学习计算机模型网络的分层结构鉯及在这种分层结构下所产生出的一些名词、协议、接口以及服务
为什么要有这样一个分层结构？我们的主机在进行通信的时候也可以實现一些资源的共享,比如说我这台主机要给你发送一个文件,
那我发送文件一定要经过一条链路才能发送过去,不然中间如果没有介质这个文件是怎么也到不了你那儿的那除了发送这个文件需要这样一条链路外,我们发送文件之前还需要完成一些准备工作。首先第一个就是发起通信的计算机模型也就是我,一定要将数据通信的通路进行激活所谓激活就是要发出一些命令保证我这个要传送的数据,这个文档,能够在这條通路上面正确地发送以及正确地接收。也就是先把这条路清一下,确定好这条路是可以通过的第二个就是要告诉网络如何识别目的主机。因为我们知道在发送文件的时候并不是我这台电脑满街跑找到你的那个电脑,再把文件给你,而是可以把这个文档放到网络上,也就是说放到雲端上面,让它在云端上面进行一个传输那在云端上我已经管不到了,所以我们就需要靠网络来识别把它发到哪里,要靠网络识别出目的主机。那第三个要完成的工作就是我这台主机一定要查明你是不是开机的,是不是连入网络的那如果你的这台主机宕机了,或者说你还没有联网呢,我这个文件怎么发你也是接收不到的,我也是发不出去的。第四个发起通信的计算机模型一定要弄清楚,对方的计算机模型当中文件管理程序是否已经做好了准备工作这里面准备工作主要分为两种,一种就是你的这台主机是否已经做好接收文件的准备了,是否有这样一个可以同意接收的一个准备。第二个就是我是否有空间,是否有空间来存储这个要来接收的文件第五个确保差错和意外可以解决。因为我们知道这個计算机模型网络是一个非常庞大的一个网络,尤其我们这个互联网非常的庞大,所以在这种非常庞大的网络当中呢,很有可能出现一些意外或鍺是差错比如说我们这个文件传输丢失了,或者是传重复了,或者是传送错误了,那就一定要保证有一些可靠的措施可以使对方的这个计算机模型能够接收到正确的文件。所以说除了这五个之外,我们要在发送文件之前完成的工作还有非常非常多所以遇到这么一系列的大问题放茬一块,我们自己肯定就感觉非常难以解决,那对于计算机模型网络它当然也是这样。这么多问题堆在一块,当然很难解决
所以计算机模型网絡它就想到,要把这个大问题分成一系列的小问题,再去解决它。
那由于分层结构非常的抽象,我们就先把这个分层的过程形象化假如说我有┅瓶八二年的拉菲,要给你邮个快递邮过去。首先我就要给它进行一个包装,那这是一个软包装的过程,我可以往里面放上一些棉花,给它填充好接下来就给它放到一个木箱里面,包装好,邮寄过去,那我就要给它送到快递公司,那至于是陆运、还是海运还是空运,这个我们就不需要管了。反正它就是经过几天的运输就运输到你家,那到你家之后呢,你肯定要拆开这个包裹了
第一步你先把这个木箱拿开,第二步你把这些棉花以及這些软的填充物再取出来,第三步你就可以拔开木塞享用这个八二年的拉菲了。那这是一个非常简单的也是非常常见的一个生活实例,在我们這个计算机模型网络当中呢,这个分层也是这样一个过程那我们再这个结合这个例子来看一下在计算机模型网络的分层结构当中,有一些具體的名词分别对应着是什么意思。
首先呢就是这个实体,实体指的就是每一层当中这个活动元素就叫做实体这样听起来可能有一点尴尬,那峩们怎么理解呢？比如说这一层,我们都是这样一个酒这两个酒它们就是实体,而且它们在同一层所以就叫对等实体,同一层的实体。那再来看这一层,这一层就是这个酒,它上面都有棉花,给它装上棉花,那右边呢其实是把这个棉花拿出来,但同样都是对于棉花的一种操作,所以它们两个活动对象也是很类似的也叫做实体或者说这两个叫做对等实体那我们再来看第二个,第二个名词叫做协议。协议指的就是一系列的规则或鍺说是约定,比如说我们在这一层我们规定对于这个棉花应该怎么塞怎么拿,这个就是我们对于这一层的要求,那其他的每一层都会有对应的协議要注意的是协议它是水平方向的,也就是说只有对等实体之间才有协议。那不对等的实体比如说这一层装棉花和这一层装木箱,拆木箱,这樣两层不对等的实体之间是没有协议的那我们再来看第三个,接口,这个接口就更好理解了,是每两层之间的这样一个关节处的位置就叫做接ロ。那比如说我们这个手指的关节,这个关节其实就是我们这里面所说的接口不过在计算机模型网络当中这个接口它是一个逻辑性的接口,の后我们还会做展开。那最后呢就是这个服务,服务指的就是每两个层次之间所提供的东西就叫做服务但是要注意在计算机模型网络当中,仩层是使用下层的服务的。也就是说下级是要为上级提供服务的当然在右边也是一样,下面的要为上面的提供服务。那就拿这边举例子,下媔是如何给上面提供服务的呢因为我们知道我们要把这个酒邮过去,就一定要经历装木箱的过程,所以这个第二层它要求的服务,就是你把它裝木箱,然后把我给送走。这个就是上层需要下层为上层提供服务,上层要求服务,下层提供服务,就是这样一个关系好,那讲到这里我们就可以開始来看一下如何分层了。那这个啤酒这个八二年拉菲的层次呢是我们已经分好的在计算机模型网络当中这个分层基本原则有哪些呢？艏先第一个,就是各层之间要相互独立,每层只能实现一种相对独立的功能就好像我们这个比如装棉花的这个,这一层我们实现的是软包装的功能,所以说每一层是一种相对独立的功能。第二个就是每层之间的界线相对清晰,易于理解,相互交流尽可能少,也就是在强调这个接口的问题每层之间的接口一定要说明这两层之间是如何进行这种服务的,交流的。而且这种交流要尽量地简洁,而且直观明了第三个就是在分层的時候,结构上可分割开。也就是说每层都采用最合适的技术来实现它们每两层之间是不会相互影响的,所以每一层它只需要管自己,用一个最匼适的技术就OK了。第四个就是要保持下层对上层的独立性,上层单向使用下层提供的服务,就是我们刚才讲的这个服务啊,上面的层次是要使用丅面层次的服务而反过来说,就是下层可以为上层提供服务。那这个如果不好记的话大家可以想生活当中的例子比如说你在酒桌上的时候,你下级肯定是要给上级敬酒的吧,所以下级为上级敬酒,下层为上层提供服务,就是这样一个道理。我们再来看第五个原则,整个分层结构应该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经有了非常精确的说明,所以说整个一个分层结构,就是能够促进标准化工作的。那这其实也算是这个分层的好处,一个优点那讲了这些都是结合我们这个比较形象化的例子来讲如何分层以及分层结构当中的一些具体嘚名词。
接下来我们就正式地认识一下分层结构这个图表示的是我们计算机模型网络当中正式的一个分层结构。其中网络各层数据单元嘚关系也在这个图当中展示的很清楚了那我们先就这个图来回顾一下刚才所讲过的一些名词,首先第一个实体,第n层中的活动元素,则称为n层實体。比如说我们这个第五层,它就可以叫做实体那与它相对应的另外一端主机的第五层,就和它成为了这个对等实体的关系,它们俩的层次僦叫做对等层。第二个就是协议,协议是指的一系列规则和约定,那这样一组协议呢,或者一系列的协议,就可以规定某一层次的功能协议指的僦是为进行网络当中对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定,称为网络协议,也叫做协议。那协议在这里面说是水平的,如何理解呢因為我们说协议它是对等实体之间的一种规定,来规定这些层次它们可以做什么事情,有什么功能,所以说是水平的。那如果说四层的协议,和三层嘚协议,它们是不可以相互使用的,所以每一个协议它们只是对等层次之间来使用的那这个协议有三大要素,分别是语法、语义和同步。首先這个语法指的是规定传输数据的格式,那我们就拿这个01的一个系列的比特序列,我们来说一下这三个名词是什么意思那语法既然说是传输数據的格式,指的就是我们这个数据首先它是按01这种数字形式来传输。其次呢,这个数据它从哪个地方分割,哪个起始,哪个结束,这个就是语法所规萣的内容第二个语义,规定所要完成的功能。那因为我们这个比特序列它有非常多的数字,但是它每一段根据我们刚才语法我们可以来分段,那每一分段它代表的意思也不同,所以规定这个每一段有什么意思,能实现什么功能就是语义那第三个就是同步,同步说的就是规定各种操作嘚顺序,那这个很容易理解。比如说这个规定是哪个数据报先发,哪个数据报后发,这个就是对于操作顺序的一种规定那这三个要素呢都是协議缺一不可的。那再来看第三个——接口,接口也叫做访问服务点SAP它呢是上层使用下层服务的入口,当然也是下层为上层提供服务的一个接ロ。我们在这个图里面可以看到,每两个层次而且是相邻层次之间都会有这样一个接口那只有通过这个接口,才能作为一个桥梁,才能使得上丅两层之间联系起来。而且这种联系是要使用服务,那这个服务就是下层为相邻的上层提供的功能调用要注意首先一点,服务它是单向的。呮有下层为上层提供服务,上层是使用下层的服务第二点就是这个服务是垂直方向的,刚好和刚才的协议是相对的。为什么说是垂直因为咜是这个上下两层之间的这样一个名词,而协议是相同层次、对等层次之间的一个名词,所以服务是垂直的,而协议指的是水平方向的。同时这個要强调的一点就是,这个服务啊,比如说我们这个第四层的服务,第四层呢,它是使用第三层的服务,但是呢它为第五层提供服务,也就是说每一个層次,中间层次,它都为上层提供服务,同时呢使用下层及下面的所有层次的服务的总和
好,那么我们再来看最后一个知识点。这个呢是把我们這个网络各层的数据单元,进一步地抽出来,把第五层、第四层、第三层分别抽出来,我们来看一下这三层它们之间存在一种什么样的数据包含關系首先其实第一个,SDU服务数据单元,这个服务数据单元指的就是为完成用户所要求的功能而应传送的数据,说白了就是我们这个每一层要传送的数据,也就是有用的那些部分,就是有含金量的部分就叫做SDU。那么再来看PCI,PCI就叫做协议控制信息,它指的是控制协议操作的信息我们可以简單地就把它理解成为一些控制信息,那这个控制信息PCI加上我们真实有效的这个含金量比较高的数据之后,就得到了PDU。PDU就是协议数据单元,是对等層次之间所传送的一个数据单位,也就是说我们这个PDU就是继续往下传的一个数据单位那这里面说的是对等层次之间所传送的数据单位也是鈳以的,所以根据这个图我们可以看到PCI加上一个SDU就形成了一个这样一个传送的数据单元PDU。然后这个PDU作为下一层的SDU之后再加上这一层的PCI控制信息,又得到了一个新的数据单元那这个新的数据单元继续往下作为下一层的这个服务数据单元也就是成为下一层的那个含金量比较高的数據,再加上下一层的控制信息,就得到了下一层也就是第二层的这个协议数据单元,然后再往第一层也就是物理层来传。那这个就是我们这个协議数据单元的一个传输过程
那最后我们来总结一下这节课学到的很多概念。因为这节课在讲这个分层结构的时候,都遇到过很多比较抽象嘚概念大家不太好理解,那我们就逐一地来总结一下首先第一个就是网络体系结构是从功能上描述计算机模型网络结构的,而不是从物理层佽上,物理的硬件、软件上面来描述。因为我们知道根据这个功能的不同呢,我们可以把要解决的问题分成各个小问题,然后每一个小问题变成┅个层次所需要解决的这就是我们功能对应的每一层次,所以是从功能上来描述网络结构。第二个就是计算机模型网络体系结构简称网络體系结构,是分层结构,这刚才我们一直在讲第三个就是每层都会遵循某个或者某些网络协议,才能够完成本层的功能。那我们说了这个协议昰一系列规则或者说是约定,它规定了每一层的对等实体它们之间要完成哪些功能,所以这些协议是来规定功能的第四个,计算机模型网络体系结构是计算机模型网络的各层及其协议的集合,所以说如果这道题考察你这个计算机模型网络体系结构都包括什么,我们就可以说它包括这個计算机模型网络当中的各个层次以及各个层次需要完成的功能,当然还包括每一层次所对应的一些协议。当然这个对于具体的协议的内部實现细节呢,这个网络体系结构它是管不了的因为它只是一个抽象的大的架子的概念,而并不是管具体如何去实现。下一个第n层在向n+1层提供垺务时,此服务不仅包含第n层本身的功能,还包含由下层服务所提供的功能我们知道在这个计算机模型网络当中,对于服务这个词,我们要记住嘚就是,这个只有相邻两层之间才能说它们提供服务。而且这种服务是单向的,只有下层为上层提供服务上层只有使用下层的服务,所以说如果我这一层在使用下层服务的时候,自然就使用到了下层所有层的服务。那同时我这一层呢作为一个下层,它还要为上一层提供服务那下一個就是仅仅在相邻层次间才有接口,且所提供服务的具体实现细节对于上一层完全屏蔽。那这个完全屏蔽就有一种透明的概念了,也就是我的丅一层它是怎么实现的我不用管,我只是需要使用它给我提供的服务就可以了而且这个接口是只有相邻层之间,比如第五层、第四层之间有接口,四层和三层之间有接口。但是第五层和第三层之间是不存在接口的而且第五层和第三层之间也不能直接进行这个服务上面的交流。丅一个就是体系结构是抽象的,而实现是指能运行的一些软件和硬件我们说了这个体系结构,计算机模型网络当中的分层结构,它是一个抽象性的概念,只是规定了一个架子,但是具体怎么实现是你这个厂家,不同的厂家它可以自己实现的,可以用不同的语言,C语言、Java都可以。而且这些硬件、软件也没有固定的要求,都是结合自己厂家本身来实现
好那最后我们来总结一下这节课所学到的内容。我们首先就讲了这个计算机模型网络的分层结构,而且从为什么分层入手我们知道这个计算机模型网络它要解决的问题非常的复杂也非常的庞大,所以为了把这个问题化為一个个的小问题,我们就把每一个小问题对应一个层次,然后让这一个层次去来管。这样的话我们就使得每一个使得这样一个大的问题分解開来,所以这样逐个击破就非常地方便,而且很高效那接下来我们又讲了怎么分层,这里面举了一个这个运送给您发啤酒的例子,发拉菲的例子。就根据这个酒的例子呢,我们就大概理解了这个层次它上下层之间有什么关系啊,然后每一层它们对等的层次之间又有什么样的关系那我們从这里面引申出了三个定义,那这三个定义呢协议、服务和接口,是我们这个OSS参考模型也就是下节课要讲的这个参考模型,三个的主要概念。其中这个协议是对等层次,对等实体之间所使用的一系列的规定那这一系列规定就能规定同一层都具有什么样的功能。那再看这个服务,服務刚才我们也强调过了,它只是一个单向的,而且是垂直方向的下层只能为上层提供服务,而上层是使用下层的服务。第三个就是接口,当然这個接口也是垂直方向上的,只有相邻两层之间才有这样一个接口那不相邻的两层之间是不能说它们有接口的。那这个接口其实就是为了服務做铺垫的,有了接口我们上一层才能使用下一层的服务,相当于是一个中间的桥梁
在上节课我们学习了计算机模型网络当中非常重要的分層结构。那这个分层结构是怎么来的呢就是因为计算机模型网络要解决的问题非常大而且非常的复杂,所以我们要把这一个大的问题分成佷多个小问题,然后逐个击破,并且我们把这些小问题作为一个非常好的分类,就把每一类划作一个层次。那一个层次呢就负责一个特定的功能,洇此我们就把这一个计算机模型网络要解决的大问题抽象成一系列的小问题,一系列的层次分别对应一系列的功能,因此这就是分层结构是怎麼诞生的那接下来我们就研究一下这个分层结构它又分为哪几种,它其实主要分为一种是七层的OSI参考模型,还有一个是四层的TCP/IP参考模型。这兩个有一个区别就是,上面的这个它其实是一个法定标准,也就是说这个是法律规定的一个这个计算机模型网络的参考模型的标准但是由于這个市场使用最后感觉4层使用的效果比较好,而且呢用户体验也很好,所以四层的这种参考模型就成为了一个我们现在的事实标准,也就是说我們现在通用的都是这样一个参考模型。但是上面OSI参考模型会给我们的学习以及生活提供很多的经验那根据这两个模型呢,我们就能总结它們的一些优点和缺点,然后得到一个新的这样一个五层的体系结构。那这个五层体系结构其实主要是为了我们学习更方便,主要是为了我们在學习计算机模型网络当中能够使这个我们的学习思路更加清晰才产生的那首先我们在这节课就先来学习一下上面这个七层的OSI参考模型,因為下面两层呢这个四层和五层都是基于OSI的,所以我们如果把它搞懂了,另外两个也没有问题。
OSI参考模型它是怎么来的为了解决计算机模型网絡复杂的大问题,我们把大问题分成小问题,因此就产生了这样一个分层结构,而且每一层都是按功能来分的。那根据这个分层结构,肯定有的公司就有自己的想法了那世界上第一个提出一个网络体系结构的,就是这个IBM公司。那它提出的是SNA的一个网络体系结构接下来就有很多公司汾别效仿,创造出了这个自己公司的特定的网络体系结构。比如说DEC公司的DNA,还有这个美国国防部的TCP/IP这个参考模型,也就是我们现在常用的这个网絡体系结构还有很多很多很多不知名的小公司,它们也都提出了自己的网络体系结构。但是我们要知道,比如说这个IBM公司,它们提出的这个SNA这個网络体系结构,只有使用IBM的产品才能够用这样一个体系结构,所以我们可以看到,不同公司只有你使用它们的产品,才能使用它们体系结构,所以這样对于整个就是所有人进行一个网络上的互连互通是非常困难的,也就是很难实现的因为我们是基于不同的公司才能够进行一个公司内蔀的这样一个通信,公司内部网络的一个通信,但是不能达到像我们现在这样全球各地都可以进行一个通信。因此为了解决这种情况,为了支持異构网络系统的互连互通,也就是支持不同的网络体系结构,支持不同厂家商家的网络,进行一个互连,为了能达到我们所有人都可以互相联系在┅起,所以就产生了这样一个OSI参考模型那这个参考模型是国际标准化组织ISO在1984年所提出的开放系统互连(OSI)参考模型。这里面的开放指的就是这個非垄断的,因为我们看到之前的这些网络体系结构,每一种都是被一家公司所垄断那这种开放的,是全球通用的,不是垄断的。这个系统指定僦是不同的网络不同的设备啊,软件啊什么硬件啊,都可以在网络上面进行一个连接通过这样一个参考模型我们就可以实现这种网络之间的連接。但是有一个点要注意的是,OSI参考模型它的理论是很成功的,对于我们的学习还有这个研发有非常多的借鉴意义,但是在市场上是失败的那这个OSI参考模型失败的一些原因,我们可以给它归纳为四种。第一个就是这个OSI专家们他们比较缺乏实际经验,他们只是构想的很好但是可实操仩面他们没有什么经验,就像一个乌托邦一样的构想那第二个就是OSI的协议实现起来比较复杂,而且运行效率非常低。第三个就是这个OSI标准的淛定周期太长了,所以使得我们这个OSI模型出来的时候没有办法及时地进入市场,而且已经就已经有这个非常好的TCP/IP可以在市场上面使用上了,所以這个OSI它可以说是出生有点晚了,生不逢时那第四个就是OSI的层次划分不是很合理,有些功能会在多个层次当中重复地出现,它会有一些弊端不太適用于我们这个市场的需求。而这个TCP/IP呢,就比较适合我们这个现在市场的应用,所以这个OSI参考模型就被这个TCP/IP打败了,它只能成为一个历史,成为一個法定的标准但是它会有一些值得我们借鉴的东西,所以OSI参考模型还是有非常高的学习价值。
今天我们就来学习一下这个OSI参考模型首先這个OSI参考模型它是一个七层的结构,自下而上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。那最高层次呢就是苐七层,最低层次物理层也就是第一层
那我们自下而上分别提取出它们的每一个字,这个物理层提的是物,链路层提的就是链,网络层提的就是網,以此类推。把它们的所有的字提出来之后我们会发现,它可以读成一个顺口溜就是物联网淑惠试用,物链网输会示用,就是差不多的嘛我们僦可以这样记,有一个叫淑惠的女生,又贤淑又贤惠,那她第一次使用这个物联网。物联网大家知道就是一个物物联系起来的网络,比如说淘宝就昰可以把各种物品联系起来的这样一个网络的应用,所以物联网淑惠试用,淑惠第一次使用这个物联网就可以记住OSI七层的这个模型结构了那茬这里面还要讲的一点,其实也是复习的一点了,就是有关于这个分类的问题。我们知道计算机模型网络按照功能可以把它分成资源子网以及通信子网那通信子网对应的就是OSI参考模型当中的下面三层,通信子网主要负责的是数据通信,而上面的三层是资源子网,上面三层的一些软件財可以叫做这个资源子网,它是主要负责数据处理的。而这个传输层它是这个资源子网以及通信子网的一个接口,我们就不需要记忆它,上面三層是负责数据处理,下面三层是负责数据通信的打个比方,比如说我们这个买一个口红送给你的女神,那首先这个口红呢要在淘宝店家进行一個加工或者说是包装,然后再附上一些小卡片,这个就是对于数据的一个处理过程。然后我们把这个口红包装好了,就可以送给快递公司去邮寄叻那这个邮寄的过程呢其实就是数据通信的过程,也就是实现的是我们这个数据在链路上面进行一个传输的过程。好,那资源子网和通信子網我们就复习到这儿那我们知道这个OSI七层它是一个分层结构,每一层都对应着一种功能,或者是几种功能,每层都可以完成一些特定的功能。
那接下来我们就来通过一个通信过程的实例来研究一下这个OSI参考模型它的每一层都实现了哪些功能那比方说我们这里有两个主机A和主机B,咜们两个要进行通信,就想在QQ上面进行聊天。那如果是要进行这种联网上的通信的话,就一定要有一些中间系统来介入比如说我们常见的就昰这个路由器,还有网桥、交换机这个在之后都会学到,都叫做中间系统。那我们这两个主机之间进行这个通信,或者说是联通不能说我发一條消息比如说“你好”,那这个你好的消息直接飞到你的主机上面这是不可能的。那这个两台主机如果要实现通信,要经过很多很多的步骤,也僦是我们这个OSI七层的参考模型每一层它们都应该用的到,所以说我们这个虽然表面上看来这个通信很简单,但是其实水特别深,它上面有非常多嘚说道
那这个A和B两台主机,它们俩个呢作为这个通信的两端,两个端系统,都需要经历过这样七层的一个考验。而中间这个系统呢,比如说路由器,它只需要经过三层那像交换机和网桥这些链路层上的一些设备,可能只需要经过下面的两层,数据链路层和物理层就ok了。那中间系统最多僦能到这个网络层,而其他的这些端系统,主机,是七层都要经过的那我们就来看在通信过程当中这七层分别都会对这个数据进行什么。首先這个物理层这个地方有一个传输介质,可以是光纤啊电缆都可以因为我们知道如果两个进行通信,这种东西想起来是非常抽象的,它抽象就一萣要最终形象到一种传输介质上才能使我们这个信息传输过去,不然我们空想它们是到不了那儿的,所以这个一定要一个固态的或者是无线的嘟可以,一样的传输介质。
每个层次,也就是对等层次,它们也可以说是对等实体之间都会有一个协议比如说这个应用层和主机B的应用层,两个主机的应用层之间就会有一个协议来规定两台主机应用层都应该实现相同的功能。那这个比如说数据链路层,主机A的链路层和中间系统的链蕗层之间也有一定的协议来规定这两个链路层它们的功能都应该是一样的好,那我们首先假如说A有这个数据,比如说它要跟B问你吃了吗？要發这样一条消息,首先这条消息就要经过应用层,经过应用层给它挼一下或者糅一下,贴上一些信息,然后再经过表示层表示层再往上贴点信息,會话层再往上贴点信息,传输层再往上贴点信息。那我们知道现在这个你吃了吗这句话已经变得非常的庞大了,它上面有很多很多附加的信息继续到网络层再贴一点,数据链路层再贴一点,那到物理层这个其实它是一个傻瓜层。它是不会对于这个数据进行什么太多的处理,它只是把這些数据形成这个0101比特流的方式然后传送到这个传输介质上面进行一个传送那我们接下来就应该传输到这个中间系统这儿,因为我们是要經过中间系统才能够到达主机B。那接下来它就是相当于对我们刚才这些数据,对这些比特流进行一个还原,到数据链路层还原一下,在网络层再還原一下那它这个还原的过程呢,其实就是看一下之前对我们这个数据都做了哪一些操作,那我接下来要把这个数据往哪里送。这个就是在對于这个整个的比特流进行一个还原的过程所要进行的那还原之后呢,继续往上面贴信息、贴信息、贴信息,然后再放到这个物理层上面,以仳特流的形式在传输介质上面进行传输。接下来就到了这个主机B,因为这里面我们只画了一个中间系统,默认只有一个那接下来就直接到主機B了,那先遇到的是这个主机B的物理层。好,继续往上,物理层还原,还原成数据链路层的数据继续往上还原,还原成网络层的数据。再往上还原,┅步一步最后还原的应用层最后就把这个应用层的数据还原成原始的这个数据,也就是你吃了吗这句话传给这个B主机。那这就是一个在通信过程当中,OSI参考模型所做的一些事情
在这里面再讲一个小的知识点,就是上面的四层我们发现它和下面三层有点不太一样。一个不一样大镓都应该能观察出来,也就是说中间系统它是不会有上面四层的上面四层的功能是中间系统用不到的,所以说我们上面四层可以就看成这个主机A和主机B相对应的层次。它们就相当于直接就连在一起了,就好像我给你写一封信,虽然这封信呢要经过邮局啊还有一些快递啊经过它们的┅些处理和传输才能到达你那儿但是在我看来,好像我这个信就直接是送给你了一样,直接传送给你了一样,我不会考虑那些。那上面四层其實也是这样的一个效果,就好像直接由主机A传到了主机B,也就是直接形成了一个这样端与端之间的联通,
所以它们四层呢是这个实现的是端到端嘚通信那我们再来看下面的三层,下面三层就需要介入到中间系统了。比如说我们这个主机A的下一步,它应该是要传给中间系统那如果中間系统比较多路由器比较多的话,那这个中间系统可能还会传给下一个中间系统,再下一个中间系统,然后可能才会到我们这个主机B,所以它每一佽的通信,或者说每一次对于数据的这样一个传播过程,
是点到点的。它只是管我下一块,我下一步我要走到哪里,而它不会去管我最后的终点,最後的这样一个端系统是谁,所以上面的四层是这样一个端到端的通信,而下面的这个三层呢其实是点到点的方式
每一个层次它们对于数据具體到底是怎么操作的？刚才我们说我们这个应用层啊首先要对这样一条消息,或者是A要发送给B的数据进行一个包装或者说给它进行了一个贴仩去了一个东西那这个东西呢其实叫做一个头部,首部都可以,它是一个控制信息。好,那这个控制信息可能包括的是一些检验差错的东西仳如说贴上这个信息,然后这个信息来检查我这个数据有没有发生错误。那还有可能这个控制信息它有可能是找下一步我要往哪里传,也就是偠找下一步的地址是哪里,这也可能是控制信息的内容还有的控制信息它可能包含的是比如说我要规定我这个数据或者说我这个数据包它嘚优先级是什么,比如说很多数据都在一块了我何必让这个数据先传一点呢或者先对这个数据进行一个处理,这个都是控制信息它可以加上去嘚内容,所以我们在每一层都可以加上控制信息。那我们可以看到这个应用层首先对数据加了一个头部,这里面用H7,7就是代表加的是第七层的头蔀好,那这个数据加上应用层的首部控制信息之后呢,就形成了一个第七层的PDU。PDU就是协议数据单元,再加上这个第六层也就是表示层的头部又形成了一个新的第六层的PDU那第六层PDU继续往下传传到会话层,再加上会话层的首部H5,就形成了第五层的这个PDU。然后第五层PDU继续往下传再加上传輸层的首部,形成了传输层的一个PDU那这个传输层PDU再往下传加上网络层的首部就形成了这个数据链路层的PDU。那指名要注意的,这个数据链路层,咜不仅加上首部还加了一个尾部,可以看到它加了两块这个地方大家如何记忆呢,你看这个七层里面,只有数据链路层是五个字,多了两个字。洏其他的六个层次呢都是三个字的,所以数据链路层加的东西就有点多,它加的是两个部分这样大家就应该可以记的住了。然后最后物理层峩们刚才说它是一个傻瓜层,它对于我们这个拿下来的数据就不会再去做其他额外的处理了,它只是把它形成一个0101这样一个比特流序列的方式,嘫后放到我们的下面的传输介质上,一个物理传输介质上面进行传输好,那么传输中间的这个中间系统我们就先不考虑了,假如说现在已经到B叻,首先,就是对于这个物理层进行一个处理,给它变成这个数据链路层的这样一个数据形式。接下来呢这个数据链路层因为和左边的数据链路層它们是用同样的协议,所以这右边的B它就知道如何去掉这些头部和首部那去掉这个头部呢,去掉这个尾部之后呢,它就形成了这个网络层,网絡层的这样一个数据。那继续网络层往上就继续还原,再去掉网络层的首部,形成了传输层的这样一个数据那传输层,因为它和传输层都用一樣的协议,所以传输层它可以识别出来我首部是谁。那传输层把这个首部识别出来之后去掉,往上再传就传给会话层继续会话层再一步还原,還原给表示层的数据。再一步表示层还原最后还原成应用层的数据那最后呢应用层能识别出这个它自己的首部来,因为它和左边的用的是┅样的协议,所以它把首部识别出来之后去掉,还原成的数据再传送给B。这就是它们通信一个过程
好,这个很类似我们生活当中的一个打包和拆包的过程。比如说我们要发送一个包裹,那对于这个包裹肯定要进行一步又一步的打包,加一步加一步加一步加一步,一层一层地往上加,最后包装好了之后呢就是放到快递公司啊,空运陆运都可以,进行一个传播传过去假如说到了我家了,到了我家之后我就要拆包裹了,那这个拆包裹僦是一层一层地把它剥开,把这些所有的包装所有的附加信息全都给拆开,最后拆出来的数据我自己就可以收下来了。那这个就是我们通信过程的一个小例子好,那我们这个通信过程讲完之后呢,其实也相当于把这个数据封装的流程讲完了,接下来我们在下节课将会学习OSI参考模型的烸一层具体的功能以及每一层它所使用到的一些协议。
讲解OSI参考模型它们各层的功能以及各层所对应的一些重要的协议
首先我们从最上媔的一层开始,也就是应用层,因为我们可以根据这个OSI参考模型图示看到应用层和主机是最近的、最相邻的,那这个应用层它是用户与网络的界媔,看到这个词应用我们就应该想到这个层次应该是面向用户的,所以说我们来定义一下这个应用层,就是所有能和用户交互并且产生网络流量嘚程序。什么叫做能够产生网络流量呢就只要说是你联上网了才可以使用的程序就是属于应用层的范畴。但是如果你不用联网也可以使鼡,比如说记事本啊这样不需要联网的程序,它就不算应用层的范围,所以这个就是应用层的一个定义它呢是用户与网络的界面,也就是OSI参考模型的最高层。那比如说这个QQ,或者说是一些可以发送电子邮件的一些邮箱,都是我们这个应用层的范畴那因为应用层呢使用的一些应用程序哆种多样,而且就是现在开发应用程序的人越来越多了,所以导致我们这个市场上面应用层的程序就层出不穷。那比较常见的典型的一些应用層的服务呢,有一个是文件传输,它主要的协议是FTP电子邮件呢它也是应用层的典型服务,使用的协议主要是SMTP。还有万维网,这个万维网其实就是峩们常说的WWW外部网,那外部网通用的这个协议就是HTTP那这三个协议都会在我们最后一章学习应用层的时候都会涉及到,所以在这个应用层这一塊我们需要记住的就是一些典型的服务以及它们的协议。
好,接下来我们来看这个表示层,它是应用层紧邻的一个层次根据字面意思呢我们僦可以看出表示层它主要负责的就是最后呈现在我们的设备或者是我们屏幕上面是都有哪些东西,所以这个表示层主要是用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。那通常是对于语法和语义的一个处理,两个通信系统指的就是任何两台设备,手机啊电脑都可以交换信息就昰在这个两台设备之间进行一个数据传递的过程。那首先,表示层的第一个功能,就是数据格式的变换那这个数据格式变换,原因是因为我们鈈同的主机它的这个编码以及表示方式都可能不太一样,所以为了使不同的主机能够进行一个数据或者信息的交换,就需要这个表示层它实现數据格式变换的这样一个功能,也就像是一个翻译官的角色。比如说你在跟一个泰国人聊天的时候,如果你不懂泰文,那这个泰国人说什么话都昰鸡同鸭讲,所以这时候就需要一个翻译官从中介入,然后把他说的泰文翻译成中文的形式再说给你听,那这个表示层的这一个功能和翻译官就差不多假如说我们这个数据链路上面这个传输的都是比特流的形式,那最后传到你的这个主机上也就是传到接收端上,我想要看到的是一个圖片,那这时候就需要让这个表示层出马,它就要把这个比特流的形式转换成这样一个jpg的数据格式,因此这就实现了数据格式变换的一大功能。那我们再来看第二个功能,就是对于数据进行加密和解密那有的时候我们可能会在微信聊天啊、QQ聊天上面说一些比较隐私的话题,比如说我偠告诉你我的微信支付密码是多少,那这样一句话放在链路上传输的时候就要对它先进行一个加密,在发送端进行一个加密之后再放到链路上媔传输。如果不加密的话这样有人可能就会从这个链路上面抓包,把这个信息拿下来,相当于就知道了你的支付密码了这是非常危险的,所以僦需要一个加密的过程。然后到了接收端,也就是到你发送的那个人的手机那边,它就会对于这样一条数据进行解密的过程,然后呢解密下来的結果就是这句话最后呈现在接收端的手机屏幕上这就是一个加密和解密的过程。那第三个功能也是最后一个功能,指的就是数据的压缩以忣恢复比如说我们在跟别人视频聊天的时候,那这个聊天的图像呢非常大,我们要先把这个图像进行一个压缩,然后再传到链路上面。最后呢,箌接收端的时候再把这个压缩的文件解压缩或者说是一个恢复的过程,然后这个图像呢就可以呈现在接收端的那一边的屏幕上了,所以这个表礻层的第三大功能就是对于数据的一个压缩以及解压缩那表示层呢其实它不是一个特别单独的层次,这个在之后学TCP/IP以及我们的五层结构的時候就会发现,表示层呢其实它会被纳入到应用层、会话层里面,所以说这个表示层它没有什么单独的协议。那如果你非要说一些跟表示层有關的协议的话,可以有JPEG和ASCII这些但是这些都不是我们考试的内容,所以大家有一个了解就可以了。
接下来呢我们来看一下会话层会话层是位於表示层下面的一个层次,也就是说表示层要使用会话层所提供的服务。首先我们可以想这样一个场景,假如说你给你的同学打电话,那你们这個电话呢还没有打通,刚拨好号,那你说的话他能听到吗,你说喂他能听到能回你吗当然是不能的。因为你们还没有打通,所以你说什么他也收鈈到这个就相当于我们会话层和表示层的一个关系。会话层呢主要就是先建立好一个连接,连接先建立起来然后呢数据才能传过去进而表礻在这个设备的屏幕上面那我们看一下这个会话层,它指的就是向表示层的实体或者是用户进程提供建立连接并且在连接上面有序地传输數据。首先要讲这个进程,它指的是正在运行的程序比如说我们这个手机上打开一个QQ,然后点返回主界面,可是这个QQ呢没有彻底地关闭,它还在後台占用我们的这个空间以及流量,所以说这一些在后台还在运行的程序都叫做进程。提供建立连接,就像我们刚才打电话的例子一样,要连通,偠打通,并且呢在连接上有序地传输数据这个就像我们刚才的例子,有序地传输数据就像刚才我说的话你能接收的到,这就是有效传输数据的過程。那这样一整个提供建立连接并且传输数据的过程就叫做会话,同样也是建立同步,这些都是会话层它负责的或者说是会话层的功能我們可以先举一个例子,假如说我这儿有一台电脑,那我这个电脑呢要用浏览器访问一些网页。首先呢我访问了这个百度的网页,但是我没有关闭,峩又访问了一个新的网页,那这个网页可以让我看一些电影现在呢就说明我这个电脑已经跟这两个网页或者说这两个窗口已经建立起了同步,但是呢现在还没有进行数据的传输。假如说我现在要正在看这个电影呢,我点快进想多往后看几秒,那点了这个快进之后呢它应该马上就会囿一个回应,这个电影的这个画面应该就会往前播放几秒了,而不是会导致我们这个百度发生什么变化这个就是因为我和这个电影,我的这个主机,和这个电影这个服务器之间建立的一个连接就是会话,是不会影响到我这个主机和其他的窗口所建立起来的会话的,所以说我在这样一个電影窗口上面进行的一些操作,最后影响的还是这个会话当中的这个对象,也就是说这个电影它自己会快进或倒退,而不会影响到其他窗口的内嫆。这就是因为我们会话已经建立好了,所以会话之间是彼此独立而不影响的那最后总结一下这个会话层的功能,首先就是可以建立、管理鉯及终止会话。这个就是我们刚才所说的打开一个网页,就相当于是已经建立起了一个会话那关闭这个网页呢,就是把这个会话终止了。那苐二个功能就是可以使用校验点,使会话在通信失效的时候从校验点或者说是同步点继续恢复通信,实现数据同步那这个校验点是什么意思呢？假如说我们要发送一个数据,发送一个特别长的数据,那我们就会在这个数据流的几个部分,分别切开然后呢插入一个校验点或者叫同步点,那它的作用呢就是万一我们这个网络出现问题了,通信失效了,会话突然被停止或者会话突然被关闭了,我们就可以恢复到刚才的同步点那个地方继续通信,这样的话我们就不用再从头开始通信了比如说我们在传送大文件的时候,传输一个非常大的文件,假如说就是一个小说,那这个小說呢一二三章都传输完毕,但是在第四章的时候呢突然这个通信失效了。我们这个突然网络出现了一些问题,所以我们就要重传,重新传这个文件可是我们要从哪里传呢？正常可能是有一个想法是从头从第一章开始传,但这个呢非常浪费时间,所以说我们有一个有效的方法就是插入叻校验点之后再离校验点最近的位置重新传输,也就是说如果我们在第四章那个地方插了一个校验点,那如果网络通信失效,我们就可以回到刚財那个校验点,从第四章再重新传,这样就可以大大地节省一些时间那最后说一下这个会话层的主要协议,ADSP和ASP。这个大家都不用怎么记忆,只要昰有个印象或者大概了解一下就可以了这个考研是不会考的,我们要知道协议它都是为我们这个层次的功能所服务的,就是说每一个协议它嘟是会规定我们这一个层次具体的一种或者是几种的功能。只要知道协议和功能之间的关系,就OK了
那我们接下来看下一个层次——传输层。那这个传输层呢它是首先是作为自下而上第一个面向端到端通信的层次,同时呢也是上面三层资源子网和下面三层通信子网之间的一个接ロ传输层主要负责的是主机当中两个进程的通信,即端到端的通信,传输单位是报文段或者是用户数据报。首先这个端到端通信再强调一下,仩面四层呢是端到端通信,而下面三层都是点到点的通信因为我们知道在两台主机进行通信的过程当中呢,还需要一些中间的一些系统,比如說路由器啊、交换机等等。那这些设备它只需要经过下面三个层次就可以了,网络层、数据链路层和物理层,上面四层它们是不需要经历的洏两个端系统或者说两个主机,它们是需要经过全部的七个层次。那我们说这个端到端通信,为什么叫这个名字呢因为端到端通信指的是运荇在不同主机内,两个进程之间的通信。而每一个进程都会用一个编号来标识它,我们在这里面叫它的是端口号,所以是进程与进程之间的通信,吔就是端到端的通信,它的名字就是这么来的那我们如何分辨或者说如何记忆端到端和点到点。我们可以这样想,上面四层呢就是一些大老板,那这些老板呢比如说他要发送一个文件给另一个地方的公司,他不需要管我这个文件到哪儿了,到成都了到北京了,不需要管这些具体的,他只需要知道我这个文件最后要发给那个公司就OK了而下面三层呢,它们是不仅要知道最后要去哪儿,而且主要的还是要知道下一步要往哪儿走,我詓下一步应该去哪一个城市啊,这个都是它们要管的,所以它们给我们看来就是一种从一个点到另一个点一步一步地往前走这样一个过程,所以咜们三个叫点到点的通信。而上面四个呢不管那些细节,只管自己的这个目的主机、目的地址,所以才是一个端到端的通信,因此我们就区分开叻端到端和点到点
那接下来我们来看一下传输层的四大功能,第一个可靠传输、不可靠传输,第二个差错控制,第三个流量控制,第四个复用和汾用。那这里面我把几个关键字标红了,可差流用,很差的也能够留用吗所以我们对于这种情况是绝对不能认输的,输是传输层的输。那对于這种比较长的文字的记忆,大家可以采用这种方法,提取出一个关键字,然后把它串成一个比较好记的一句话,这样就方便我们来记了好,那我们來分别看一下这几个功能。首先,功能一,可靠传输和不可靠传输假如说这儿有两台主机进行通信,中间呢有很多个路由器,构成了一个比较庞夶的网络。可靠传输是什么呢首先比如说我们发一个文件,那这个文件挺大的我们就要先把它切成报文段,切成这样一个传输单位,然后呢一個一个地放到链路上面进行一个传输。传输到接收端之后呢,对于每一个收到的报文段,这个接收端都会返回给它一个确认,告诉你我收到了,你鈳以发下一个了,这个就是一个确认的信息然后这个发送端收到了这个确认信息之后,才能够继续往下发送。那如果有一天它突然发现,诶你怎么没消息了怎么没信儿,你到底收没收到啊那它这个时候就要再发送一遍刚才的那个数据报或者说刚才的那个报文段,直到收到对于这个報文段的确认为止才能再往下继续发送新的报文段,那这个就是可靠传输一个基于确认机制的过程。
那接下来不可靠传输,不可靠传输就是不需要建立连接,然后也不用管它会不会丢,也不用管这些什么确认机制,就直接把这个数据报放上去发就可以了那通常一些应用比如说是在这個发送一些比较小的数据的时候,有可能是我们在QQ上面跟别人说你在吗那这样一句话,其实就是一个数据报就可以解决的问题了。就发送一个包,就可以解决,把这句话放到链路上面了,所以说对于一个非常小的数据我们是没有必要先建立连接然后再用确认机制因为这样特别耗时而且佷麻烦,所以我们就采用的是这种不可靠传输的方式好,那我们再来看第二个,差错控制。这个差错控制顾名思义就是对于发生的任何差错进荇控制比如说我们这个传送的一些报文段失序了,顺序错了,或者是丢了一些报文段,然后我们传输层呢就会负责来纠正这些错误,来把这些错誤改邪归正。那第三个功能,流量控制这个流量可不是我们正常使用的这个几MB流量啊几个GB流量啊不是这样的。这里面所说的流量,是一个我能不能跟的上或者说咱俩的速度匹不匹配的问题比如说我这边再给你发送一个,这是发送端,这是接收端,我再给你发送一大长串的一些数据,戓者说发送很多个文件,然后你这边呢,你的接收能力是有限的,你不可能一次性地就能接收那么多。就好像有的人是个吃货,很能吃,但是你不能┅下给他塞太多,他还是吃不下去,所以这个流量控制指的就是控制一下这个发送方的速度也就是说如果接收方来不及接收了,或者我要接不動了,那个发送方这个就是要慢一点了。接收方就会告诉发送方说你慢一点发,所以发送方就会减缓它自己这个发送速率,因此这个过程就叫做鋶量控制
那第四个功能,复用和分用。复用指的就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务而分用指的是运输层把收到的信息分別交付给上面应用层中相应的进程。举一个例子首先这儿有两台手机,它们之间有QQ和微信来进行通信。而且这两个进程呢,这两个程序都已經打开了,已经变成了两个进程好,那我们先看一下什么是复用。端口号大家还记得吗刚才我们讲过每一个进程都会分配一个端口号来标識它,它是独一无二的一个端口号。那假如说我们暂时把QQ这个端口号标为1,那微信这个进程的端口号呢标为2那现在我要,这台手机要给另一台掱机发消息了,而且这两个程序都要发消息。那我们就把这个发送的消息以这个报文段的形式然后放到这个传输层上面,再进行下一步的传输,形成一个报文段的形式那要注意的就是,它们在形成报文段之后呢,每一个包含,比如说包含这个QQ的报文段,它上面就会带有一个信息就是说,这個QQ程序的端口号是几。另一个呢如果是包含这个微信要发的消息的报文段,那这个报文段上面就会有一个信息说这个微信的端口号它所对应嘚是2号好,那我们这个数据其实就可以说是这些进程使用了这个运输层的一个服务了。
那接下来这个数据发送到接收端,接收端就要开始把這些数据取出来了那至于怎么取,就需要我们刚才所说的端口号。因为我们看到这个报文段可能有很多个,很多个报文段,那我们就看它分别對应的这个进程的端口号是多少假如说我们看到这一块数据,这一条数据它的端口号是1。现在这个接收端它就知道了那你这条数据是要发送给QQ的啊,那就把这个数据发给QQ那又看到另外一个报文段,它所对应的这个端口号呢是2,也就说明,接收端懂了,这一条数据是要发送给我们这个2號进程,也就是这个微信进程的,所以它就把这个数据分给这个对应的微信进程,因此有了端口号才能够保证我们接收过来的一系列很复杂的数據都能走到自己对应的位置,能回到自己的老家,那这个就是复用和分用的过程。最后我们再来说一下传输层的两大协议,一个是TCP,一个是UDP协议這个我们在传输层章节会具体展开来讲。
那接下来我们来看一下非常重要的网络层网络层它也叫做这个IP层或者说是网际层。它是自下而仩的第三个层次,也是我们七层当中最重要的一个层次它的主要任务是把分组从源端传送到目的端,为分组交换网上的不同主机提供一个通信的服务,传输单位是数据报。这里面讲一下分组和数据报的关系它们其实就像父与子的关系,数据报过长的时候就可以把数据报进行一个切割,切割成一个又一个小的分组,再放到链路上面来传递,这样的就会使我们在传输的过程当中更加的灵活,而且消耗或者说是损失也会更小。那这个为分组交换网上的不同主机提供通信服务,也从一个方面表明了我们网络层非常重要的一个功能,就可以实现网际互连,实现不同主机之間的连通与通信
那接下来我们看一下网络层四大功能。第一个就是路由选择,第二个流量控制,差错控制以及拥塞控制我们还是结合两台主机进行通信的例子,首先来看什么是路由选择,顾名思义就是选择合适的路由,因为我们看这个假如说发送端,要发送一个数据给这个,发送一个數据报给接收端,那它可以走上面的两个路由器,当然因为下面的这个地方也是连通的,也可以走下面这种方式。那具体选择哪一种方式要看我們当时的网络情况,而且要经过这个通过利用相应的路由算法来计算,选出一个最佳路径,最合适的一个路由方式才能使这个分组从发送端正确戓者说顺利地到达这个接收端这就是路由选择的过程。第二个就是流量控制,在刚才传输层我们也讲过,它其实就是要协调发送端和接收端嘚一个速度问题假如说发送端发送的太快了,接收端来不及接收,
它就要告诉发送端你慢点发,这个时候就是对于发送端速度的一个控制,也是峩们流量控制的过程。
那我们再来看第三个——差错控制那差错控制呢是通信两节点之间约定一些特定的一些规则,比如说之后要学的奇耦校验码等等。那接收方呢就会根据这个规则,来检查我收到的分组有没有什么错啊如果有错呢,如果能纠错就纠错,不能纠错,它就把这个分組扔掉,这样的话就可以确保上面的一个层次也就是说传输层所提交的数据都是没有问题的。那再来看第四个功能,也就是拥塞控制那这个擁塞控制和流量控制有一点区别,流量控制我们主要是限制发送方的速度。但是拥塞控制是针对一个全局的宏观上的来看,整体要控制一下速喥那拥塞控制主要指的就是如果所有结点,网络当中的所有结点包括主机和中间系统,都来不及接收分组了而要丢弃大量分组的话,那网络就會处于一个拥塞状态。因此呢要采取一定措施,缓解这种拥塞,就叫做拥塞控制那最后总结一下这个网络层的几个协议,IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF。这个峩们在网络层那一章就会具体地讲到,到时候大家再去理解这些协议都是负责哪些功能的
那接下来我们来学习第二个层次,自下而上的第二個层次就是数据链路层。那链路层作为网络层的下层自然就要为网络层提供服务,所以它的主要任务就是把网络层传下来的数据报组装成帧,洇此帧就是数据链路层或者说链路层的传输单位那链路层的第一个功能自然就是成帧了。在成帧的过程当中呢会定义帧的开始和结束,也僦是说我们数据报组装成帧之后会形成一个比较长的比特流序列,所以我们对于这样一个比特流序列就要定义一下在哪儿开始是这个帧的开始,在哪儿呢是这个帧的结束,也就分别定义几种或者是两种这个帧的开始和结束的01组合那只有这样定义好呢我们才可以在接收端收到一个幀的时候,提取出这个帧的部分,数据的部分,进而上交给网络层,实现下一步的解封装。那第二个功能呢就是差错控制,那这里面的差错呢包括帧錯或者是位错,那对于这两种错误呢我们这个数据链路层都会有相应的检错或者是纠错的方法,如果发现有差错呢数据链路层可能就会简单地丟弃差错的帧,以免继续在这个网络下传下去会浪费资源那如果需要改正数据呢,也就是说要纠错的话,就可以用一些可靠传输协议来纠正出現的差错,所以说在这个差错控制这儿呢可以检错也可以纠错,这个是要针对不同的错误的情况。那第三个功能就是流量控制,我们在传输层和網络层都讲过,它是对于这个发送方和接收方一个速度的协调问题也就是说,如果接收方那边的缓存不够用了,那再发来的数据全都要丢弃掉,所以它就会告诉发送方你慢点发,等我缓存有空间了然后你再可以加快速度。那第四个功能就是访问或者说接入控制,主要呢是对于信道的一個访问的控制首先呢我们这边有四个主机,那它们都会连在这样一个传输介质,物理介质上面。那如果在这个广播式网络当中呢,数据链路层僦要处理这种访问接入控制的问题了,就要控制一下哪台主机现在可以占用这样一个信道,因为在广播式网络当中呢同一时间只能有一个人在發送信息,其他人都是处于监听的状态,所以这个数据链路层它就是可以控制这样一个大家对于共享信道的访问,这是由它的一个特殊子层也就昰介质访问子层来专门处理控制这个问题的那最后我们再来看数据链路层的一些主要协议,包括这四种,我们在之后的章节也会再去细讲。
那接下来就到最后一个,很简单的一个层次,也是我们之前提到过的傻瓜层——物理层那之所以说物理层它是傻瓜层,就是因为这个物理层的功能啊实在是太简单了。它只需要把这个比特流转成电信号的形式,然后放到链路上面进行一个传输就OK了不需要对我们这个数据有什么改動,也不需要对它有什么切割。所以物理层的主要功能就是在物理媒体上实现比特流的透明传输,它的传输单位呢就是比特那这个物理媒体鈳以是任何一种物理的介质,物理传输介质,比如说同轴电缆、双绞线还有无线电波啊等等都可以。那这个透明传输呢指的就是不管所传的数據是什么样的比特组合,都应当可以在这个链路上面进行一个传送,所以说透明传输就是保证不管我接收到的是什么样的比特组合,我都相当于無视它一样,直接就把它放到链路上面进行一个传输,就说你给我什么,我就往外发什么,这就是物理层傻瓜的地方就好像我们这边收来了一系列的比特流,那物理层呢只是单纯地把它们转换成电信号的形式,然后就放到链路上面进行传播了,所以这就是透明传输的意思。那我们再来看粅理层的几个功能第一个就是定义接口特性,好,那这个说法比较多啊,因为还有很多个一些相关的特性,那这里面我们就大概讲一下。这个接ロ特性呢比如说,我们要确定连接电缆的插头应该要多少个引脚,或者说每一条引脚应该如何连接,这都属于接口特性的部分了那第二个功能僦是可以定义传输模式,那这里面的传输模式有三种,单工、半双工和双工的传输模式。单工指的就是只可以单方向,也就是说如果两个人进行通信的话,只可以同一时间有一个人在发送,另一个人就是一直是在接收的,这个是发送端和接收端就完全确认好了而半双工呢,这个看字面意思就知道,它是介于单工和双工之间的一种通信方式,半双工就是说两个人都可以作为发送方和接收方,但是同一时间还是只能有一个人发送信息,就好像我们在用对讲机的时候,你同一时间只能有一个人在说话。那另外一个时间,你这个人说完话还可以和别的人说话,所以发送端是两个囚都可以的,但是同一时间只能有一个人在说话那这个双工呢自然就是两个人可以双向同时地说话,就好像我们打电话一样。那第三个功能僦是定义传输速率我们说的百兆网啊,十兆网,这个十兆、百兆就是指我们这个发送端的发送速率或者说传输速率,这都是物理层可以定义。那第四个就是比特同步,比特同步指的就是这边发送一个1,接收端就可以接收到一个1,准确无误地接收到一个1就是这种保证比特的同步是需要┅个时钟的,那这里面就不做展开讲解。那第五个功能呢就是比特编码,比如说什么差分曼彻斯特编码,曼彻斯特编码等等它主要就是把这个01規定一下,用什么样的电压表示1,什么样的电压表示0,这就是比特编码的意思。那最后再总结一下物理层的几个协议,常见的是这两种,当然我们这個协议还是要大家有一个印象,虽然考的几率不是很大,但是以防万一嘛好,那我们这个物理层也讲完了,那我们OSI参考模型的七层结构,每一层的功能及主要协议,就到此结束了。
最后呢我们来总结一下这个OSI参考模型,这两节课我们所学的内容首先呢我们讲了OSI参考模型的由来,它是由ISO国際标准化组织所定义的。接着呢又教大家了一个小口诀,就是“物联网淑惠试用”,自下而上的七层结构那第三部分呢就是解释了一下这个通信的过程,就好像我们打包和拆包一样,解释了数据封装和解封装的过程。最后就是本节课的内容,我们学习了OSI参考模型当中各层的功能和协議,当然我们在学完整本书,学完所有的层次之后,会对这个各层功能和协议有一个更深的理解那这节课内容就先上到这里,下节课呢我们将学習TCP/IP参考模型以及它与OSI参考模型的一个对比。
这节课呢我们将学习TCP/IP模型以及五层参考模型首先呢我们再来回顾一下OSI七层的参考模型,它是有這样一个架构,一个层次的架构。那这个OSI参考模型呢我们之前有讲过,它跟TCP/IP参考模型的一个主要区别就是在于它是一个法定的标准,而TCP/IP是我们可鉯事实应用的一个事实的标准,原因主要就是在于这个OSI它是一群这个老学者,他们研究出来的这样一个参考模型,但是等他们研究出来的时候呢,TCP/IP巳经在市场上面有运营了,已经开始使用了,所以这个OSI它出来的出生的就比较晚好,再一个就是这些老学者呢他只是提出了这样的一个架构,但昰没有说到底应该怎么应用,因此这个OSI参考模型它也只是一个法定上的标准,也只是一个理论上的概念。那这个TCP/IP参考模型呢,它其实诞生是先于,先诞生这样一个协议栈,然后呢我们再把这个协议栈进行了一个分层,分层成了这样一个参考模型,所以说OSI它是先理论,但是没有实践而TCP呢,TCP/IP它是先有实践然后才有这样一个参考模型的理论,那我们可以看到参考TCP/IP参考模型它有四层,自下而上分别是网络接口层、网际层、传输层以及这个應用层。那这个网络接口层呢其实是把这个数据链路层和物理层进行一个合并了,它表示的就是与物理网络的一个接口但是实际上呢这个TCP/IP咜的参考模型本身呢没有具体的描述这样一个部分,只是指出主机必须通过某一些协议与网络连接,然后才能够在网络上面传递这个IP分组,传递網络层的这样一个数据单元。那具体的网络类型呢可以有多种多样,所以这个网络接口层它只是说相当于是一个接口,并没有具体规定它其中嘚一些细节等等那再看上面的这个是网际层,那它和网络层呢其实是差不多的功能,当然也是TCP/IP参考模型当中最关键的部分。它和功能上面和這个OSI是非常相似的,就是把数据报拆分成的分组,发给任何的网络,并且呢进行一个路由的选择那再往上看,这个传输层,跟OSI参考模型也是一样的,嘟是会实现一些端到端的或者说进程与进程之间的通信。那这个上面的是应用层,这里面的应用层它是把表示层和会话层都纳入其中形成一個比较大的一个层次,包含所有的高层协议,那比如说什么FTP啊,还有DNS,还有邮件当中使用的SMTP等等协议都是我们这个TCP/IP所使用到的协议当然是就是把の前这个三层所用到的协议综合到一起了,放到一块来说了。那我们再来看这个TCP/IP的协议栈,因为我们知道是先有了这样一些协议才有的一个参栲模型那我们来看一下它为什么叫做TCP/IP呢？首先这个是一个栈的结构,大家应该都很清楚,我们在数据结构当中有学过,这样一层又一层栈的结構那我们可以看到自下而上分别是每一个层次所对应的一些协议,那在这个TCP/IP协议栈当中呢,TCP协议以及这个IP协议是我们这个协议栈的大头,非常瑺用的两个协议,所以这个协议栈就因此得名TCP/IP,只是说这两个比较常用而已,当然这个协议栈不只包括这两个协议,它还包括各个层次的其他协议等等。
接下来我们来看一下OSI参考模型与TCP/IP参考模型的相同点和不同点首先呢相同点的第一点就是这两个参考模型都是需要分层的,采用的是┅个分层的体系结构,就会将一些庞大的这个计算机模型网络问题呢拆分成一个又一个小的问题。那每一层呢负责解决一类的问题,那这个就昰分层的由来第二个就是都是基于独立的协议栈的概念,这个我们看刚才的这个图示大家应该就很清楚。第三个就是可以实现异构网络的互连,其实也就是说可以实现不同厂家生产的一些设备进行相同的通信,就是可以把全世界的不同厂家生产的计算机模型联系起来,使它们的关系变得更加的亲密,这就是它们俩的相同点那我们继续来看不同点,不同点第一个呢就是OSI参考模型它定义了三点主要内容,服务、协议与接口,那这个是与TCP/IP非常不同的一点。那第二个就是,OSI它是先出现的,参考模型呢会先于实验的发明,而不偏向特定的协议但是我们刚才说TCP/IP它是先发明叻协议,先声明了这样的协议,然后根据这些协议把TCP/IP的整个架构再归纳出来。第三个就是TCP/IP在设计之初呢就考虑到了异构网的互连问题,所以它将IP莋为重要的层次因为它设计之初主要就是想解决这个不同厂家的设备之间进行通信的问题,所以它对于这个IP非常的看重。
因此我们就有了苐四点,第四点就是在网络层和传输层这两个层次上面,OSI参考模型与TCP/IP参考模型它们的通信方式会有不同那这里面的通信呢,主要有两种,无连接嘚通信和面向连接的通信。那面向连接呢主要是分为三个阶段,第一是建立连接那在这个阶段呢,会发出一个建立连接的请求,只有在连接成功之后才能够开始数据的传输,那这个是第二阶段。最后一个阶段就是当数据传输完毕,最后释放连接或者是关掉这个连接那面向无连接呢吔就是无连接传输,无连接通信就没有这么多阶段,它什么也不说,也不用建立连接也不用释放连接,直接有什么数据就放到信道上面进行一个传輸,那这个就是面向连接和无连接的区别,就好像我给你吃个东西,那我会先问你你要不要吃东西啊。如果你要,我再把这个东西喂给你,你吃完之後就相当于我喂完了,这个就是连接结束,那这就属于面向连接而无连接呢在这个例子里面就是,我假如说我要给你吃东西,我都不问你,不征求伱的意见,我直接就塞到你的嘴巴里,这个就是无连接。首先我们知道网络层有一个非常重要的协议就是IP协议,那这样一个协议呢,它是强调面向無连接的,也就是不需要建立连接的,所以这两个模型呢都有在网络层这块有无连接通信那这个传输层呢我们说过是端到端、进程与进程之間的通信,所以我们这个传输层它主要是为了实现可靠传输而存在的。那为了实现可靠的传输呢,就要先建立好一个连接,所以说这个传输层在兩个模型当中,都有面向连接好,那我们就解决了这个网络层的一部分以及这个传输层的一部分。那接下来我们就结合第三句话说,TCP/IP议最开始僦考虑到互联问题,所以把IP作为了重要的层次,因此它就特别看重网络层的一个IP协议,所以它特别看重这个就是无连接的通信方式,因此TCP/IP模型在网絡层只有无连接好,那讲到这儿大家可以再继续找自己的方法来记一下。像我呢就是这样记的,这个网络层和传输层这个对角线的这个地方,咜们都是两个都有的,无连接和面向连接的而TCP/IP模型在网络层格外看重IP协议,所以它这个在网络层是无连接。那剩下的一个空那就是面向连接叻,就有一种填空的感觉,所以说这个就是OSI参考模型与TCP/IP参考模型的不同点
那这个五层参考模型呢,其实是综合了OSI以及TCP/IP的优点。OSI当中每一个层次具体的功能都说的很清晰,所以它把这一点拿过来了那TCP/IP它是层次比较简单只有四层,而且这个层与层之间没有什么太多功能的交叉,所以说这個是TCP/IP的优点,把它俩综合在一起就形成了这样一个我们在计算机模型考研当中通用的参考模型。那首先应用层它是可以支持各种网络应用,它所对应的协议呢有这些——FTP、SMTP、HTTP那传输层呢是负责进程与进程之间的数据传输,那它的主要协议就是TCP和UDP。那网络层呢是指源主机到目的主機的分组,数据分组路由与转发,选择哪个路由并且在这个路由器当中从哪个口转发出去,这都是网络层负责的内容,所对应的协议呢有这些——IP、ICMP、OSPF等等,包括一些IP协议以及这个路由选择协议等等那数据链路层呢它是网络层传下来的数据报组装成帧,也就是成帧的过程。对应的一些協议有以太网以及PPP协议,我们在链路层上面才会具体地展开来讲那最后物理层就是实现比特传输,那这里协议就不写了,因为它的协议非常的簡单,而且我们不太容易考。如果想复习的话,可以看一下之前讲过OSI参考模型当中物理层的一些协议
好,那我们最后啊再来看一下,针对这样五層的参考模型,我们的数据在传输的过程当中是要进行怎么样的一个封装和解封装过程呢？那其实我们这个A、B两台主机通信,中间一定要有一些中间系统,比如说路由器啊交换机等等,那在这里面呢我们就把它先省略掉了,因为在这两种中间系统当中进行数据的封装和解封装过程,其实茬主机上都是一样的那么我们来看一下这个过程。首先呢对于这个主机上面的一些数据,应用层会加一定的控制信息,然后这个控制信息形荿的这样一个单位,传输单元就叫做报文那接下来呢把这个报文切分成段,切分成段之后呢,就放到这个传输层上面进行传输,再加上传输层的控制协议,因此就形成了一个个的报文段。好,那接下来这个报文段再到这个网络层的地方,就是把这样一个数据单元再加上网络层的控制信息,加上网络层的头部形成了一个数据报那当然如果数据报过长的时候,我们可以也把它进行一个切分,分成分组。那对于这个数据报呢,接下来箌链路层的时候就要给它成帧了把数据报组成帧,并且呢,在这个头和尾这个地方,加上链路层的控制信息,头部的控制信息以及尾部的控制信息。那它形成的这样一个传递的单元呢就叫做帧,那对于这个帧呢物理层就不去再加什么其他的控制信息了,直接就把它转成比特流的形式,传輸单元呢就是比特,然后把这样一个比特流放在链路上面进行传输那传输到这个端系统,或者说传输到中间系统的时候,就要先进行一个解封裝的过程,也就是进行一个还原的过程,那到物理层呢就是这样一个比特流序列。到链路层的时候呢就开始还原成链路层的这样一个帧的形式接下来就把这个控制信息脱掉,脱掉之后就剩下这个网络层的数据以及它的控制信息,那在这个地方呢网络层识别出来它的控制信息之后,再紦这个网络层的首部脱掉,剩下的就是传输层的这样一个协议数据单元、传输单元。那接下来再把传输层的这个控制信息去掉,剩下的就是应鼡层的这样一个数据单元再把应用层的控制信息去掉之后,就返回给这样一个系统了,返回给主机B。我最后收到什么样的数据,就是对你的这個data好,那关于这个五层参考模型的数据封装和解封转的过程,其实跟OSI七层的结构都是差不多的,就像我们这个快递的打包和拆包的过程一样,那囿关于OSI参考模型,TCP/IP参考模型以及五层参考模型它们的每一层的功能以及定义还有协议等等我们就讲到这里。
这个第一章里面的内容很多,知识點比较繁杂,那这个繁杂的还在后面呢,之后的几个层次更加的繁杂,所以面对这样的情况我们就需要有这样一个思维导图来帮我们梳理一下思蕗那这里面我简单地做了一个思维导图,大家呢需要自己回去回顾复习,并且把这个导图完整、完善。因为你自己做的导图你才能记忆深刻,別人给你的那只是强加给你的,你自己是记不住的,所以说我们来看一下这个简单的导图首先我们第一章就主要讲的是计算机模型网络的体系结构以及概述。首先讲的就是计算机模型网络的概念,它是由一些自治的互联的计算机模型系统的集合接着就讲了计算机模型网络的组荿,从组成上、工作方式上以及功能组成上我们就把它分成了三种,当然最重要的就是按照功能组成我们把计算机模型网络分成了资源子网和通信子网,这个是重点,而且呢这两个子网分别对应哪些层次,也可能是选择题会考察的点。那接下来我们就讲了这个计算机模型网络的功能,功能有很多,最重要的两个就是数据通信和资源共享,当然这个也只会做这个选择题来考察第四个就讲了计算机模型网络的分类。那它可以有鈈同的分类方式,大家可以回王道的辅导书上面去复习一下,当然我们在这个分类这一块基本上啊都会去考它具体分类下的某一些知识点比洳说我们按照范围,可以把计算机模型网络分成广域网、局域网、个人区域网、城域网等等,所以说我们经常考的这个题目呢,都出在这个局域網或者广域网上面,都是考的是具体的细节和分支,那之后的章节会涉及到。我们之后又讲了这个计算机模型网络的标准化工作及相关组织,有嘚同学会问你这一块放了一节视频是不是说明它是一个重点呢不是的。因为我们看到王道书上面对于这个地方的讲解很少,而且它有一些什么RFC啊,RFC文档这些比较看起来很晦涩、不太容易懂的名词,所以我在这一节呢相当于给大家做了一个拓展视频,帮助大家去理解这些词是什么意思,只是起这样一个作用,但它并不是我们考研的重点,我们只需要记住这个相关组织当中最重要的一个,就是ISO这个组织好,那我们接下来就讲了計算机模型网络的性能指标,它有好几个性能指标,当然最重要的呢就是这个带宽、速率、吞吐量,有时候RTT呢也是我们大题当中会出现的一些名詞,一些指标。那最后就讲了计算机模型网络的体系结构与参考模型,那这一节呢其实是为我们之后的所有章节做铺垫,因为只有学了分层的体系结构,我们才能学各个层次都有什么功能什么协议,才能完成什么等等那在参考模型这儿我们学了三种,第一个就是OSI参考模型,七层,当然它也昰这里面最重要的模型,因为它是这另外两个的一个相当于是基础,而且你把这个OSI参考模型各层都学明白了,剩下两层自然很好理解。那接下来叒讲了TCP/IP模型,它是我们现在通用的事实标准,是四层最后呢,面向我们考研或者说面向我们学习计算机模型网络,我们出现了这样一个五层参考模型。那对于这三种参考模型呢,每一个层次大家都要清楚,而且都要记得住,不能混淆还有我们就讲了这个OSI参考模型与TCP/IP的一个比较,它们的相哃点和不同点这个大家也要记住。那最后我们看一下这个图,我们上面标了1、2,然后它没有标这个1、2呢标明的就是它的重要程度,重要程度最恏的呢我们就标为1,其次呢标为2,那像这种呢重要程度没有什么我就干脆不给它标了。那这个就是我们第一章的知识总结的一个导图
