第一章 · 计算机网络基础（1.网络参考模型）

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一、开放系统互联参考模型

1.概述

     为了保证计算机网络中通信双方能够正确自动地进行通信，标准化组织制订了一套约定，这些约定被称作网络系统的通信协议。计算机网络分为通信子网与资源子网两个部分。在首个网络ARPANET诞生至今已经有许许多多商业化的网络系统，这些自行发展的网络之间的结构差异很大，以至于之间互不兼容，难以相互连接构成更大的网络系统。为此，国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互联参考模型（OSI）。OSI将计算机网络划分成为7层，该模型是为了将开放式系统相互联接起来的标准，促进不同厂商之间的协同工作，解决兼容性的问题。

    OSI七层模型将服务、接口、协议三个概念区分开来，服务是为上层提供功能的，接口说明上层如何使用下层的服务，而协议是规定同层之间的服务。

   OSI从上至下规定的七层模型为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

2.应用层

  应用层是用户与计算机交流的层，为用户提供应用程序及网络相互作用的接口。包括文件传输（FTP）、域名服务器（DNS）、虚终端（Telnet）及电子邮件服务器（SMTP）

3.表示层

  表示层以一种有序的、有意义的方式表示信息。该层的主要功能是数据翻译、数据加密、数据压缩等。表示层可以为异种机通讯提供公共语言，使之能够相互操作。

4.会话层

  会话层在不同计算机的两个进程之间的建立、维持或结束确定的连接，在两个会话用户之间实现有组织的、同步的数据传输。这一层的主要功能是建立和维持会话，使会话能获得同步。

5.传输层

  传输层是整个网络的关键部分，包含了有关传输数据的所有细节。传输层为源端机和目的端机之间提供数据传输服务。主要工作是数据的传输和重组，将上层应用的数据分成若干小的数据段，将这些小的数据段交给网络层。常见的传输层协议有TCP、UDP。传输层具备差错恢复、流量控制功能，为用户提供可靠的、无误的数据传输。传输层的数据传输单元（PDU）是报文段。报文段首部包括源端口号与目的端口号，报文段首部还拥有其他控制信息。

6.网络层

  网络层的主要任务是完成主机间的报文传输，设置网络层的主要目的是要为报文分组以最佳路径通过通信子网到目的主机提供服务。网络层涉及的协议有IP、IPX、Apple Talk等。网络层主要设备有路由器、三层交换机等等。网络层设备需要根据IP地址做出路径选择。路由器是网络层连接不同网段的设备，能对来自不同网段的数据信息进行“翻译”与转发，这其中使用了诸如RIP、OSPF、EIGRP等等网络层协议来实现。所需功能。在一条物理信道建立之后，有很多空闲时间没有被使用，浪费很多资源。为解决这些问题，人们发明了虚电路、逻辑信道等技术。网络层的数据传输单元（PDU）是报文。报文头部包括源主机的IP地址与目的主机的IP地址以及其他控制信息。

7.数据链路层

  数据链路层可以理解为一种数据信道，物理层在进行数据通信时要经过建立通信联络和拆除数据联络两个过程，这种建立起来的数据收发过程就叫做数据链路。在实际情况中，物理层传输数据时难免遇到差错，但通信的双方需要一种无差错的数据传输。数据链路层为了弥补物理层数据传输差错上的不足，对物理层上传的数据进行检查和纠错。数据链路层的设备包括交换机和网桥。数据链路层的数据传输单元（PDU）为帧。帧首部包括目的网卡和源网卡的MAC地址，MAC地址是设备出厂时由厂家烧录进去的，一旦烧录，不可更改。除了链路的建立、拆除、分离的基本功能之外，数据链路层还具有帧定界和帧同步、顺序控制、差错检测与恢复等功能。Ethernet（以太网）数据链路层包含MAC和LLC两个子层。MAC定义了如何通过介质传输分组，MAC称为介质访问控制。LLC称为逻辑链路控制，主要与上层进行通信，负责识别网络层协议并对其进行封装。IEEE 802.3标准描述了MAC子层的功能。IEEE 802.2描述了LLC子层的功能。

8.物理层

  物理层是OSI的第一层。作为整个系统的最底层，物理层为设备之间的数据通信提供了传输媒体与互联设备。为数据传输提供了可靠的环境，定义了网络设备之间物理链路的电气或机械特性。网络层设备包括集线器（Hub）和中继器。物理层的传输设备包括有限介质与无线介质两种，有线介质包括电话线、双绞线、同轴电缆、光线等。无线介质包括卫星、微波、IR、RF、激光等。物理层为设备提供传送数据的通路。数据通路可以是一个物理媒体、也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输包括物理连接、传送数据、终止物理连接。