概述

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引言

​ 为了解决网络的通信问题，ISO（International Organization for Standardization, 国际标准化组织）制定了国际标准 OSI（Open System Interconnection, 开放式系统互联参考模型），对通信系统进行了标准化。
​ OSI参考模型分为七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。目前，应用最广泛的TCP/IP通讯协议将OSI参考模型简化为了四层：数据链路层、网络层、传输层、应用层。下图给出了两者的对应关系，同时给出了TCP/IP协议各层所包含的常用协议。

​ 表1 OSI 和 TCP/IP 对应关系

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各层的功能

• 数据链路层
  • 处理与通信传输媒介（如电缆）的物理接口细节，数据链路层的协议定义了通过通信媒介互联设备之间传输的规范。
  • 属于数据链路层的地址为物理地址，即 MAC地址（Media Access Control Address），每一个主机或是路由器设备都有唯一的MAC地址，它是由设备的制造厂商针对每块网卡（Network Interface Card, NIC，是计算机联网时所需要的硬件，现在的计算机一般都有内置网卡）设定的。
• 网络层
• 处理分组在网络中的活动，如分组选路。
• 属于网络层的地址为IP地址。
• 传输层
• 为两台主机上的应用程序提供端到端的通讯，是根据端口（可以理解为传输层的地址）实现的。
• 应用层
• 处理特定的应用程序细节。

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通讯过程

​ 图1给出了七层协议的通讯过程，四层的TCP/IP协议与之类似。

图1 OSI 参考模型通讯过程

​ 待发送的数据包从上层协议到下层协议，依次添加首部（包括源地址、目标地址等信息），直到数据链路层封装成数据帧，根据首部信息发送数据帧，到达目标主机之后，再由下层协议到上层依次解封，进而获得数据。图2给出了需要传输的数据经过各层添加首部的过程。图3给出了分层包的结构。

​ 图2 数据包首部的层次化

图3 分层包的结构

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传输方式的分类

​ 网络通信传输方式可以根据不同的标准进行分类。

面向有连接型和无连接型

• 面向有连接型

  在发送数据之前，需要在发送端和接收端主机之间连接一条通信线路。

• 面向无连接型

  不要求建立和断开连接，发送端可以任何时候自由发送数据。

电路交换与分组交换

• 电路交换

  在电路交换中，交换机主要负责数据的中转处理，两台主机通信时，首先建立通信线路，是独占线路进行通信的，效率较低。

• 分组交换

  在分组交换中，由分组交换机（路由器）连接通信，发送端将数据分组发送给路由器，路由器收到后，缓存到自己的缓冲区，然后再转发给接收端。
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  图4 电路交换和分组交换

根据接收端数量分类

• 单播

  只有一个接收端，即一对一通信，例如早期的固定电话。

• 广播

  有多个接受端，即从一个主机发送消息给与之相连的所有其他主机，例如电视广播。

• 多播

  与广播相似，不同之处在于多播要限定某一组主机作为哦接收端，例如电视会议。

• 任播

  任播指在特定的多台主机中选出一台作为接收端。
  
  ​ 图5 单播、广播、多播、任播

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一些常用术语

• ISO International Organization for Standardization, 国际标准化组织

• OSI Open System Interconnection, 开放式系统互联参考模型

• ISP Internet Service Provider, 网络服务供应商

• WAN Wide Area Network, 广域网

• LAN Local Area Network, 局域网

• Internet 网际网

• The Internet 互联网

• 地址

  • MAC地址 数据链路层（物理层）地址

  • IP地址 网络层地址

  • 端口号 传输层地址

• 数据单位

  • 包 是全能性术语
  • 帧 用于表示数据链路层中包的单位
  • 数据报 是IP和UDP等网络层以上的分层中的包单位
  • 段 表示TCP数据流中的信息
  • 消息 指应用协议中数据的单位