网络基础---OSI 模型与TCP/IP

一、网络的演进：

1、简单的联接：1960's ------------ 1970's    Host Network

六十至七十年代，网络的概念主要是主机架构的低速串行联接，提供应用程序执行、远程打印和数据服务功能。

2、网络化联接：1970's-------------1980's     Local Network

七十至八十年代，出现了以个人电脑为主的商业计算模式。最初，个人电脑是独立的设备，由于认识到商业计算的复杂性，局域网产生了。局域网的出现，大大降低了商业用户打印机和磁盘昂贵的费用。

3、网络间联接：1980's--------------1990's    Interneting Network

八十至九十年代，远程计算的需求不断地增加，迫使计算机界开发出多种广域网络协议，满足不同计算方式下远程联接的需求，网间网的互联极大程度地发展起来。

二、OSI七层模型及功能

1、OSI七层模型及其功能

Application	应用层
Presentation	表示层
Session	会话层
Transport	传输层
Network	网络层
Datalink	数据链路层
Physical	物理层

OSI七层模型，虽然每一层的名字、功能，都可以不一样，但是每一层的目的都是为上层提供一定的服务。

物理层：它涉及到通信在信道上传输的原始比特流，它实现传输数据所需要的机械、电气、功能性及过程等手段。

数据链路层：它的主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路；并且进行流量调控。

网络层：它检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。

传输层：它的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要的时候把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到对方的各段信息正确无误。

会话层：它允许不同机器上的用户建立会话关系，在协调不同应用程序之间的通信时要涉及会话层，该层使每个应用程序知道其它应用程序的状态。

表示层：它关注于所传输的信息的语法和意义，它把来自应用层与计算机有关的数据格式处理成与计算机无关的格式。

应用层：它包含大量人们普遍需要的协议，并且具有文件传输功能。其任务是显示接收到的信息，把用户的新数据发送到低层。

2、网络设备在层次模型中所处的位置

Application
Presentation
Session	^
Transport	----|   Gateway
Network	-->Router、Level 3 Switch
Datalink	-->Bridge、Level 2 Switch
Physical	-->Repeater、Hub

在分层模型中，对等是一个很重要的概念，因为只有对等层才能相互通信，一方在某层上的协议是什么，对方在同一层次上也必须是什么协议。理解了对等的含义，则很容易把网络互连起来：

两个网络在物理层就相同，使用中继器就可以连起来；如果两个网络物理层不同，链路层相同，使用桥接器可以连起来；如果两个网络物理层、链路层都不同，而网络层相同，使用路由器可以互连；如果两个网络协议完全不同，使用协议转换器（网关）可以互连。

• 中继器（Repeater）：工作在物理层，在电缆之间逐个复制二进制位（bit）。
• 桥接器（Bridge）：工作在链路层，在LAN之间存储和转发帧（frame）；
• 路由器（Router）：工作在网络层，在不同的网络之间存储和转发分组（packet）。
• 协议转换器（Gateway）：工作在三层以上，实现不同协议的转换。Internet中通常把路由器也叫网关（Gateway）。

3、OSI模型与TCP/IP协议的对应关系

OSI Reference Model	TCP/IP Protocol
Application	TELNET SMTP TFTP
Presentation
Session
Transport	TCP    |   UDP
Network	IP、ICMP、ARP
Datalink
Physical

今世界上最流行的TCP/IP协议的层次并不是按OSI参考模型来划分的，只跟它有一种大致的对应关系。

网络层协议：主要包括IP协议，实现IP包的封装和发送，分组路由和避免阻塞是这里的关键设计问题。

传输层：定义了两个端到端的协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。

TCP/IP不涉及会话层和表示层。

应用层：它含有所有的高层协议，如虚拟终端协议Telnet、文件传输协议FTP和电子邮件协议SMTP。

4、数据的封装

信息交换的过程发生在对等层之间，源系统中的每一层把控制信息附加在数据中，而目的系统的每一层则对接收到的信息进行分解，并从数据中移去控制信息。

高层的协议将数据传递到网络层后，形成标准的数据包，而后送到数据链路层，添加链路层的控制信息，形成帧，再传递到物理层，在物理层网络传送原始的比特流。

三、TCP/IP协议 简介

Application  

Transport

Internet

Network

Interface

Hardware

Transport

Transmission Control Protocol(TCP) User Datagram Protocol(UDP)

传输层协议：

• 传输控制协议TCP是一个面向联接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发送到互联网上的其他机器。
• 用户数据报协议UDP是一个不可靠的无联接的协议，用于不需要排序和流量控制能力而是自己完成这些功能的应用程序。

Internet

Internet Protocol(IP) Internet Control Message Protocol(ICMP) Address Resolution Protocol(ARP) Reverse Address Resolution Protocol(RARP)

网络层协议：

• 网络层的IP协议，实现了IP包的封装和寻径发送，它的功能是主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标。这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同。
• 另外，TCP/IP的网络层还包括了互联网络控制消息协议ICMP、地址解析协议ARP、反向地址解析协议RARP。

3.1 ICMP检测

互联网络控制消息协议ICMP是一个网络层的协议，它提供了错误报告和其它回送给源点的关于IP数据包处理情况的消息。

ICMP包含几种不同的消息，其中 Echo Request 由 Ping 命令产生，主机可通过它来测试网络的可达性，ICMP Echo Reply消息表示节点是可达的。

3.2 地址解析协议 ARP

地址解析协议 ARP 是一种广播协议，主机通过它可以动态地发现对应于一个特殊 IP 网络层地址的 MAC 层地址。

主机 A 发送的 ARP 请求报文中，带有自己的 IP 地址到 MAC 地址的映射。主机 B 收到请求报文后，将其中的地址映射存到自己的 ARP 高速缓存中，并把自己的 IP 地址到 MAC 地址的映射作为响应发回主机 A。