【计算机网络】分层结构（OSI 7层模型、TCP/TP 4层模型、5层参考模型）
【计算机网络】分层结构
一 概述
1.1 为什么要分层？
计算机网络是一个复杂的系统，采取分层的结构，可以将庞大而复杂的问题分为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
1.2 怎么分层？
分层需要遵循下列的基本原则：
- 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
- 每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
- 结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
- 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
- 整个分层结构应该能促进标准化工作。
1.3 认识分层结构
为了学习计算机网络的分层结构，需要知道协议、服务和接口这3个基本概念。
实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定，称为网络协议。【水平方向】
协议有以下三要素
- 语法：规定传输数据的格式。- 语义：规定所要完成的功能。- 同步：规定各种操作的顺序。接口：上层使用下层服务的入口
服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直方向】
二 计算机网络分层结构
2.1 三个分层模型
通常，计算机网络会有两个分层模型：
- 一个是用于学术研究和标准化的7层OSI模型（法定标准，缺乏实用性）
- 另一个是用于实践的4层TCP/IP模型（事实标准）
在这二者的基础上面，总结出了我们学习和考研上面常用的5层参考模型
2.2 OSI 7层参考模型
① 介绍
- 为了解决计算机网络复杂的大问题而提出的分层结构（按功能）。
- 目的是为了支持异构网络系统的互联互通。
- 理论成功，市场失败。
② 通信过程
- OSI 模型通信由源主机、中间系统和目的主机构成。
- 上面4层是端到端的，也就是关注的是数据从源主机交付到目的主机，而不管每步是怎么传输的。
- 下面3层是点到点的，关注数据在传输过程中下一步是怎么走的，也就是路由是如何转发的。
传输过程，数据从高层逐层往下加上首部，传给底层。
高一层的PDU（协议数据单元）是低一层的SDU（服务数据单元）
备注：PDU = SDU + PCI（协议控制信息）
拿到数据后，再从底层逐层往上去除首部，传给高层。
下图省略了中间系统的数据传输过程，中间系统只负责数据传输，只需要低三层。
③ 各层功能（重点）
学习分层模型的关键在于掌握每层对应的主要任务、功能、涉及的协议、传输的单位。
2.3 TCP/IP 4层参考模型
① 介绍
- TCP/IP模型是市场化成功的计算机网络分层模型。
- 它将应用层、表示层和会话层合并成应用层。
- 将数据链路层和物理层合并成网络接口层。
② TCP/IP VS OSI
相同点
- 都分层
- 基于独立的协议栈的概念
- 可以实现异构网络互联
不同点
OSI定义三点：服务、协议、接口
OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
TCP/IP设计之初就考虑到异构网络互联问题，将IP作为重要层次
OSI和TCP/IP在网络层和传输层对数据传输方式的区别：
| 层次 | OSI参考模型 | TCP/IP模型 |
|---|---|---|
| 网络层 | 无连接+面向连接 | 无连接 |
| 传输层 | 面向连接 | 无连接+面向连接 |
备注：
面向连接：需要经历三个阶段，建立连接、数据传输、释放连接。
无连接：直接进行数据传输。
2.4 5层参考模型
① 介绍
在综合了OSI和TCP/IP模型的优点后，提出更加适合学习的5层参考模型。
② 通信过程
- 传输过程，数据从高层逐层往下加上首部，进行数据封装，传给底层。
- 拿到数据后，数据从底层逐层往上对数据解封装，传给高层。
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