怎么办 ?分层,分工合作
将复杂的流程分解为几个功能相当单一的子流程
- -整个流程更加清晰,复杂问题简单化
- -更容易发现问题并针对性的解决问题
特点:
同层使用相同协议 ,下层为上层提供服务
交换机 -- 防火墙 -- 路由器--服务器
2)OSI七层模型
后来科学家把应用层、表示层、回话层合并为应用层,物理层和数据链路层合并为网络接口层
3)TCP/IP 5层协议簇/协议栈
- 应用层
- 传输层
- 网络层
- 数据链路层(网卡)
- 物理层(网线)
二、数据的封装与解封过程
具体的传输过程,分为数据封装与解封:
数据封装过程:
应用层输入数据,该数据称为PDU(数据单元)--> 传输层封装数据,该数据称为数据段 --> 网络层再封装数据,该数据称为报文 --> 数据链路层再封装数据,该据称为帧(数据帧)
每个软件都有对应的端口号,访问对应的端口号就相当于访问这个软件(只有应用层的协议才有端口号)
传输层是完成进程到进程的通信,传输层封装好之后的数据是数据段
TCP/UDP的特点:
- TCP的特点是:提供可靠的数据传输,他可以保证数据一定能到达对方,如何做到的?因为TCP要跟对方建立连接,这连接里面有数据同传机制,所以TCP也称为面向连接服务
- UDP的特点是: 不可靠,不需要跟对方建立连接,也称为无连接服务
网络层有个协议要IP协议,IP协议所封装的头部,叫IP包头,网络层的工作就是把源IP和目标IP写进去。
路由器:路由器的工作目标是针对IP地址,ip地址是在网络层的IP包头内,所以说路由器工作在网络层
网络层就是完成点到点的通信 (一台电脑到另一台电脑)
交换机:工作在数据链路层,交换机一般不认识IP只识别MAC地址,交换机是根据MAC地址转发数据
帧结构的构成:MAC子层(帧头)+上三层数据+FCS(帧尾)
- MAC子层(帧头)
- MAC子层头部包含:目标MAC地址(6字节),源MAC地址(6字节),类型(2字节)
- FCS:帧校验序列 (帧尾) ,FCS提供了一种错误检测机制,用来验证帧在传输过程中的完整性。
电脑的网卡和网线只识别数字信号
以前就是用调制解调器(猫),进行数字信号和模拟信号的转换,现在升级了使用光电转换器(光纤收发器)
调制解调器 (猫) :它是在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号,而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号的一种装置。
物理层再往下走就到了交换机(没有交换机就跳过这一步) --> 路由器 ->服务器或防火墙 ->最终经过一系列的设备到达对方的电脑网卡
笔记本电脑的内置网卡是用于上网的,接收网络或者扩散网络
数据解封过程:
最终对方电脑网卡收到的是完整的帧, 然后就会验证帧里面的MAC地址是否是给自己的(是否和自己的MAC相同),检查没问题就把数据给到了网络层
注意:上层模型的设备能实现下面模型设备的功能(就是上层对下层兼容)。
总结:
- 能在网上跑的都是帧,一个数据流是由若干个帧组成
- 交换机工作在数据链路层
- 路由器工作在网络层
- 一个数据流若干个帧,经过防火墙时,防火墙可以根据MAC或IP地址进行判断是否放行,而不能对TCP/UDP头和“Hello”应用层数据进检查行过滤的防火墙,称为网络型防火墙(古老的防火墙),工作在网络层。
- 后来的防火墙高大上了牛逼了,还能检查TCP/UDP头意味着能根据端口号进行过滤了,这种防火墙称为传输型防火墙,工作在传输层。
- 现在最高级的是应用层防火墙,还能对应用层的数据进行检查过滤,比如设置过滤网站包含“黄赌毒”的网页,工作在应用层。应用层防火墙还处于持续研究阶段,一般对数据包进行过滤都会需要时间,就会降低性能。
模型层 | 数据名 |
应用层 (PC/防火墙)编号:5 | 数据/PDU |
传输层 (防火墙)编号:4 | 数据段/段 |
网络层 (路由器)编号:3 | 报文/包/IP包 |
数据链路层(交换机、网卡)编号:2 ,交换机叫称为2层交换机 | 帧/Frame/packet |
物理层(网线)编号:1 | 数据信号(比特流/bit) |
比特bit:就是电脑网卡,高脉冲就是1,低脉冲就是0,电脉冲组合到一起就是比特流,比特才是整个IT业传输的最小单元。
8bit = 1Byte字节,1024字节 = 1KB, 1024 千字节(KB) = 1 兆字节(MB) =,100Mb/s = 100/8 =12.5MB/s 这里的小b是指比特,我们电脑使用的单位是B
表示层:就是把物理层的比特转换为原来的图片或者视频,现在应用层的软件也能做了
会话层:是维持通话秩序的。
应用层的常用协议:HTTP(80)、HTTPS(443)、SSH(22)、Telnet(23)、FTP(20\21)、DHCP(67\68)、DNS(53)、SMTP(25)、POP3(110)、RDP(3389)、SMB(445)、Mysql(3306)
传输层的常用协议:TCP、UDP (客户机向服务器发送请求的时候一定使用的是UDP)
TCP协议适用于要求可靠传输的应用,例如文件传输,网络数据库,分布式高精度计算系统的数据传输。
网络层的常用协议:ICMP、IP、ARP
数据链路层的常用协议:MAC子层协议
数据封装关联图:
各层之间的通信示意图:
三、OSI模型 vs TCP/IP模型
物理层 (physical layer)
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