【计算机网络】网络模型

OSI 七层网络模型

OSI（Open Systems Interconnection）七层网络参考模型是一种用于描述计算机网络通信的框架，将网络通信划分为七个不同的层次，每个层次负责不同的功能。

以下为 OSI 七层网络参考模型的简单表格：

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|       OSI 层级         |                功能                       |            协议                    |
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|    7. 应用层           |  用户界面、应用服务和通信(和具体应用相关的消息格式)|  HTTP、FTP、SMTP、POP3、Telnet、    |
|                       |                                           |  SSH、DNS、SNMP 等                 |
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|    6. 表示层           |  数据转换、加密、压缩                        |  SSL/TLS、JPEG、GIF、MPEG、         |
|                       |                                           |  ASCII、Unicode 等                 |
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|    5. 会话层           |  建立、管理和终止会话                        |  NetBIOS、RPC、PPTP、SMB、          |
|                       |                                           |  NFS、SQL 等                       |
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|    4. 传输层           |  分段、流量控制、错误检测和恢复(保证信息的可靠传输)|  TCP、UDP、SCTP、SPX、RTP 等        |
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|    3. 网络层           |  路由、寻址、路径选择(在网络中找到对方)        |  IP、ICMP、OSPF、BGP、EIGRP、路由器等      |
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|    2. 数据链路层        |  帧封装、物理地址、错误检测和修复(在子网中找到对方)|  以太网、Wi-Fi、MAC、交换机          |
|                       |                                           |  ARP、VLAN 等                      |
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|    1. 物理层           |  物理媒介、信号传递(用信号表示上述东西)        |  以太网电缆、光纤等                  |
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以下是每个层次的详细解释：

物理层（Physical Layer）：

物理层是网络模型的最底层，负责传输原始比特流，以及在物理媒介上发送和接收数据。它涉及电压、电流、物理连接、传输速率等方面的规范。

在这一层，数据仅以比特形式传输，没有任何逻辑结构。物理层的设备有网卡，网线，集线器，中继器等。

这一层获取他们对应的传送信号，电压等，转换成二进制数，但是数据还未组织，仅作为原始的电气电压。处理单位为bit，传输的是比特流。

物理层信道：

1. 有线信道

• 明线：平行架设在电线杆上的架空线路。传输损耗低，但是易受外界环境干扰。
• 对称电缆：由多对双绞线组成的线缆。
• 同轴电缆：以低损耗的方式传输模拟信号和数字信号。如电视广播系统、长途电话传输系统以及局域网互联等。
• 光纤：由玻璃或塑料制成的纤维，利用光在这些纤维中以全反射原理传输的光传导工具。

2. 无线信道

• 以辐射无线电波为传输方式。主要有地波传输，天波传输和视距传输。例如：卫星通讯，电台广播。

数据链路层（Data Link Layer）：

数据链路层负责将原始比特流转化为帧，以便在物理媒介上传输。它还处理物理层可能出现的错误，并提供一些基本的流量控制和错误检测功能。

MAC（Media Access Control）子层控制着数据在共享媒介上的访问。（MAC地址：每个网卡的唯一标识，明确发送者和接收者，直到数据内容和进行分组）通过广播的形式传播，局域网的所有计算机都能收到消息。

可以通过ipconfig -all进行查看：

网络层（Network Layer）：

网络层负责数据包的路由和转发，以便在不同的网络之间进行通信。它决定了数据的最佳路径，以及如何处理可能的拥塞。IP（Internet Protocol）是在这一层工作的协议，它赋予设备唯一的IP地址。采用IP协议，目前从 IPv4 过渡到 IPv6 。

两个作用：

1. 寻址：对网络层而言，使用IP地址来唯一标识互联网上的设备，网络层依靠IP地址进行相互通信（类似于数据链路层的MAC地址）。

2. 路由：在同一个网络中的内部通信并不需要网络层设备，仅仅靠数据链路层就可以完成相互通信，对于不同的网络之间相互通信则必须借助路由器等三层设备。

传输层（Transport Layer）：

传输层提供端到端的通信，定义端口号，负责数据的分段、传输控制和流量管理。它可以实现可靠的数据传输（如TCP）或者无连接的数据传输（如UDP），并为应用程序提供数据的完整性和顺序性。可以把 TCP 比作打电话，电话接通、通话、结束挂断整个过程都是可靠的，也可以把 UDP 比作写信，对方能否收到，信发出的顺序等都是不可靠的。这一层常被称为数据段。

TCP 是面向连接的协议，是可靠的，因为TCP会进行三次握手四次挥手，但是这样会降低速度。

UDP 具有较好的实时性，效率比TCP高。UDP是没有三次握手四次挥手的，故此不稳定，但是速度快，常用于直播，游戏。

会话层（Session Layer）：

会话层管理不同设备之间的会话，并确保数据的同步和传输。它负责建立、维护和终止应用程序之间的通信会话，并处理错误恢复和数据同步。

会话层包含了一种称为检查点（Checkpoint） 的机制来维持可靠会话。检查点定义了一个最接近成功通信的点，并且定义了当发生内容丢失或损坏时，需要回滚以便恢复丢失或损坏数据的点，即断点下载的原理。

表示层（Presentation Layer）：

表示层处理数据的格式转换（解码编码）、加密和压缩，以便不同系统上的应用程序可以互相通信。它确保数据的语法和语义正确，使得应用程序能够正确解释和显示接收到的数据。

应用层（Application Layer）：

应用层是网络模型的最顶层，直接与用户应用程序交互。

它包含了各种应用程序，如Web浏览器、电子邮件客户端等。在这一层，用户可以进行各种网络活动，如浏览网页、发送电子邮件等。

还或者例如：ajax调用接口发送http请求，域名系统DNS，webSocket长连接，SSH协议。常被称为报文。

OSI七层模型的每个层次都有特定的功能，数据从发送方开始从应用层逐层封装，直到物理层，然后在接收方，从物理层开始在逐层解封装，使得不同的设备和应用程序能够在网络上进行通信。

面试回答

五层网络模型（ 面试回答）

网络要解决的问题是：两个程序之间如何交换数据。

1. 物理层：网线、光纤。传输比特流。
2. 数据链路层：控制网络层和物理层的通信。主要将网络层接收到的数据分割成特定可被物理层传输的帧（对比特流的封装）。用于 Mac 地址确定，代表设备有交换机。
3. 网络层：决定如何将数据从发送发路由到接收方。作用是 分配 IP 地址，代表设备是家用路由器。
4. 传输层：为应用程序提供端到端的服务。建立主机到主机的通信。TCP、UDP。操作系统内核。
5. 应用层：应用程序解读传输层的数据。规定使用到的协议如 HTTP 等。

四层？五层？七层？

TCP / IP 网络模型

TCP/IP ⽹络模型（也称为互联⽹协议套件）是⼀种⽤于描述⽹络通信的概念模型。它分为四层，每层都有特定的职责和作⽤，它们分别是：

1. 应⽤层（Application Layer）：应⽤层负责处理与应⽤程序的通信和数据传输。它包括各种应⽤层协议，例如 HTTP、HTTPS、FTP、DNS 等。这些协议定义了客户端和服务器之间如何互相发送和接收数据。应⽤层的主要职责是为应⽤程序
   提供⽤户接⼝、数据传输以及数据封装和解封装。
2. 传输层（Transport Layer）：传输层主要负责在⽹络中进⾏端到端的可靠数据传输。它提供了两种主要的传输协议：TCP（传输控制协议）和 UDP（⽤户数据报协议）。TCP 提供了可靠、⾯向连接的数据传输，它可以确保数据在传输过程中不会丢失、重复或乱序。UDP 提供了不可靠、⽆连接的数据传输，它不能保证数据的传输质量，但传输速度更快，适⽤于实时通信等场景。
3. ⽹络层（Internet Layer）：⽹络层负责在不同⽹络之间进⾏数据包的路由和传输。它使⽤ IP（互联⽹协议）进⾏寻址和路由，将数据包从源主机传输到⽬的主机。⽹络层的主要职责包括：IP地址的分配、路由选择、分组传输和拥塞控制等功能。
4. 链路层（Link Layer）：链路层（⼜称⽹络接⼝层或数据链路层）负责在同⼀⽹络中进⾏数据帧的发送和接收。链路层的协议因⽹络硬件⽽异，如 Ethernet、Wi-Fi、PPP 等。链路层的主要职责包括：物理寻址、数据帧封装和解封装、差错检测、流量控制以及链路管理。

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具体过程：

发送方：

• 应⽤层：应⽤层向下传输报⽂，报⽂中包含应⽤层⾃⼰的报头和应⽤层的数据。
• 传输层：传输层接收到应⽤层的报⽂，将应⽤层报⽂封装成⼀个或多个数据段，同时添加传输层的报头信息，例如 TCP 的源端⼝和⽬标端⼝号等。
• ⽹络层：⽹络层接收到传输层的数据段，将数据段打包成 IP 数据包，同时添加⽹络层的报头信息，例如源 IP 地址和⽬标 IP 地址等。
• 数据链路层：数据链路层接收到 IP 数据包，将其封装成数据帧，同时添加数据链路层的报头信息，例如源 MAC 地址和⽬标 MAC 地址等。
• 物理层：物理层接收到数据帧，将其转换为 0 和 1 的电信号，通过物理介质传输到接收⽅，接收⽅的物理层将电信号转换为数据帧。

接收⽅：接收⽅也会按照相反的顺序层层解析报⽂。

• 物理层：物理层传来的 0 和 1 的电信号，并将其转换为数据帧。
• 数据链路层：会解析数据帧中的报头信息，剥离数据链路层的报头信息，并将剩余的数据包交给⽹络层。
• ⽹络层：解析数据包中的报头信息，剥离⽹络层的报头信息，并将剩余的数据段交给传输层。
• 传输层：解析数据段中的报头信息，剥离传输层的报头信息，并将剩余的数据段重组成完整的数据，并交给应⽤层。
• 应⽤层：解析数据中的应⽤层报⽂，并进⾏处理和响应。

TCP 和 UDP 的区别

• TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）提供可靠的服务，UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接，UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。
• UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。

UDP：直播、游戏；TCP：网页。

• 每一条TCP连接只能是一对一的（客户端—服务端），UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
• UDP分组首部开销小（占据空间小），TCP首部开销20字节，UDP的首部开销小，只有8个字节。
• TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流（数据的分解组装，一点点发送接收），UDP是面向报文的一次交付一个完整的报文，报文不可分割，报文是UDP数据报处理的最小单位。
• UDP适合一次性传输较小数据的网络应用，如DNS,SNMP(专业的网管，比如服务器、路由器、交换机统一管理、排查错误等等)等。