TCP/IP协议族[ 1 ]OSI模型与TCP/IP协议

一.OSI模型

1.开放系统互连模型（OSI）：

OSI模型是一个分层的框架结构，其目的是为了设计出能够让各种类型的计算机系统相互通信的网路系统。它由七个独立且相关的层组成，而每一层都定义了信息通过网络传输的完整过程的一部分。

2.OSI的七层结构：

物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。

处于一台机器的每一层都要调用紧挨的下一层的服务。例如：第三层使用第二层提供的服务，同时为第四层提供服务。
不同机器的相同层级进行相互通信，这种通信时由协议来控制的，协议就是事先都同意的一组规则和约定。

3.层与层之间的通信

数据能够在发送设备中逐层向下传递，在接收设备中逐层向上交付，是因为相邻的层级之间有一天接口。接口定义了该层必须向上一层提供什么样的服务和信息。

4.层的组织方式

网络支承层：第1、2和3层（物理层、数据链路层和网络层）。负责在物理上将数据从一台设备传送到另一台设备上。
用户支承层：第5、6和7层（会话层、表示层和网络层）使得一些本来没有关系的软件系统有了互操作性。
运输层：第四层（运输层），负责将两个部分连接起来，使得底层发送的是高层可使用的形式。

5.封装

第7层的分组封装在第6层里，整个第6层的分组封装在第5层的分组里，以此类推。

6.OSI 的各层

物理层：

协调通过物理媒体传送比特流时所需要的各种功能。物理层涉及到接口和传统媒体的机械和电气规约。它还定义了这些物理设备及接口为了实现传输必须完成的过程和功能。

具体包括如下内容：物理层定义了设备和传输媒体间的接口特性和传输媒体的类型；物理层定义了编码的类型（即0和1是怎样变为信号）；物理层定义了传输速率（即每秒发送的比特数）；物理层定义了发送设备与接收方比特的同步；物理层还考虑线路的配置；物理层决定网络的物理拓扑（网状、星状、环状、总线等）；物理层定义了两个设备中的传输方向（单工方式、半双工方式、全双工方式）。

数据链路层：

将物理层（即原始的传输设施）转换为可靠的链路。它使物理层对上层（网络层）看起来好像是无差别的。

具体包括以下内容：数据链路层把从网络层收到的比特流划分为可以处理的数据单元，称为帧（frame）；给帧添加一个物理地址的首部，指明帧的发送方和接收方；数据链路层使用流量控制的功能来预防接收方速率小于发送方速率导致的负荷；数据链路层增加一些措施来检测并重传损坏掉的帧或者丢失的帧；多台设备接入同一条链路时，数据链路层决定哪一台设备对链路有控制权。

网络层：

负责把分组从源点交付给终点，这可能要跨越多个网络（链路）。

具体包括以下内容：分组超过网络层边界，需要网络层为我们提供逻辑编址来区分源系统和目的系统，包含发送方和接收方的逻辑地址和其他一些信息；网络层为路由器或交换机确定路由选择和交换。

运输层：

负责完整报文的进程到进程的交付。运输层确保整个报文原封不动的按序到达，它要监督从源点到终点这一级的差错控制和流量控制。

具体包括以下内容:运输层首部包含着服务点地址（端口地址），负责将特定进程交付给另一个计算机的特定进程；一个报文会被划分为若干个可传输的报文段，每个报文段应包含一个序列号，当报文到达终点后，运输层利用这些序号将其重新组装起来，同时对在传输时丢失的分组也能进行识别并替换为正确的分组；运输层进行连接控制，选择是无连接的还是面向连接的；运输层也进行流量控制，运输层是端对端的，数据链路层是负责单条链路上的流量控制；运输层还负责端对端的差错控制，纠错方式通过重传完成。

会话层：

会话层是网络的对话控制器，它用于建立、维持并同步正在通信的系统之间的交互。

具体包含以下内容：会话层允许两个系统进入对话状态。它允许两个进程间的通信按半双工或者全双工方式进行；会话层允许进程在数据流中插入若干个检查点（同步点），使得系统按照一定单位进行传输，避免中断从头开始传输。

表示层：

负责两个系统所交换的信息的语法和语义。

具体包含以下内容：不同的计算机使用不同的编码方式，表示层在不同的编码方式中提供互操作性，发送方的表示层把信息从与发送方有关的格式转换为一种公有格式，接收方的表示层将其转换为与接受方有关的格式；表示层负责加密与解密；表示层还负责信息的压缩。
(7)应用层：让用户（人或者软件）能够接入网络，应用层给用户提供接口，提供各种服务支持。
具体包含以下内容：应用层提供网络虚拟终端；应用层允许用户访问远程主机中的文件传送、存取和管理（FTAM）；应用层提供转发和存储电子邮件的基本功能；应用层提供分布式数据库源，以及对全球各种对象和服务信息的存储。

7.OSI各层小结

应用层：允许访问网络资源
表示层：数据的转换、加密和压缩
会话层：建立、管理和终止对话
运输层：提供可靠的进程到进程的交付和差错恢复
网络层：从源点到终点传送分组，提供网络互联
数据链路层：将比特组织成帧结构，提供逐跳支付
物理层：经过媒体传送比特，提供机械的和电气的规约

8. 单工、半双工和全双工

单工方式：只有一台设备可以发送，另外一台设备只可以接收。
半双工方式：两台设备都可进行发送和接收，但不能在同一时间进行。
全双工方式：两台设备可以在同一时间进行发送和接收。

二.TCP/IP协议族

1.TCP/IP协议族与OSI的比较

TCP/IP被认为有五层模型：物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层。通常认为TCP/IP的应用层是OSI模型最高三层的合并。

2.TCP/IP协议族的分层

物理层：

在物理层，TCP/IP没有定义任何特定的协议，它支持所有标准的和专有的协议。物理层的传输单位是比特。除了传输比特外，物理层的其他任务也与OSI模型的物理层相对应，且主要取决于提供链路的底层技术。

数据链路层：

TCP/IP没有为数据链路层定义任何特定的协议，它支持所有标准和专有的协议。数据链路层通信的单位是被称为帧的分组，一个帧就是封装了来自网络层的数据的分组，并为其添加一个首部，有时候添加一个尾部，这个首部主要包含这个帧的源地址和目的地址。

网络层：

在网络层，TCP/IP支持的是网际协议（Internet Protocol ,IP）。IP传输的是称为数据报（datagram）的分组。每个数据报独立传输，并且到达终点也不具备按原顺序重排的能力。网络层的通信单位是数据报。
运输层：网络中所有的节点都需要具备网络层，但只有两端的计算机才需要运输层。运输层负责将完整的报文（也称为报文段、用户数据或分组）从计算机A交付给计算机B。一个报文段可能包含几十个数据报。传统上，TCP/IP协议族中有两个运输层协议：用户数据报协议（User Datagram Protocol,UDP）和传输控制协议（Transmission Control Protocol,TCP），近几年又出现一种新的运输层协议叫流控制传输协议（Stream Control Transmission Protocol，SCTP）。运输层的通信单位可以使报文段、用户数据或分组，取决于运输层使用的具体协议。

应用层：

应用层使用用户能够获得网络所提供的服务，这一层定义了许多协议以提供诸如电子邮件、文件传送以及访问全球万维网的服务。应用层的通信单位是报文。

3.编址

实施了TCP/IP协议的互联网需要用到四个级别的地址：物理地址、逻辑地址、端口地址和特定应用地址。

物理地址:

物理地址也称链路地址，是由节点所在的局域网或广域网为该节点指定的地址。物理地址包含在数据链路层所使用的帧中。物理地址是最低一层的地址，仅对链路有效。一般情况下，大多数局域网使用48位（6个字节）的物理地址，并写成12个十六进制数字，每个字节（两个十六进制数字）之间用一个冒号分隔开，如下所示：
07:01:02:2C:4B
物理地址可以分单播、多播或广播。

逻辑地址：

不同的网络使用不同格式的物理地址，因此为了唯一标识每台主机，设计了逻辑地址。逻辑地址是一个32位地址，可以用来唯一地标志连接在因特网上的每一台主机。互联网上不存在两台相同IP地址的公开编址的实体主机。两台主机在进行交互通信时，物理地址逐跳而变，逻辑地址保持不变。逻辑地址也分为单播地址、多播地址和广播地址。

端口地址：

在TCP/IP体系结构中，给一个进程指派的标号称为端口地址。物理地址逐跳而变，逻辑地址和端口地址通常保持不变。

【参考书目】：《TCP/IP协议族》（第四版）