王道408计算机网络 1.2 分层结构与OSI参考模型

Young143 Blog，我不舍得为将来的难测就放弃这一刻。关注

1.计算机网络分层结构

“分层”设计思想

参考快递网络的四层体系结构设计

image-20260903130941432

使用分层设计实现计算机网络的诸多功能

image-20260903131123267

计算机网络的分层结构：

image-20260903131343567
  • 分层结构的设计并不唯一，可以根据实际需求增加或减少层次
image-20260903131637201

网络体系结构

网络体系结构（Network Architecture）是计算机网络的各层及其协议的集合，解释这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义（不涉及实现）。

实现（implementation）是遵循这种体系结构的前提下，用何种硬件或软件完成这些功能的问题。

体系结构是抽象的，而实现则是具体的

各层之间的关系

水平

image-20260903133057821
每一层负责实现一个或多个功能

实体：在计算机网络的分层结构中，第n层中的活动元素（软件+硬件）通常称为第n层实体。不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体。

协议：即 网络协议（Network Protocol），是控制对等实体之间进行通信的规则的集合，是水平的。

为什么要分层?为什么要制定协议?计算机网络功能复杂 > 采用分层结构，将诸多功能合理地划分在不同层次 > 对等层之间制定协议，以实现功能。

传输过程：

image-20260903135505097

竖直

image-20260903133442797

接口：即同一节点内相邻的两层的实体交换信息的逻辑接口，又称为服务访问节点（Service Access Point，SAP）。

服务：服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，它是垂直的。

传输过程：

image-20260903135431927

PDU、SDU、PCI 的概念

协议数据单元（PDU）:对等层次之间传送的数据单位。第n层的PDU记为n-PDU。

服务数据单元（SDU）：为完成上一层实体所要求的功能而传送的数据。第n层的SDU记为n-SDU。

协议控制信息（PCI）:控制协议操作的信息。第n层的PCI记为n-PCI。

协议三要素

协议：即网络协议(NetworkProtocol)，是控制对等实体之间进行通信的规则的集合，是水平的。

协议由语法、语义和同步三部分组成（协议的三要素）:

  1. 语法，数据与控制信息的格式。例如，协议控制信息(首部)部分占几个字节、每个字节是什么含义;协议的数据部分最多由多少字节。
  2. 语义，即需要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答。例如，协议中需要明确规定:发送方完数据后，接收方是否需要“应答”，以及应答的种类有哪些(如:传输成功、传输失败)
  3. 同步(或时序)，执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。例如，发送方发完数据后，接收方需要立即应答。如果发送方在10秒内未收到“传输成功”应答，则发送方会再次发送数据。

2.OSI参考模型&TCP/IP模型

image-20260903141624375

OSI参考模型

常见的网络设备实现的功能层次：

image-20260903143654081

1 物理层

任务：实现相邻节点之间比特（0或1）的传输

  1. 需要定义电路接口参数（如：形状、尺寸、引脚数等）
  2. 需要定义传输信号的含义、电器特征（如：5V表示1，1V表示0；每比特电信号持续时间0.1ms）

2 数据链路层

任务：确保相邻节点之间的链路逻辑上无差错。包含以下功能

  1. 差错控制：检错+纠错；或 检错+丢错+重传
  2. 流量控制：协调两个结点间的速率

3 网络层

任务：把“分组”从源结点转发到转发到的目的结点，包含以下功能

  1. 路由选择：构造并维护路由表，决定分组到达目的节点的最佳路径
  2. 分组转发：将“分组”从合适的端口转发出去
  3. 拥塞控制:发现网络拥塞，并采取措施缓解拥塞
  4. 网际互联:实现异构网络互联
  5. 其他功能：差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理

4 传输层

任务：实现端到端通信（即实现进程到进程的通信，“端”指“端口”）。包含以下功能

  1. 复用和分用：发送端几个高层实体复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。
  2. 其他功能:差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理

5 会话层

任务：管理进程间会话

主要功能：会话管理（采用检查点机制，当通信失效时从检查点继续恢复通讯）

6 表示层

任务：解决两台主机上信息表示不一致的问题

主要功能：数据格式转换（如编码转换、压缩/解压、加密/解密）

7 应用层

任务： 实现特定的网络应用

功能繁多根据需求设计

各层之间的传输单位

image-20260903151610088

TCP/IP模型

网络接口层任务：实现相邻结点间的数据传输（为网络层传输“分组”）。但具体怎么传输不作规定

使得TCP/IP网络体系结构具有更强的灵活性、适应性。

应用层任务：实现特定的网络应用（功能复杂且多样）

TCP/IP的理念：如果某些应用需要数据格式转换、会话管理功能，就交给应用的特定协议去实现
image-20260905140150509

TCP/IP网络层功能：路由选择、分组转发、拥塞控制、网际互联

TCP/IP网络层只保证“尽最大能力交付”，数据传输是不可靠的

TCP/IP传输层功能：复用和分用、差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理

TCP/IP模型中，由传输层负责保证数据传输的正确性、可靠性把数据传输的正确、可靠由传输层负责，压力给到“网络边缘部分（主机）”
image-20260906082618690
image-20260905140233789
  1. 差错控制和流量控制以帧为单位，确保局部正确
  2. 差错控制和流量控制以分组为单位，确保全局正确
  3. 确保分组有序不重复到达
  4. 接收方需返回分组确认消息
  5. 以“报文段”为单位
添加评论
点赞收藏
点踩分享查看原文
评论
?
参与讨论