「HCIA 数通」2、网络参考模型

OSI 参考模型

OSI 参考模型又被称为七层模型,由国际化标准组织 ISO 收录在 ISO 7489 标准中并于 1984 年发布。

应用层OSI参考模型中最靠近用户的一层,为应用程序提供网络服务。
表示层提供各种用于应用层数据的编码和转换功能,确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。
会话层负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
传输层提供面向连接或非面向连接的数据传递以及进行重传前的差错检测。
网络层定义逻辑地址,供路由器确定路径,负责将数据从源网络传输到目的网络。 
数据链路层将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址(以太网使用 MAC 地址)来访问介质,并进行差错检测。
物理层在设备之间传输比特流,规定了电平、速度和电缆针脚等物理特性。

TCP/IP 参考模型

TCP/IP 模型在结构上与 OSI 模型类似,采用分层架构,同时层与层之间联系紧密。TCP/IP 标准参考模型将 OSI 中的数据链路层和物理层合并为网络接入层,这种划分方式其实是有悖于现实协议制定情况的,故融合了 TCP/IP 标准模型和 OSI 模型的 TCP/IP 对等模型被提出。

因为 OSI 协议栈比较复杂,且 TCP 和 IP 两大协议在业界被广泛使用,所以 TCP/IP 参考模型成为了互联网的主流参考模型。

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应用层

应用层为应用软件提供接口,使应用程序能够使用网络服务。应用层协议会指定使用相应的传输层协议,以及传输层所使用的端口等。

HTTP80 (TCP)超文本传输协议,用来访问在网页服务器上的各种页面。
Telnet23 (TCP) 远程登陆协议,提供远程管理服务
FTP20、21 (TCP)文件传输协议,为文件传输提供了途径,它允许数据从一台主机传送到另一台主机上。
TFTP69 (UDP)简单文件传输协议,提供简单的文件传输服务
SMTP25 (TCP)简单邮件传输协议,提供互联网电子邮件服务。
DNS53 (UDP)域名称解析服务,用于实现从主机域名到IP地址之间的转换。

传输层

传输层协议接收来自应用层协议的数据,封装上相应的传输层头部,帮助其建立「端到端」的连接。

TCP传输控制协议。一种面向连接的、可靠的传输层通信协议,为应用程序提供可靠的面向连接的通信服务。目前许多流行的应用程序都使用 TCP。
UDP用户数据报协议。一种简单的无连接的传输层协议,提供了无连接通信,且不对传送数据包进行可靠性的保证。

端口号用于区别不同的应用程序,1 – 1023 为知名端口,1024 – 65535 为动态端口。数据包中需要包括源端口和目的端口,客户端使用的源端口一般随机分配,目标端口则由服务器的应用指定,源端口号一般为系统中未使用的,且大于 1023。

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网络层

传输层负责建立主机之间进程与进程之间的连接,而网络层则负责数据从一台主机到另外一台主机之间的传递。
网络层用于不同网段之间的数据传递,通过 IP 地址来标识不同的网段信息,路由器和三层交换机都是网络层设备。网络层单位数据包,也可称为「报文」。

IP互联网协议。将传输层的数据封装成数据包并完成源站点到目的站点的转发,提供无连接的、不可靠的服务。
IGMP因特网组管理协议。负责 IP 组播成员管理的协议。它用来在 IP 主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。
ICMP网际报文控制协议。基于 IP 协议在网络中发送控制消息,提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈。通过这些信息,使管理者可以对所发生的问题作出诊断,然后采取适当的措施解决。

网络层的作用

  • 为网络中的设备提供逻辑地址;
  • 负责数据包的寻径和转发;
  • 常见协议如 IPv4,IPv6、ICMP,IGMP 等。
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当采用 IP 作为网络层协议时,通信的双方都会被分配到一个「独一无二」的 IP 地址来标识自己。IP 地址可被写成32位的二进制整数值形式,但为了方便人们阅读和分析,它通常被写成点分十进制的形式,即四个字节被分开用十进制表示,中间用点分隔,比如 192.168.1.1。

除了 IP 协议外,网络层中还有如 OSPF、IS-IS、BGP 等各种路由协议帮助路由器建立路由表,ICMP 帮忙进行网络的控制和状态诊断。

IP 数据包的封装与转发

  • 网络层收到上层(如传输层)协议传来的数据时候,会封装一个 IP 报文头部,并且把源和目的 IP 地址都添加到该头部中。
  • 中间经过的网络设备(如路由器),会维护一张指导IP报文转发的“地图”——路由表,通过读取 IP 数据包的目的地址,查找本地路由表后转发 IP 数据包。
  • IP 数据包最终到达目的主机,目的主机通过读取目的 IP 地址确定是否接受并做下一步处理。

数据链路层

数据链路层位于网络层和物理层之间,可以向网络层的 IP、IPv6 等协议提供服务。数据链路层的 PDU 被称为「帧」。

PPP点对点协议,一种点对点模式的数据链路层协议,多用于广域网。
Ethernet以太网协议,一种多路访问广播型数据链路层协议,是当前应用最为广泛的局域网技术。
PPPoE以太网承载协议,PPPoE 提供通过简单桥接访问设备(接入设备)把一个网络的多个主机连接到远程访问集中器的功能。常见的应用有家庭宽带拨号上网。

数据链路层的作用

  • 数据链路层向网络层提供「段内通信」;
  • 负责组帧、物理编址、差错控制等功能;
  • 常见的数据链路层协议有以太网、PPPoE、PPP 等。

MAC 地址:又称硬件地址,固化在网卡上的地址,12 位十六进制标识的,换算二进制是 48 位。前 24 位是厂商信息,后 24 位的厂商分配给地址的。例如 5C-E0-C5-5B-F1-58。

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物理层

数据到达物理层之后,物理层会根据物理介质的不同,将数字信号转换成光信号、电信号或者是电磁波信号。物理层的 PDU 被称为比特流。

物理层的作用

  • 负责比特流在介质上的传输;
  • 规范了线缆、针脚、电压、接口等物理特性规范;
  • 常见的传输介质有:双绞线、光纤、电磁波等。

常见的传输介质

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双绞线当今以太网最常见的传输介质,按照抗电磁干扰能力还可以分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。
光纤按照功能部件可分为光纤和光模块。前者为光传输介质,简单的说就是一根玻璃纤维,用于约束光传输的通道;后者是将电信号与光信号互转的器件,产生光信号。
串口电缆在广域网中大规模使用,根据 WAN 线路类型不同,串口电缆在设备上连接的接口类型也不同,例如异/同步串口、ATM 接口、POS 接口、CE1/PRI 接口等。
无线信号通过电磁波进行传输,例如无线路由器将数据通过调制以电磁波发送出去,移动终端的无线网卡将电磁波解调,得到数据,完成从无线路由器到移动终端的数据传输。

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