第一章 OSI网际互连

一、网络互联的概述

1、网络拓扑：类似于现实中的地图，网络拓扑描述的就是网络的“地图”，通过网络拓扑图我们可以看出网络的大致情况。

2、网络：网络是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。

一般指的是计算机网络，它是有若干结点（Node）和连接这些结点的链路（Link）组成，把结点具体化就可以是：计算机、集线器（HUB）、交换机(Switch)、路由器（Router）等等。而把链路具体化就可以是： 双绞线、同轴电缆、光纤等等。

    HUB和Switch和Router三者的主要功能如下：

    HUB：物理层，共享介质，容易发生冲突，一方等待，其他各接入方需要等待。

    Switch：1、作为终端用户的一个接入：每一个端口都是独立的冲突域，不会出现端口与端口出现冲突的现象，每一个端口都有自己的带宽。

2、基本的安全功能：可以限制用户访问特定的资源。

3、广播域的隔离（VLAN）

    Router：1、路由协议支持：比如去一个地方，需要去不同的车站进行转车，那么这条转车的路径就是路由。

       2、数据转发：需要维护一个路由表，收到数据包后根据路由表进行转发。

       3、广播域链路支持：因为有各种广域网链路，所以连接不同的广域网，就需要路由器。

大型网络的要求关键字：可靠+健壮+冗余（冗余理解：就相当于到达一个地方能有多条路径，假如一条路径目前无法通过，那么就可以选择其他的冗余路径。）

广播:即此网段下的主机都能会耗费资源去接收广播消息。

单播:点对点的交互，不会耗费其他主机的资源去接收消息。

不同网段之间的主机无法直接进行通信，需要通过路由器路由转发后才能通信；路由器主要有如下功能：隔绝广播、实现跨三层的数据互访；路由协议的支持；路径选择及数据转发；广域网接入、地址转换及特定的安全功能

网络按覆盖范围分类：广域网>城域网>局域网

3、OSI（Open System Interconnect）：开放系统互联参考模型，是由ISO（国际标准化组织）定义的。准确的说，它只是个系统框架，用来规范不同系统的互联标准，使两个不同的系统能够较容易的通信而不需要改变底层的硬件或软件的逻辑。

OSI将网络分为七层结构（上三层面向应用程序，下三层面向数据流）：

OSI七层网络体系

 

特点：1、OSI模型每层都有自己的功能集；
                      2、层与层之间相互独立又相互依靠；
                      3、上层依赖于下层，下层为上层提供服务。

 

     4.各层的含义和功能如下：

应用层：为应用程序提供接口，使得应用程序能够使用网络服务，比如web，邮箱、FTP等。

              常见的应用层协议：http（80）、ftp（20/21）、smtp(25)、pop3（110）、telnet（23）、dns（53）等

表示层：1、数据的解码和编码 2、数据的加密与解密 3、数据的压缩和解压缩

会话层：建立、维护、管理应用程序之间的会话。

              功能:对话控制+同步

传输层：负责建立端到端的连接，保证报文在端到端之间的传输。

              功能：服务点编址、分段与重组、连接控制、流量控制、差错控制

网络层：负责将分组数据数据从源端传输到目的端口

              功能：为网络设备提供逻辑地址+进行路有选择、分组转发
                         在此层使用的设备：路由器 ，主要功能有：1、广播、组播控制； 

                                                                                   2、路由选择转发；

                                                                                   3、流量控制；

                                                                                   4、连接到广域网（WAN）。
                       

            在网络层有个非常重要的概念——IP，我们将在下文进行更详细的阐述。在此先简单介绍，留个印象。IP包的结构如下图所示，分别是：IP首部+源ip地址+目的ip地址+数据。其中源、目的IP地址均由网络号与主机号组成。

IP地址格式

数据链路层：在不可靠的物理链路上，提供可靠的数据传输服务，把帧从一跳（结点）移动到另一跳（结点）。 

               功能：组帧、物理编址、流量控制、差错控制、接入控制
                          MAC Layer——IEEE 802.3协议。
                          MAC地址：全球唯一，48位，本地有效。

MAC地址

 

                             设备：交换机。功能： 1、每个端口都是一个独立的冲突域，各个端口互不干扰；

                                                                  2、所有端口组成的是一个广播域，当某一个连在交换机上的主机发送广播数据包，则                                                                     该交换机上每一个端口都会受到这个数据包。

物理层：负责把逐个比特从一跳（结点）移动到另一跳（结点）。

                   功能：1、定义接口和媒体的物理特性
                              2、定义比特的表示、数据传输速率、信号的传输模式（单工、半双工、全双工）
                              3、定义网络物理拓扑（网状、星型、环型、总线型等拓扑）
                   设备：集线器Hub——>整台设备在同一个冲突域中，也在同一个广播域中，设备共享网络带宽

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二、利用OSI参考数据传输过程

  OSI参考分析数据传输过程

 

假设A和B处在不同的网段，A需要给B发送数据，则整个数据传输过程是这样的：

A --->路由器-->B

A从应用层往下传数据，一层一层进行封装，到达网络层时，给数据包加上IP头部；到达数据链路层时再加上其它标签，增加MAC地址；直到物理层，变成0和1的数据流，通过网线等物理介质传到路由器；而路由器怎么直到知道1010这些数据要往哪里发呢？由于ip地址被包裹在里面，所以路由器需要做一个逆向的工作，把数据整合解封成IP包，露出源IP地址，目的IP后，通过查询路由器的路由表，再将此数据封装，变成1010；重复这个过程若干次，直到进入B时，B再将此时的数据解封成A希望发的数据。

（PDU——>传输层Segment（包含端口）——>网络层Packet（增加IP地址）——>数据链路层Frame（增加MAC地址）——>物理层Bits——>路由器1——>..........——>路由器n——>B）

数据封装过程

 B则从物理层逐渐解封装，一层一层剥去首部，最终还原成最初的数据。

解封装过程