<TCP/IP原理> (二) OSI模型和TCP/IP协议族

1.OSI参考模型

1）作用

2）各层的名称和功能

2.对分层网络协议体系的理解

1）不同节点：层次组成不同，作用不同

2）横向理解：虚通信、对等实体、协议、PDU

3）纵向理解：封装与解封、服务、接口

3.TCP/IP

1）层次：与OSI模型的对应关系

2）协议：主要协议极其所在层次

4.地址

1）物理、IP、端口地址：作用，所在层次

2）单播、多播、广播地址：作用

2.1 OSI参考模型

1.ISO标准指定

OSI Open System Interconnection，开放系统互连

Reference Model 参考模型

2.目的

使得两个不同的系统能够通信，而不需要改变底层的硬件或软件逻辑。

比如一台计算机为一个系统，一个电话为一个系统，IP电话

ISO是一个组织，OSI是一个模型。

OSI不是协议，是网络体系结构的概念模型。实际并不完全参考OSI模型。

指导协议如何来实现、使用。

3.OSI层次体系结构

通信系统/互联设备分为若干层次，从上到下

Application 应用层

Presentation 表示层

Session 会话层

Transport 传输层

Newwork 网络层

Data Link 数据链路层

Physical 物理层

上面三层为应用支持层（软件）

下面三层为网络支持层（软/硬件）

4.通信

1）两个Device之间为对等层通信（Peer-to-Peer Comm.）

下层对上层提供的操作或功能为服务（Service），同一系统内部下层向上层（相邻上层）服务。

层和层之间有接口（Interface），提供服务的通道。

对等层（Peer Layer），不同系统之间的同一层。

对等进程/对等实体（Peer Entity），对等层上的实体，每个功能的执行者。

对等层协议（Peer-to-peer protocal），对等实体之间使用相应的协议进行通信。

（TCP/IP 都为对等层协议，IP为网络层协议，TCP为传输层协议。）

2）对等层与对等实体

每一层可以同时存在多个实体（因为每一层功能不唯一）；存在通信关系的对等层实体才是对等实体。

每一层可以同时存在多个协议。协议是对等实体间的通信规则。

Eg：

SMTP协议：简单邮件传输协议 ；HTTP协议：超文本传输协议；FTP：文件传输协议

同一层不同实体依靠不同协议实现不同功能。

3）数据通信——封装

PDU：协议传输数据单元（Protocol Data Unit），每一层都有自己相应的PDU

发送：从上往下传输，每一层从上往下传输时，每一层都要将上层数据添加协议头再传送下去，该过程称为封装。与对等层逻辑上的对等传输不同，封装是物理上存在的传输方式。

第7层PDU为 L7 data ，第6层PDU为L7 data H6 ...

Hx为头部，添加本层的控制信息，完成本层通信协议实体之间进行通信交互的功能

数据链路层：T2 L3 data H2 尾部为T2 进行校验作用，校验物理层数据是否出错

对等层之间的通信为逻辑上的对等通信（虚通信），每一层发送的数据，对等层收到的也为一模一样的数据。但实际传输中Source加头，Destination拆头。

物理层没有PDU，上层单元转为二进制编码序列，传输的为比特流。

数据链路层的PDU称为帧 Frame。

网络层的PDU成为分组 Packet。

传输层的PDU称为数据段 Segment。

五六七层PDU称为数据 Data。

同层间需要约定规则——协议。

2.2 OSI模型的层次功能

Application 应用层：为用户提供各种各样的网络处理应用。

Presentation 表示层：面向对象表示数据。

Session 会话：主体之间的通信过程。

Transport 传输层：实现端到端的连接。

Network 网络层：编址和循迹。

Data Link 数据链路层：如何将数据送交给下面的网路介质。

Physical 物理层：如何实现二进制信号的物理传输。

2.3 TCP/IP协议族

OSI为7层    TCP/IP参考模型为4层（功能角度）

应用层：应用层、表示层、会话层功能的整合。

传输层：对应于OSI的传输层的功能，基本一致，具有一些特殊功能。

网际层：完成网络层的功能，也有一些独特功能。

网络接入层：完成数据链路层和物理层的功能。

技术上的开放标准，第一类标准。

TCP/IP协议族要适应各种各样的网络环境。

Internet结构

多个路由器（Router）互连物理网络，计算机（Host）与其中的物理网络相连

物理网络内部传输机制各种各样，通过路由器互连。

看待互联网

1.用户角度：单一的虚拟网络，无需了解网络的内部结构

2.互联网角度：所有物理网络是平等的，路由器每个接口连接的都是网络

物理网络不一定包含主机。

3.TCP/IP协议族

应用层：最大量协议集中在应用层。

socket为一个接口，上下层之间的接口。使得上层网络应用在开发实现非常简便，不用根据每一个应用设计一个接口。

传输层：为上面不同的网络应用提供了不同的通道。

网络层：为上面传输服务提供了一个统一的访问不同物理网络的接口。基于TCP的网络服务和基于UDP的网络服务。不同的网络应用利用传输层的两个协议通信。

该两层之间的接口很难统一。（局域网一个接口，城域网统一为一个接口，广域网统一为一个接口）。

网络接入层：完成数据链路层和物理层的功能。不同的物理网都可以通过IP实现之间的通信。

2.4 编址（标识通信对象）

从层次结构分类：

地址类型：物理地址、IP地址、端口地址

可能为路由器可能为主机

为计算机在网络通信中分配地址。

可能为路由器可能为主机

1.物理地址：物理网内通信时物理网所使用的地址，标识通信节点，通信对象可能为路由器可能为主机 。

由通信节点所属LAN或WAN指定，在LAN或WAN内唯一。

也称为链路地址/硬件地址，用于OSI模型的数据链路层（寻址），而不是物理层（比特流或代码流转换为发送信号，将信息传递到介质）。

硬件地址主要针对于局域网中的物理地址，物理地址的实现通常固化在网络接口设备上，比如以太网中通信的网卡，每个网卡上都有物理地址标识。

不同物理网络的物理地址有可能不完全一样，物理地址格式并不统一，通信特征也不一定相同，由物理网络的特性决定。

2.IP地址（网络地址，互联网）应用于网络层。

标识通信节点的网络连接，不同的物理网之间标识地址。

由Internet指定，在Internet内唯一。

32比特 点分十进制。

3.端口地址（传输层）

端口地址：标识通信进程，计算机所有应用以进程方式实现，标识应用的地址。

由操作系统指定，在一台计算机内部唯一。

16比特的整数。

TCP/IP地址与层次关系

端口地址表示应用进程，作用在传输层，用端口地址区分不同的应用层的应用进程，而不是在应用层标识。

IP地址作用在网络层，标识网络间通信的节点。

物理地址作用在网路接入层或OSI模型的数据链路层，标识物理网络内的通信节点。

从目的地址分类：单播，多播，广播。针对物理地址和IP地址。

1.单播（Unicast）

只有一个接收者。

2.多播（Multicast）

一组接收者。接收者之间互相有关联，具有相同特征。

前24个比特为0100.5E

3.广播（Broadcast）

网络中的所有系统。

eg：0xFFFF.FFFF.FFFF,  255.255.255.255

从接收者角度分析即可。从地址角度看，从地址本身来标识出信息。

2.5 TCP/IP的版本（主要针对IP协议）

Version 4 （IPv4）

地址空间不足和低效率：32位的地址

对服务质量和安全等方面支持较弱

Version 5

基于OSI模型

层次改变大，代价高，没有实际使用

Version 6

仅改动了网络层协议：IPv6、ICMP

扩大了地址空间：128位的地址

改进了版本4的弱点