network_planner:chapter_01:01_02_architecture

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network_planner:chapter_01:01_02_architecture [2026/08/05 11:01] – iteasyxnetwork_planner:chapter_01:01_02_architecture [2026/08/05 11:08] (当前版本) – [5.3 OSI层次结构图] iteasyx
行 1: 行 1:
 +====== 计算机网络体系结构 ======
 +
 +~~TOC~~
 +
 +===== 概述 =====
 +
 +计算机网络体系结构采用**分层设计**，把复杂的网络通信过程划分成若干相对独立的功能层。
 +
 +每一层完成特定的通信任务：
 +
 +  * 使用下层提供的服务；
 +  * 向上层提供更高级的服务；
 +  * 同一层的对等实体通过协议协同工作；
 +  * 层与层之间通过接口交换信息。
 +
 +常见的计算机网络体系结构主要包括：
 +
 +  - **OSI参考模型**：划分为7层；
 +  - **TCP/IP模型**：通常划分为4层。
 +
 +> **核心思想：**把复杂的网络通信问题分解为多个层次，每一层只关注自己的任务，并通过清晰的接口与相邻层交互。
 +
 +----
 +
 +===== 1. 分层体系结构 =====
 +
 +==== 1.1 为什么采用分层结构 ====
 +
 +计算机网络通信涉及信号传输、差错控制、寻址、路由、可靠传输、数据表示和应用服务等多个问题。
 +
 +如果把所有功能集中在一个整体中实现，系统将变得非常复杂，难以设计、维护和扩展。
 +
 +分层设计具有以下优点：
 +
 +  * 将复杂问题分解为多个相对简单的问题；
 +  * 明确不同层次的任务和责任；
 +  * 保持各层之间的相对独立；
 +  * 便于协议设计、软件开发和故障定位；
 +  * 某一层的实现可以升级，而不必改变整个网络体系；
 +  * 不同厂商可以根据统一接口实现互联互通。
 +
 +==== 1.2 分层关系 ====
 +
 +为了便于描述，任意一层可以称为 **(N)层**：
 +
 +  * 它的上层称为 **(N+1)层**；
 +  * 它的下层称为 **(N-1)层**。
 +
 +其基本关系如下：
 +
 +<code>
 +(N+1)层
 +   ↑ 使用(N)层提供的服务
 +   │
 +(N)层
 +   ↑ 使用(N-1)层提供的服务
 +   │
 +(N-1)层
 +</code>
 +
 +每一层都在下层服务的基础上增加新的功能，再向上层提供增值服务。
 +
 +例如：
 +
 +  * 网络层在数据链路层点到点通信服务的基础上增加路由和中继功能；
 +  * 传输层在网络层服务的基础上增加端到端控制和可靠传输功能。
 +
 +==== 1.3 层次独立性 ====
 +
 +分层设计要求不同层次之间保持相对独立。
 +
 +只要某一层继续向上层提供相同的服务，该层的内部实现方式就可以改变，而不必要求上层同时修改。
 +
 +> **理解要点：**上层关心下层“能够提供什么服务”，通常不需要知道这些服务“具体如何实现”。
 +
 +----
 +
 +===== 2. 实体、协议、服务与接口 =====
 +
 +==== 2.1 实体 ====
 +
 +实体是实现某一网络层功能的软件元素或硬件元素的抽象。
 +
 +常见实体包括：
 +
 +  * 软件进程；
 +  * 协议模块；
 +  * 网络接口模块；
 +  * 智能I/O芯片；
 +  * 网络通信设备中的功能模块。
 +
 +处于同一层中的实体称为**对等实体**。
 +
 +例如，两台主机中的传输层协议模块就是传输层的对等实体。
 +
 +==== 2.2 协议 ====
 +
 +协议是同一层对等实体之间进行通信时共同遵守的规则集合。
 +
 +协议通常规定：
 +
 +  * 数据格式；
 +  * 报文含义；
 +  * 信息交换顺序；
 +  * 状态转换；
 +  * 差错处理方式；
 +  * 通信双方的协同规则。
 +
 +(N)层实体之间的合作关系由 **(N)协议**规范。
 +
 +<code>
 +主机A                                主机B
 +(N)实体  ←────── (N)层协议 ──────→  (N)实体
 +   ↑                                     ↑
 +使用(N-1)层服务                    使用(N-1)层服务
 +</code>
 +
 +==== 2.3 服务 ====
 +
 +服务是某一层向相邻上层提供的功能。
 +
 +(N)层使用(N-1)层提供的服务，完成自己的功能后，再向(N+1)层提供服务。
 +
 +例如：
 +
 +  * 数据链路层向网络层提供点到点的帧传输服务；
 +  * 网络层向传输层提供分组传输和路由服务；
 +  * 传输层向应用相关层提供端到端的数据传输服务。
 +
 +==== 2.4 接口 ====
 +
 +接口描述同一系统中相邻层次之间交换信息的方式。
 +
 +接口位于上下相邻层之间，规定上层如何调用下层提供的服务。
 +
 +==== 2.5 四个概念的区别 ====
 +
 +^ 概念 ^ 作用范围 ^ 核心含义 ^ 简单理解 ^
 +| 实体 | 某一层内部 | 实现该层功能的软件或硬件元素 | 谁在工作 |
 +| 协议 | 不同系统的同层实体之间 | 对等实体通信的规则 | 横向规则 |
 +| 服务 | 相邻上下层之间 | 下层向上层提供的功能 | 下层能做什么 |
 +| 接口 | 同一系统的相邻层之间 | 上层访问下层服务的方法 | 纵向入口 |
 +
 +> **记忆方法：**实体是参与者，协议是同层规则，服务是下层能力，接口是访问服务的入口。
 +
 +----
 +
 +===== 3. 服务访问点SAP =====
 +
 +==== 3.1 SAP的含义 ====
 +
 +服务访问点简称 **SAP**，英文名称为：
 +
 +  * Service Access Point；
 +  * 中文名称为服务访问点。
 +
 +(N+1)实体通过(N)服务访问点获得(N)层提供的服务。
 +
 +(N)SAP表示(N)实体与(N+1)实体之间的逻辑接口。
 +
 +==== 3.2 SAP的关系 ====
 +
 +教材中给出的基本关系包括：
 +
 +  * 一个(N)SAP只能由一个(N)实体提供；
 +  * 一个(N)SAP只能被一个(N+1)实体使用；
 +  * 一个(N)实体可以提供多个(N)SAP；
 +  * 一个(N+1)实体也可以使用多个(N)SAP。
 +
 +SAP本质上代表上下层实体建立服务关系的手段。
 +
 +<code>
 +             (N+1)实体
 +                  │
 +             (N) SAP
 +                  │
 +               (N)实体
 +                  │
 +            (N-1) SAP
 +                  │
 +             (N-1)实体
 +</code>
 +
 +----
 +
 +===== 4. 服务原语 =====
 +
 +OSI参考模型使用服务原语描述某个功能层提供的服务。
 +
 +服务原语通常采用类似过程调用的形式，用于描述相邻层之间如何请求和提供服务。
 +
 +==== 4.1 面向连接服务的四种原语 ====
 +
 +面向连接服务通常包括四种服务原语：
 +
 +^ 服务原语 ^ 英文 ^ 作用 ^
 +| 请求原语 | Request | 服务使用者请求执行某项操作 |
 +| 指示原语 | Indication | 服务提供者通知对方发生了请求或事件 |
 +| 响应原语 | Response | 被调用方对收到的指示作出响应 |
 +| 确认原语 | Confirm | 服务提供者向请求方确认操作结果 |
 +
 +典型交互过程如下：
 +
 +<code>
 +发起方                        接收方
 +  │                             │
 +  │ 请求 Request                │
 +  ├──────────────→              │
 +  │              指示 Indication│
 +  │                        ─────→│
 +  │                             │
 +  │              响应 Response  │
 +  │              ←──────────────┤
 +  │ 确认 Confirm                │
 +  │←──────────────              │
 +</code>
 +
 +==== 4.2 面向连接与无连接服务 ====
 +
 +OSI服务可以分为：
 +
 +  * 面向连接服务；
 +  * 无连接服务。
 +
 +=== 面向连接服务 ===
 +
 +面向连接服务在传输数据前，需要先建立逻辑连接。
 +
 +其基本过程通常包括：
 +
 +  - 建立连接；
 +  - 传输数据；
 +  - 释放连接。
 +
 +连接通常是点到点连接，也可以在多个端点之间建立多点连接。
 +
 +=== 无连接服务 ===
 +
 +无连接服务在发送数据前不需要建立连接。
 +
 +每个数据单元可以独立发送，网络服务中的数据报通信就是典型的无连接通信方式。
 +
 +==== 4.3 连接端点CEP ====
 +
 +连接的两端称为连接端点，简称 **CEP**：
 +
 +  * Connection End Point；
 +  * 中文名称为连接端点。
 +
 +(N)实体使用本地CEP标识已经建立的各个连接。
 +
 +----
 +
 +===== 5. OSI参考模型 =====
 +
 +==== 5.1 OSI/RM的提出 ====
 +
 +1978年，国际标准化组织 **ISO** 提出开放系统互连参考模型。
 +
 +OSI/RM的英文名称为：
 +
 +  * Open Systems Interconnection Reference Model；
 +  * 中文名称为开放系统互连参考模型。
 +
 +ISO 7498文件对OSI参考模型进行了规定和描述。
 +
 +OSI/RM为开放系统之间的互连提供了一套分层的功能结构框架。
 +
 将原页面中“OSI七层结构”表格替换为以下内容即可： 将原页面中“OSI七层结构”表格替换为以下内容即可：
  
行 14: 行 282:
 | 1 | 物理层 | 透明传输比特 | 比特流（Bit Stream） | | 1 | 物理层 | 透明传输比特 | 比特流（Bit Stream） |
  
-==== 5.3 协议数据单元PDU ====+将原来的“OSI层次结构图”替换为以下内容：
  
-**PDU**是Protocol Data Unit的缩写，中文通常称为**协议数据单元**。+将“5.3 OSI层次结构图”替换为以下单行版本。每层的名称、缩写、英文全称和中文含义均在同一行：
  
-PDU是同一层对等实体之间进行逻辑通信时交换的数据单位。不同层次的PDU具有不同名称。+==== 5.3 OSI层次结构图 ====
  
-^ 缩写 ^ 英文全称 ^ 中文含义 ^ 所属层次 ^ +<code> 
-| APDU | Application Protocol Data Unit | 应用层协议数据单元 | 应用层 | +┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ 
-| PPDU | Presentation Protocol Data Unit | 表示层协议数据单元 | 表示层 | +│ 第7层 应用层       APDU（Application Protocol Data Unit，应用层协议数据单元）                    │ 
-| SPDU | Session Protocol Data Unit | 会话层协议数据单元 | 会话层 | +├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ 
-| TPDU | Transport Protocol Data Unit | 传输层协议数据单元 | 传输层 |+│ 第6层 表示层       PPDU（Presentation Protocol Data Unit，表示层协议数据单元）                   │ 
 +├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ 
 +│ 第5层 会话层       SPDU（Session Protocol Data Unit，会话层协议数据单元）                        │ 
 +├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ 
 +│ 第4层 传输层       TPDU（Transport Protocol Data Unit，传输层协议数据单元）                      │ 
 +├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ 
 +│ 第3层 网络层       Packet（分组）                                                               │ 
 +├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ 
 +│ 第2层 数据链路层   Frame（帧）                                                                  │ 
 +├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ 
 +│ 第1层 物理层       Bit Stream（比特流）                                                         │ 
 +└────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ 
 +                                          │ 
 +                                          ▼ 
 +                              Transmission Medium（传输介质） 
 +</code>
  
-网络层及以下通常使用更直观的名称：+^ 层号 ^ 层次 ^ 数据单元及含义 ^ 
 +| 7 | 应用层 | APDU（Application Protocol Data Unit，应用层协议数据单元） | 
 +| 6 | 表示层 | PPDU（Presentation Protocol Data Unit，表示层协议数据单元） | 
 +| 5 | 会话层 | SPDU（Session Protocol Data Unit，会话层协议数据单元） | 
 +| 4 | 传输层 | TPDU（Transport Protocol Data Unit，传输层协议数据单元） | 
 +| 3 | 网络层 | Packet（分组） | 
 +| 2 | 数据链路层 | Frame（帧） | 
 +| 1 | 物理层 | Bit Stream（比特流） |
  
-  * 网络层PDU称为**分组**（Packet）； +> **PDU：**Protocol Data Unit，协议数据单元，表示同层对等实体之间处理和交换的数据单位。
-  * 数据链路层PDU称为**帧**（Frame）； +
-  * 物理层传输的是**比特流**（Bit Stream）。+
  
-> **记忆方法：**APDU、PPDU、SPDU和TPDU的首字母分别对应Application、Presentation、Session和Transport。+> **封装顺序：**APDU → PPDU → SPDU → TPDU → Packet → Frame → Bit Stream。 
 +===== 6. OSI各层功能 =====
  
-==== 5.4 PDU的封装关系 ====+==== 6.1 物理层 ====
  
-发送数据时，上层PDU作为数据交给下层，下层加入本层的协议控制信息，形成新的PDU，这个过程称为**封装**。+物理层负责在通信链路上透明地传输比特。 
 + 
 +其主要功能包括： 
 + 
 +  * 线路配置； 
 +  * 确定数据传输方式； 
 +  * 确定信号形式； 
 +  * 对信号进行编码； 
 +  * 连接传输介质； 
 +  * 建立、维护和拆除物理链路。 
 + 
 +物理层通常定义以下特性： 
 + 
 +  * 机械特性； 
 +  * 电气特性； 
 +  * 功能特性； 
 +  * 规程特性。 
 + 
 +教材列举的物理层相关标准或协议包括： 
 + 
 +  * RS-232； 
 +  * RS-449； 
 +  * X.21； 
 +  * V.35； 
 +  * ISDN； 
 +  * FDDI； 
 +  * IEEE 802.3； 
 +  * IEEE 802.4； 
 +  * IEEE 802.5。 
 + 
 +> **关键词：**比特、信号、接口、传输介质、电气特性。 
 + 
 +==== 6.2 数据链路层 ==== 
 + 
 +数据链路层将物理层传输的比特组成帧，并在链路上提供点到点的帧传输服务。 
 + 
 +其主要功能包括： 
 + 
 +  * 成帧； 
 +  * 物理寻址； 
 +  * 差错检测和差错控制； 
 +  * 流量控制； 
 +  * 链路访问控制。 
 + 
 +教材列举的数据链路层协议包括： 
 + 
 +  * HDLC； 
 +  * LAP-B； 
 +  * IEEE 802数据链路层协议。 
 + 
 +> **关键词：**帧、MAC地址、差错控制、流量控制、点到点链路。 
 + 
 +==== 6.3 网络层 ==== 
 + 
 +网络层负责在源节点和目的节点之间传输分组。 
 + 
 +其主要功能包括： 
 + 
 +  * 逻辑寻址； 
 +  * 路由选择； 
 +  * 分组转发； 
 +  * 拥塞控制； 
 +  * 顺序控制； 
 +  * 跨网络中继。 
 + 
 +在路由器经过的通信子网中，通常主要处理物理层、数据链路层和网络层功能。 
 + 
 +> **关键词：**分组、IP地址、路由、转发、拥塞控制。 
 + 
 +==== 6.4 网络层的三个子层 ==== 
 + 
 +OSI网络层可以进一步划分为三个子层： 
 + 
 +^ 子层 ^ 英文缩写 ^ 主要作用 ^ 
 +| 与子网无关的会聚功能 | SNIC | 提供与具体子网无关的统一网络功能，类似网际互连功能 | 
 +| 与子网相关的会聚功能 | SNDC | 把具体网络服务改造为适合网络层使用的服务 | 
 +| 子网访问功能 | SNAC | 使用数据链路层服务访问具体子网 | 
 + 
 +==== 6.5 传输层 ==== 
 + 
 +传输层提供端到端、可靠和透明的数据传输。 
 + 
 +其主要功能包括： 
 + 
 +  * 数据分段； 
 +  * 端到端连接； 
 +  * 顺序控制； 
 +  * 差错恢复； 
 +  * 流量控制； 
 +  * 保证数据完整性； 
 +  * 向上层屏蔽底层网络差异。 
 + 
 +教材列举的相关标准包括： 
 + 
 +  * ISO 8072：传输服务定义； 
 +  * ISO 8073：连接模式传输协议； 
 +  * ISO 8602：无连接模式传输协议。 
 + 
 +> **关键词：**端到端、可靠传输、分段、顺序、完整性。 
 + 
 +==== 6.6 会话层 ==== 
 + 
 +会话层用于建立、管理和终止应用进程之间的会话。 
 + 
 +其主要功能包括： 
 + 
 +  * 建立会话； 
 +  * 管理会话； 
 +  * 终止会话； 
 +  * 对话控制； 
 +  * 同步； 
 +  * 故障恢复； 
 +  * 组织应用进程之间的交互。 
 + 
 +教材列举的相关标准包括： 
 + 
 +  * ISO 8326：会话层服务定义； 
 +  * ISO 8327：会话层协议规范。 
 + 
 +> **关键词：**会话、对话控制、同步、恢复。 
 + 
 +==== 6.7 表示层 ==== 
 + 
 +表示层负责不同系统之间的数据表达和转换。 
 + 
 +其主要功能包括： 
 + 
 +  * 数据格式转换； 
 +  * 字符编码转换； 
 +  * 数据压缩； 
 +  * 数据解压； 
 +  * 数据加密； 
 +  * 数据解密； 
 +  * 提供公共数据表示方式。 
 + 
 +> **关键词：**格式、编码、压缩、加密。 
 + 
 +==== 6.8 应用层 ==== 
 + 
 +应用层直接面向用户应用提供网络服务。 
 + 
 +典型服务包括： 
 + 
 +  * 电子邮件； 
 +  * 文件传输； 
 +  * 网络管理； 
 +  * 远程访问； 
 +  * 信息查询。 
 + 
 +> **关键词：**用户应用、电子邮件、文件传输、网络服务。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 7. OSI数据传输过程 ===== 
 + 
 +==== 7.1 对等通信 ==== 
 + 
 +在逻辑上，两个系统中的同层实体通过同层协议通信。 
 + 
 +例如： 
 + 
 +  * 应用层实体使用应用层协议； 
 +  * 传输层实体使用传输层协议； 
 +  * 网络层实体使用网络层协议。 
 + 
 +但实际数据并不会直接横向穿过主机。 
 + 
 +发送端的数据需要逐层向下传递，经过传输介质到达接收端后，再逐层向上处理。 
 + 
 +==== 7.2 封装与解封装 ==== 
 + 
 +发送端：
  
 <code> <code>
-应用层数据+应用数据 
 +   ↓ 加入应用层控制信息 
 +APDU 
 +   ↓ 加入表示层控制信息 
 +PPDU 
 +   ↓ 加入会话层控制信息 
 +SPDU 
 +   ↓ 加入传输层首部 
 +TPDU 
 +   ↓ 加入网络层首部 
 +分组 
 +   ↓ 加入数据链路层首部和尾部 
 +帧 
 +   ↓ 转换为物理信号 
 +比特流 
 +</code> 
 + 
 +接收端按照相反顺序逐层处理： 
 + 
 +<code> 
 +比特流 → 帧 → 分组 → TPDU → SPDU → PPDU → APDU → 应用数据 
 +</code> 
 + 
 +==== 7.3 中间设备处理层次 ==== 
 + 
 +在典型通信过程中： 
 + 
 +  * 终端主机处理完整的OSI七层； 
 +  * 路由器主要处理物理层、数据链路层和网络层； 
 +  * 路由器根据网络层地址选择下一跳； 
 +  * 上层数据通常由通信端点处理。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 8. OSI模型的特点 ===== 
 + 
 +==== 8.1 优点 ==== 
 + 
 +  * 层次划分完整； 
 +  * 功能定义清晰； 
 +  * 有利于理解网络通信过程； 
 +  * 有利于协议标准化； 
 +  * 有利于不同厂商设备互联； 
 +  * 适合进行分层故障诊断； 
 +  * 是学习网络体系结构的重要参考模型。 
 + 
 +==== 8.2 局限性 ==== 
 + 
 +  * 层次和协议体系较为复杂； 
 +  * 部分功能在不同层之间存在重复； 
 +  * 实际部署中的完整OSI协议体系应用较少； 
 +  * 现代互联网主要采用TCP/IP协议体系。 
 + 
 +> **理解要点：**OSI协议体系虽然没有成为Internet的主流实现，但OSI七层模型仍广泛用于网络教学、协议分析和故障定位。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 9. TCP/IP模型 ===== 
 + 
 +==== 9.1 TCP/IP模型的形成 ==== 
 + 
 +1969年，美国国防高级研究计划局在研究ARPANET的过程中提出了TCP/IP相关体系。 
 + 
 +TCP/IP同样采用分层设计，使各层的任务和目标更加明确，有利于软件开发和通信控制。 
 + 
 +TCP/IP模型通常划分为4层，由低到高依次为： 
 + 
 +  - 网络接口层； 
 +  - 网际层； 
 +  - 传输层； 
 +  - 应用层。 
 + 
 +==== 9.2 TCP/IP四层结构 ==== 
 + 
 +^ 层次 ^ 主要功能 ^ 典型协议或技术 ^ 
 +| 应用层 | 向用户和应用程序提供网络服务 | DNS、HTTP、SMTP、POP3、FTP、Telnet、SNMP、TFTP、RPC | 
 +| 传输层 | 提供端到端的数据传输 | TCP、UDP | 
 +| 网际层 | IP寻址、分组和路由选择 | IP、ICMP、ARP、RARP | 
 +| 网络接口层 | 接收和发送IP数据包，与传输介质交互 | Ethernet等 | 
 + 
 +==== 9.3 TCP/IP结构图 ==== 
 + 
 +<code> 
 +┌────────────────────────────────────┐ 
 +│ 应用层                             │ 
 +│ DNS、HTTP、SMTP、POP3、FTP、       │ 
 +│ Telnet、SNMP、TFTP、RPC            │ 
 +├────────────────────────────────────┤ 
 +│ 传输层                             │ 
 +│ TCP                         UDP    │ 
 +├────────────────────────────────────┤ 
 +│ 网际层                             │ 
 +│ IP、ICMP、ARP、RARP                │ 
 +├────────────────────────────────────┤ 
 +│ 网络接口层                         │ 
 +│ Ethernet及其他链路技术             │ 
 +└────────────────────────────────────┘ 
 +</code> 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 10. TCP/IP各层功能 ===== 
 + 
 +==== 10.1 应用层 ==== 
 + 
 +应用层直接面向用户和应用程序。 
 + 
 +用户通过应用层完成： 
 + 
 +  * 收发电子邮件； 
 +  * 浏览Web信息； 
 +  * 传输文件； 
 +  * 远程登录； 
 +  * 域名解析； 
 +  * 网络管理。 
 + 
 +教材列举的主要应用层协议包括： 
 + 
 +^ 协议 ^ 主要用途 ^ 
 +| DNS | 域名解析 | 
 +| HTTP | Web信息传输 | 
 +| SMTP | 发送电子邮件 | 
 +| POP3 | 接收电子邮件 | 
 +| FTP | 文件传输 | 
 +| TFTP | 简单文件传输 | 
 +| Telnet | 远程登录 | 
 +| SNMP | 网络管理 | 
 +| RPC | 远程过程调用 | 
 + 
 +> **典型关系：**SNMP属于应用层协议，通常基于UDP传输。 
 + 
 +==== 10.2 传输层 ==== 
 + 
 +TCP/IP传输层负责对应用层数据进行分段，并提供主机应用进程之间的端到端通信。 
 + 
 +主要协议包括： 
 + 
 +  * TCP； 
 +  * UDP。 
 + 
 +=== TCP === 
 + 
 +TCP是传输控制协议，主要特点包括： 
 + 
 +  * 面向连接； 
 +  * 提供可靠传输； 
 +  * 对数据进行分段； 
 +  * 使用序号保证数据顺序； 
 +  * 使用确认和重传处理数据丢失； 
 +  * 提供流量控制和拥塞控制。 
 + 
 +=== UDP === 
 + 
 +UDP是用户数据报协议，主要特点包括： 
 + 
 +  * 无连接； 
 +  * 不保证可靠交付； 
 +  * 不保证数据顺序； 
 +  * 首部开销较小； 
 +  * 处理速度较快； 
 +  * 适合实时性较高或由应用自行保证可靠性的场景。 
 + 
 +==== 10.3 网际层 ==== 
 + 
 +网际层负责把传输层形成的数据段封装成IP数据包，在报头中加入地址信息，并选择数据包的发送路径。 
 + 
 +网际层的主要功能包括： 
 + 
 +  * IP逻辑寻址； 
 +  * 数据包封装； 
 +  * 路由选择； 
 +  * 分组转发； 
 +  * 差错报告； 
 +  * 地址解析。 
 + 
 +主要协议包括： 
 + 
 +^ 协议 ^ 主要功能 ^ 
 +| IP | 寻址、分组和路由转发 | 
 +| ICMP | 传递控制信息和差错报告 | 
 +| ARP | 根据IP地址解析链路层地址 | 
 +| RARP | 根据链路层地址请求网络层地址 | 
 + 
 +> **核心协议：**IP协议和TCP协议是TCP/IP体系中最重要的协议之一。 
 + 
 +==== 10.4 网络接口层 ==== 
 + 
 +网络接口层是TCP/IP模型的最低层，也称为链路层。 
 + 
 +其主要功能包括： 
 + 
 +  * 接收IP数据包； 
 +  * 发送IP数据包； 
 +  * 数据成帧； 
 +  * 使用物理地址； 
 +  * 控制介质访问； 
 +  * 与具体传输介质交互。 
 + 
 +TCP/IP早期并没有对网络接口层的功能、协议和实现方式作出完全统一的规定，因此可以使用多种底层网络技术，例如Ethernet。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 11. TCP/IP的数据传输过程 ===== 
 + 
 +==== 11.1 发送过程 ==== 
 + 
 +发送端的数据封装过程可以形象地理解为“套信封”： 
 + 
 +  - 应用层产生需要传输的数据； 
 +  - TCP将数据划分为若干段； 
 +  - TCP在每段数据前加入序号、端口等控制信息； 
 +  - IP把TCP数据段封装成IP数据包； 
 +  - IP首部中加入源地址和目的地址； 
 +  - 网络接口层把IP数据包封装成帧； 
 +  - 帧最终转换成物理信号发送到网络。 
 + 
 +<code> 
 +应用数据
    ↓    ↓
-APDU（应用层协议数据单元）+TCP数据段
    ↓    ↓
-PPDU（表示层协议数据单元）+IP数据包
    ↓    ↓
-SPDU（会话层协议数据单元）+数据链路帧
    ↓    ↓
-TPDU（传输层协议数据单元） +物理信号
-   ↓ +
-分组 Packet +
-   ↓ +
-帧 Frame +
-   ↓ +
-比特流 Bit Stream+
 </code> </code>
  
-接收端按照相反顺序逐层去除协议控制信息，这个过程称为**解封装**。+==== 11.2 接收过程 ==== 
 + 
 +接收端按照相反的顺序处理数据： 
 + 
 +  - 网络接口层接收帧； 
 +  - 网际层取出IP数据包； 
 +  - 传输层取出数据段； 
 +  - TCP根据序号重新排列数据； 
 +  - TCP进行校验并确认接收； 
 +  - 如果发现数据丢失或错误，则请求重传； 
 +  - 应用层最终获得完整数据。 
 + 
 +==== 11.3 分组交换 ==== 
 + 
 +TCP/IP本质上采用分组交换技术。 
 + 
 +其基本思想是把信息划分成多个不超过规定大小的数据包，再分别发送。 
 + 
 +分组交换的优点包括： 
 + 
 +  * 避免单个用户长时间独占网络线路； 
 +  * 多个用户可以共享网络带宽； 
 +  * 发生错误时不需要重新传输全部信息； 
 +  * 只需重新发送丢失或出错的数据包； 
 +  * 适合突发性计算机数据通信。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 12. OSI与TCP/IP的对应关系 ===== 
 + 
 +^ OSI参考模型 ^ TCP/IP模型 ^ 主要功能 ^ 
 +| 应用层 | 应用层 | 面向用户提供网络应用服务 | 
 +| 表示层 | 应用层 | 数据格式转换、压缩和加密 | 
 +| 会话层 | 应用层 | 建立、管理和终止会话 | 
 +| 传输层 | 传输层 | 端到端通信和可靠传输 | 
 +| 网络层 | 网际层 | IP寻址、路由和分组转发 | 
 +| 数据链路层 | 网络接口层 | 帧传输和介质访问 | 
 +| 物理层 | 网络接口层 | 比特和物理信号传输 | 
 + 
 +==== 12.1 对应关系图 ==== 
 + 
 +<code> 
 +OSI参考模型                 TCP/IP模型 
 +┌──────────┐ 
 +│ 应用层   │ ┐ 
 +├──────────┤ │ 
 +│ 表示层   │ ├──────→ 应用层 
 +├──────────┤ │ 
 +│ 会话层   │ ┘ 
 +├──────────┤ 
 +│ 传输层   │ ───────→ 传输层 
 +├──────────┤ 
 +│ 网络层   │ ───────→ 网际层 
 +├──────────┤ 
 +│ 数据链路层│ ┐ 
 +├──────────┤ ├──────→ 网络接口层 
 +│ 物理层   │ ┘ 
 +└──────────┘ 
 +</code> 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 13. OSI与TCP/IP的区别 ===== 
 + 
 +^ 对比项 ^ OSI参考模型 ^ TCP/IP模型 ^ 
 +| 提出或制定机构 | ISO | DARPA相关研究推动形成 | 
 +| 层次数量 | 7层 | 4层 | 
 +| 定位 | 通用开放系统互连参考模型 | 实际互联网协议体系 | 
 +| 应用、表示、会话 | 分为3个独立层次 | 合并在应用层 | 
 +| 物理层和链路层 | 分为两个层次 | 统一归入网络接口层 | 
 +| 网络层服务 | 同时讨论面向连接和无连接服务 | 以无连接IP数据报服务为核心 | 
 +| 实际应用 | 主要用于理论分析和标准参考 | 广泛用于Internet和实际网络 | 
 +| 主要价值 | 层次完整、概念清晰 | 简洁实用、协议成熟、部署广泛 | 
 + 
 +> **考试重点：**OSI是七层参考模型，TCP/IP通常是四层模型；现代互联网实际采用TCP/IP协议体系。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 14. 常见设备与层次 ===== 
 + 
 +^ 网络设备 ^ 主要工作层次 ^ 主要功能 ^ 
 +| 中继器 | 物理层 | 放大或再生物理信号 | 
 +| 集线器 | 物理层 | 在多个端口之间转发比特流 | 
 +| 网桥 | 数据链路层 | 根据MAC地址转发帧 | 
 +| 二层交换机 | 数据链路层 | MAC地址学习和帧交换 | 
 +| 路由器 | 网络层 | 根据IP地址选择路由并转发分组 | 
 +| 三层交换机 | 网络层和数据链路层 | 高速三层转发和二层交换 | 
 +| 网关 | 多个层次 | 实现不同协议或应用系统之间的转换 | 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 15. 易错点辨析 ===== 
 + 
 +==== 15.1 协议与服务 ==== 
 + 
 +  * 协议描述同层实体之间如何通信； 
 +  * 服务描述下层能够为上层提供什么能力； 
 +  * 协议是横向关系； 
 +  * 服务是纵向关系。 
 + 
 +==== 15.2 服务与接口 ==== 
 + 
 +  * 服务是下层提供的功能； 
 +  * 接口是上层访问这些功能的方式； 
 +  * SAP是上下层实体之间的逻辑服务访问点。 
 + 
 +==== 15.3 逻辑通信与实际通信 ==== 
 + 
 +  * 对等实体之间在逻辑上进行同层通信； 
 +  * 实际数据必须从发送端逐层向下传输； 
 +  * 数据经过物理介质到达接收端； 
 +  * 接收端再逐层向上处理。 
 + 
 +==== 15.4 网络层与传输层 ==== 
 + 
 +  * 网络层负责主机之间的分组传输和路由； 
 +  * 传输层负责应用进程之间的端到端通信； 
 +  * 网络层关注“数据包如何到达目标主机”； 
 +  * 传输层关注“数据如何可靠交付给目标应用”。 
 + 
 +==== 15.5 数据链路层与网络接口层 ==== 
 + 
 +  * OSI把物理层和数据链路层分开； 
 +  * TCP/IP通常把二者归入网络接口层； 
 +  * 网络接口层不是TCP/IP网际层； 
 +  * IP协议属于网际层。 
 + 
 +==== 15.6 SNMP所在层次 ==== 
 + 
 +  * SNMP属于TCP/IP应用层协议； 
 +  * SNMP通常使用UDP作为传输层协议； 
 +  * UDP并不因为承载SNMP而成为应用层协议。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 16. 复习要点 ===== 
 + 
 +  * 分层结构可以降低网络系统的复杂度； 
 +  * 每一层使用下层服务，并向上层提供增值服务； 
 +  * 实体是实现层次功能的软件或硬件元素； 
 +  * 对等实体之间通过协议进行逻辑通信； 
 +  * 协议是同层规则，服务是层间能力，接口是访问方式； 
 +  * SAP是服务访问点，CEP是连接端点； 
 +  * 面向连接服务具有请求、指示、响应和确认四种原语； 
 +  * OSI参考模型由7层组成； 
 +  * OSI数据单位依次包括APDU、PPDU、SPDU、TPDU、分组、帧和比特流； 
 +  * 物理层传比特，数据链路层传帧，网络层传分组； 
 +  * 传输层提供端到端通信； 
 +  * 会话层负责会话管理和同步； 
 +  * 表示层负责格式转换、压缩和加密； 
 +  * 应用层直接面向用户应用； 
 +  * TCP/IP模型通常分为网络接口层、网际层、传输层和应用层； 
 +  * TCP和UDP位于传输层； 
 +  * IP、ICMP、ARP和RARP与网际层功能相关； 
 +  * DNS、HTTP、SMTP、POP3、FTP、Telnet和SNMP位于应用层； 
 +  * TCP/IP采用分组交换技术； 
 +  * OSI主要用于理论分析，TCP/IP广泛用于实际互联网。 
 + 
 +> **一句话总结：**计算机网络体系结构通过分层把通信任务拆解，OSI用七层完整描述通信功能，TCP/IP用四层协议体系支撑现代互联网。 
 + 
 +---- 
 + 
 +===== 相关条目 ===== 
 + 
 +  * [[network_planner:chapter_01:01_01_network_concepts|计算机网络的概念]] 
 +  * [[network_planner:chapter_01:01_03_data_communication|数据通信基础]] 
 +  * [[network_planner:chapter_02:02_03_01_ip|IP协议]] 
 +  * [[network_planner:chapter_02:02_03_02_icmp|ICMP协议]] 
 +  * [[network_planner:chapter_02:02_03_03_arp|ARP协议]] 
 +  * [[network_planner:chapter_02:02_07_01_tcp|TCP]] 
 +  * [[network_planner:chapter_02:02_07_02_udp|UDP]] 
 +  * [[network_planner:guide:protocol_index|网络协议索引]] 
 + 
 +===== 参考资料 ===== 
 + 
 +  * 《网络规划设计师教程（第3版）》第1章“计算机网络基础”，第1.2节“计算机网络体系结构”。
  
-> **易错点：**PDU的准确译名是“协议数据单元”，教材图中也可能将其概括为“数据交换单元”。两种说法均表示相应层次在对等通信中处理和交换的数据单位。+{{tag>计算机网络 网络体系结构 OSI TCPIP 分层模型 协议 服务 接口 SAP 网络协议 软考 网络规划设计师}}
  • network_planner/chapter_01/01_02_architecture.1785898909.txt.gz
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