计算机网络模型及各层的作用和主要协议

计算机网络模型及各层的作用和主要协议

这题超纲了 柳筋
  2023-03-15 12:27:34 2023-03-15 12:27 创建   2023-06-23 14:40:30 2023-06-23 14:40 更新      3.4k 字  11 分钟  

前言

终于把操作系统的一些简单知识点看完了，虽然我不敢说自己操作系统这方面有多怎么怎么样，但至少比起一个月前的我好了太多了，以后慢慢补充遇到的一些OS的问题叭，从这篇blog开始，就开始我的计算机网络的学习叭，其实我感觉我对计算机网络的掌握程度还是不错的，毕竟有学过这门课，自我感觉还ok，但这次学习是更加细致，更加准确地去理解它，为了能在面试中对答如流，继续加油!

计算机网络模型

在了解计算机网络模型之前，我们需要知道为什么会要分层？

计算机网络分层的优点
  1. 各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口(即界面)所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了
  2. 灵活性好。当任何一层发生变化时(例如由于技术的变化)，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。此外，对某一层提供的服务还可进行修改。
  3. 当某层提供的服务不再需要时，甚至可以将这层取消。
  4. 结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。
  5. 易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。
  6. 能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明
分层应注意的点
  1. 分层时应该注意使每一层的功能非常明确
  2. 分层时应注意分层数量，若层数太少，就会使得每一层的协议太过复杂；若层数太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难
计算机网络分层的缺点

有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销

常见的几个计算机网络模型:

  1. OSI七层参考模型
  2. 五层模型
  3. TCP/IP四层模型

接下来简单介绍一下他们的区别

OSI七层参考模型

OSI七层参考模型即开放式系统互联。参考模型时国际标准化组织(OSI)制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系，一般称为OSI七层参考模型或者七层模型，它是一个七层扽，抽象的模型体，不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的一些协议

每一层具体的作用(从下往上)
  1. 物理层:主要定义物理设备标准，如网线的接口类型等，主要作用是传输比特流(由0，1转化为强电流和弱电流来进行传输，达到目的地后转化为1，0)，这一层的数据叫做比特
  2. 数据链路层:建立逻辑链接，进行硬件地址(MAC地址)的寻址，差错校验等功能。定义了如何让格式化数据以帧为单位进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。将比特组合成字节进而组合成帧，用MAC地址访问介质
    MAC地址

    在了解MAC地址前，我们先需要知道一个大家耳熟能详的东西，网卡

    网卡

    网卡是一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件，又被称为网络适配器或者网络接口卡。其拥有MAC地址，属于OSI模型的第二层，数据链路层，它使得用户可以通过电缆或无线相互连接。每个网卡都有一个被称为MAC地址的独一无二的48位串行号

    网卡的主要功能:

    1. 数据的封装与解封装
    2. 链路管理
    3. 数据编码和译码

    在知道了网卡是什么后，再来看MAC地址。

    MAC地址全称(Media Access Control Address),也称为局域网地址，以太网地址，物理地址或者硬件地址，是一个用来确认网络设备位置的地址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链路层则负责MAC地址，一台设备若有多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。只要不更改自己的MAC地址，MAC地址在世界上就是唯一的
    形象地说，MAC地址就如同身份证上的身份证号码，具有唯一性

  1. 网络层:进行**逻辑地址(IP地址)**寻址，在位于不同地理位置的网络中地两个主机系统之间提供连接和路径选择

    IP
    协议

    在生活中，我们也能随处可见「协议」，例如:
    1. 刚毕业时会签一个「三方协议」
    2. 找房子时会签一个「租房协议」

    生活中的协议，本质上与计算机中的协议是相同的，协议的特点:
    1.「协」字，代表的意思是必须有两个以上的参与者。例如三方协议里的参与者有三个:你、公司、学校三个;租房协议里的参与者有两个:你和房东
    2.「仪」字，代表的意思是对参与者的一种行为约定和规范。例如三方协议里规定试用期期限、毁约金等;租房协议里规定租期期限、每月租金金额、违约如何处理等

    IP协议

    IP协议是为计算机网络相互连接进行通信而设计地协议，在因特网上，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。

    IP协议实际上是一套由软件程序组成的协议软件，它把各种不同的帧(不同的厂家生产的网络系统和设备所传输的数据的基本单位的不同)统一转化位IP数据报格式，这种转换时因特网的一个最重要的特点，使得所有各种机器都能在因特网上相互通信，即具有”开放性”的特点。因此，IP协议也可以叫做因特网协议

    IP地址

    IP地址是指互联网协议地址，又称为网络协议地址。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，**它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址(不是真实的)**，以此来屏蔽物理地址(MAC地址)的差异

    IP地址是一个32位的二进制数(4个字节)，通常被分割为4个8位二进制数

    IP地址编码方式

    IP地址包括两个标识码:网络ID和主机ID
    同一个网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的主机(包括网络上的工作站，服务器和路由器等等)都有一个主机ID与之对应

    1. A类IP地址:IP四段号码中，第一段为网络号，其他三段号码为主机号(一般用在广域网)，例如IP:192.168.149.129，其中192就是网络号
    2. B类IP地址:IP地址四段号码中，前俩段为网络号，剩余两端为主机号(一般用于中规模的网络)
    3. C类IP地址:IP地址四段号码中，前三段为网络号，剩余最后一段为主机号(一般用于局域网)
    特殊地网址
    1. 每个字节都为0的地址(0.0.0.0)对应于当前的主机
    2. IP地址中的为个字节都为1(255.255.255.255)是当前子网的广播地址
    3. IP地址中凡是以”11110”开头的E类IP地址都将保留用于将来和实验使用
    4. IP地址不能以十进制”127”作为开头，该类地址中，数字127.0.0.1到127.255.255.255用于回路测试，如”127.0.0.1”可以代表本地IP地址
    子网掩码

    又叫做网络掩码，地址掩码，子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些标识的是主机的位掩码
    它的唯一作用就是将IP地址分为网络号和主机号，并说明该IP地址是在局域网上还是广域网上(子网掩码与IP地址相与)

  2. 运输层:定义了一些传输数据的协议和端口号，如:TCP(传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据)，UDP(用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，例如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的)。主要是将从下层接受的数据进行分段和传输，达到目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段

端口

分为虚拟端口和物理端口，可以认为是设备与外界通讯交流的出口
虚拟端口:指计算机内部或者交换机，路由器内的端口，是不可见的，是指TCP/IP协议中的端口，是逻辑意义上的端口，例如计算机中的80端口，21端口等等，如果把IP地址比作一个房间的话，那么端口就是这个房间的门，一个IP地址可以用2^16个端口

端口是由端口号来标记的，范围是0~2^16-1，每个端口拥有唯一的端口号，用于标识进程(不用进程号的原因是因为应用程序每次执行的进程号都不同)

  1. 会话层:通过传输层建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求
  2. 表示层:数据的表示、安全、压缩。主要是进行对接受的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等(也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够识别的东西，例如图像、声音等)
  3. 应用层:网络服务与最终用户的一个接口。这一层为用户的应用程序提供网络服务

五层模型

OSI七层模型其实并不常用，现在常见的都是五层模型，又或者是TCP/IP四层模型

与OSI七层模型相比，就是将应用层、表示层、会话层都合在一起为应用层

TCP/IP四层模型

  1. 应用层:应用层是TCP/IP协议的第一层，是直接为应用进程提供服务的

    1. 对不同种类的应用程序它们会根据自己的需要来使用应用层的不同协议，邮件传输应用使用了SMTP协议、万维网应用使用了HTTP协议、远程登录服务应用使用了有TELNET协议
    2. 应用层还能加密、解密、格式化数据
    3. 应用层可以建立或解除与其他节点的联系，这样可以充分节省网络资源

  2. 传输层:作为TCP/IP协议的第二层，传输层在整个TCP/IP协议中起到了中流砥柱的作用。且在传输层中，TCP和UDP也同样起到了中流砥柱的作用

  3. 网络层:网络层在TCP/IP协议中的位于第三层。在TCP/IP协议中网络层可以进行网络连接的建立和终止以及IP地址的寻找等功能

  4. 数据链路层:在TCP/IP协议中，数据链路层位于第四层。由于数据链路层兼并了物理层和数据链路层所以，数据链路层既是传输数据的物理媒介，也可以为网络层提供一条准确无误的线路

TCP/IP四层模型相比于OSI七层模型而言，更加简单高效，而且成本更低

TCP/IP四层中的协议

  1. 应用层常见协议:FTP(文件传输协议)、HTTP(超文本传输协议)、NFS(网络文件传输协议)、DNS(域名解析协议)
  2. 运输层常见协议:TCP(传输控制协议)、UDP(用户数据报协议)
  3. 网络层常见协议:IP(因特网互联协议)、ICMP(因特网控制报文协议)、IGMP(因特网管理协议)、ARP(地址解析协议)、RARP(反向地址解析)
    如果实在OSI七层模型中，RAP协议和RARP协议都属于数据链路层
  4. 网络接口层常见协议:PDN

结语

鼠鼠接下来会按照分层结构来梳理每个协议的一些知识点和常见面试问题，继续加油叭

  • 标题: 计算机网络模型及各层的作用和主要协议
  • 作者: 这题超纲了
  • 创建于: 2023-03-15 12:27:34
  • 更新于: 2023-06-23 14:40:30
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计算机网络模型及各层的作用和主要协议
  1. 前言
    1. 计算机网络模型
      1. OSI七层参考模型
      2. 五层模型
      3. TCP/IP四层模型
    2. TCP/IP四层中的协议
  2. 结语