詳解通過 OSI 七層模型打開計算機網絡大門
正文
最近為瞭準備面試,又再看瞭一遍 圖解TCP/IP,發現很多知識點看瞭就忘,並沒有形成一個系統知識,那麼今天開始通過一系列的文章來系統總結一下計算機網絡,在接下來的文章中會對重要的那幾個模型進行講解。
分層的體系結構
在開始組織關於因特網體系結構的想法之前,我們先看看一個人類社會與之類比的例子,實際上,在日常生活中我們一直都與復雜系統打交道。
想象一下有人請你描述比如航班系統的情況吧,你怎樣用一個結構來描述這樣一搞復雜的系統?
描述這種系統的一種方式是,描述當你乘某個航班時,你乣采取的一系列動作,你要購買機票,托運行李,去登機口,並最終登上這次航班。該飛機起飛,飛行到目的地。當飛機著落後,你從登機口離機並認領行李。如果這次行程不理想,你向票務機構投訴這次航班(當然你的努力並沒有什麼卵用)
這個時候我們已經能從這裡看出與計算機網絡的某些類似: 航空公司把你從源送到目的地;
觀察上圖,該圖將航線功能劃分為一些層次,提供瞭我們能夠討論航線旅行的框架。註意到每個層次與下面的層次結合在一起,實現瞭某些功能、服務。在票務層及以下,完成瞭一個人從航線櫃臺到航線櫃臺的轉移。在行李層及一下,完成瞭人和行李從行李托運到行李認領的轉移等等。 價值 利用分層的體系結構,我們可以討論一個大而復雜系統的定義良好的特定部分。這種簡化本身由於模塊化而具有很高價值,這使某層所提供的服務易於改變,隻要該層對其上面的層提供相同的服務,並且使用來自下面層次的相同服務,當某層的實現變化時,該系統的其餘部分保持不變
協議的分層
ISO 在制定標準化 OSI 之前,對網絡體系結構相關的問題進行瞭充分的討論,最終提出瞭作為通信協議設計指標的 OSI 參考模型,這一模型將通信協議中必要的功能分成瞭七層。
在這一模型中,每個分層都接收由它下一層所提供的特定服務,並且負責為自己的上一層提供特定的服務,上下層之間進行交互時所遵循的約定叫作 "接口",同一層之間的交互所遵循的約定叫作協議。
協議分層就如同前端開發中的模塊化開發,它希望實現從第一層到第七層的所有模塊,並將它們組合起來實現網絡通信,分層可以將每個分層獨立使用,即使系統中某些分層發生變化,也不會波及整個系統,因此可以構造一個擴展性和靈活性都較強的系統。
OSI參考模型
OSI 參考模型將這一個復雜的協議整理並分為瞭易於理解的七個分層
應用層
應用層位於 OSI 分層結構的第七層,它是網絡應用程序及它們的應用層協議存留的地方。因特網的應用層包括許多協議,例如 HTTP,它提供瞭 Web 文檔的騎牛和傳送、SMTP ,它提供瞭電子郵件報文的傳輸和 FTP 它提供瞭兩個端系統之間的文件傳送。
在我們使用瀏覽器的時候,瀏覽器裡輸入 www.baidu.com 豬樣友好的端系統名字轉換為32比特的網絡地址,也是借助於特定的應用層協議即域名系統 DNS 完成的。
應用層協議分佈在多個端系統上,而一個端系統中的應用程序使用協議與另一個端系統中的應用程序交換信息分組,我們把這種位於應用層的信息分組稱為報文。
表示層
表示層位於 OSI 分層結構的第六層,它的主要作用是將應用處理的信息轉換為適合網絡傳輸的格式,或將來自下一層的數據轉換為上一層能夠處理的格式,因此它主要負責數據格式的轉換。
具體來說就是將設備固有的數據格式轉換為網絡標準傳輸格式,不同設備對統一比較溜解釋的結果可能會不同,它們會將接收不同表現形式的信息,如文字流、圖像、聲音進行轉換,壓縮,加密,或者打包。
會話層
會話層位於 OSI 分層結構的第五層,它的主要作用是負責建立和斷開通信連接(數據流動的邏輯通路),以及數據的分割等數據傳輸和相關管理。
傳輸層
傳輸層位於 OSI 分層結構的第四層,它在應用程序端點之間傳送應用報文層報文,在因特網當中,有兩種傳輸協議,它們分別是 TCP 和 UDP,利用其中的人一個都能運輸應用層報文。
TCP 向它的應用程序提供瞭面向鏈接的服務,這種服務包括瞭應用層報文想目的地確保傳遞和流量控制,即發送方/接收方速率匹配。TCP 也將長報文劃分為短報文,並提供擁塞控制機制,因此當網絡擁塞時,源抑制其傳輸速率。
UDP 協議向它的應用程序提供無連接服務,這是一種不提供不必要服務的服務,沒有可靠性,沒有流量控制,也沒有擁塞控制，傳輸層的分組也稱為報文段。
網絡層
網絡層位於 OSI 分層結構的第三層,它負責將稱為數據報的網絡層分組從一臺主機移動到另一臺主機,也就是目的地址。
在一臺源主機中的傳輸層協議 TCP 或 UDP 向網絡層遞交傳輸層報文段和目的地址,就像你通過郵政服務寄信件時提供一個目的地址一樣,網絡層確定的是主機到主機,而傳輸層確定的是進程到進程之間。
目的地址可以是多個網絡通過路由器連接而成的某一個地址,因此這一層主要負責尋址和路由選擇。
鏈路層
鏈路層位於 OSI 分層結構的第二層,它主要負責的是物理層面上的互連、節點之間的通信傳輸。
它會將 0、1 序列劃分為具有意義的數據幀傳送給對端(數據幀的生成和接收),它隻負責將數據運送給物理相連的六安段,並不負責直接發送到最終地址。
物理層
物理層位於 OSI 分層結構的第一層,雖然鏈路層的任務是將整個幀從一個網絡元素移動到臨近的網絡元素,而物理層的任務是將該幀中的一個個比特從一個節點移動到下一個節點,在這層中的協議仍然是鏈路相關的,並且進一步與該鏈路(雙絞銅線、單模光纖)的實際傳輸媒體相關。
它實際上就是將數據的 0、1 轉換成電信號或者光信號,通過光纖、雙絞線甚至是無線電波等介質傳輸到指定的地址以達到數據傳輸。
參考文獻
- 書籍: 圖解TCP/IP;
- 書籍: 計算機網絡原書第七版;
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