通用参考模型
目录
一、OSI 七层参考模型
1、OSI模型各层的功能
2、OSI模型的优缺点
优点
缺点
二、TCP/IP模型
三、封装和解封装
1、PDU概念
2、数据封装过程
3、数据解封装过程
四、完整的通信过程
五、层与设备的对应关系
六、TCP/IP协议族
七、共享式网络
1、定义
2、冲突域
3、CSMA/CD
4、双工模式
一、OSI 七层参考模型
1、OSI模型各层的功能
各层的作用如下：
| 层数 | 作用 |
| 7 应用层 |
OSI 参考模型中最靠近用户的一层，为
应用程序
提供网络服务，直接与用户交互
具体任务：提供网络服务的接口，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。 |
| 6 表示层 |
提供各种用于应用层数据的
编码（加解密）
和转换功能，
确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。
例子：SSL/TLS（安全套接层/传输层安全协议）、JPEG、MPEG等。 |
| 5 会话层 |
负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信
会话
。
该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。
具体任务：会话控制、同步、对话管理。 |
| 4 传输层 |
提供面向(TCP)或非面向（UDP）
连接
的数据传递以及进行重传前的差错检测。提供端口号。（即提供端到端的通信服务，确保数据的
可靠传输（就是一直给对方发）。
）
具体任务：分段与重组、错误检测与恢复、流量控制、连接管理。 |
| 3 网络层 |
提供逻辑地址的
寻址
，供
路由
器确定路径。（即负责数据包从源到目的地的传输，包括路由选择和转发。
）
具体任务：逻辑寻址（如IP地址）、路由、包转发、拥塞控制。 |
| 2 数据链路层 |
将比特组合成字节，再将字节组合成帧，
使用链路层地址（以太网使用MAC 地址）来访问介质，并进行差错检测。
数据链路层解决的是局域通信，不能跨网段通信。
|
| 1 物理层 | 在设备之间传输比特流，电流，电信号，电脉冲。（即负责在物理媒介上传输原始的比特流。） 例子：以太网、USB、蓝牙、光纤等。 |
2、OSI模型的优缺点
优点
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标准化和通用性：
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OSI模型为网络通信提供了一个通用的参考框架，使得不同厂商的设备和技术能够互操作。
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它促进了网络协议的标准化，减少了兼容性问题。
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模块化设计：
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分层结构使得网络设计、实现和维护更加模块化。
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每一层都有明确的功能，可以独立开发和优化，而不会影响其他层。
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易于理解和学习：
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OSI模型将复杂的网络通信过程分解为七个层次，每一层的功能清晰明确，便于学习和理解。
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故障隔离和调试：
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分层结构使得网络故障的定位和修复更加容易。可以通过逐层排查问题，快速找到故障点。
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灵活性和可扩展性：
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每一层可以独立升级或替换，而不会影响其他层。
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新的协议和技术可以很容易地集成到现有的分层结构中。
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缺点
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过于复杂：
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OSI模型的理论性较强，实际网络协议（如TCP/IP）并未完全遵循其七层结构。
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某些层的功能在实际应用中可能重叠或冗余。
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与实际协议不完全匹配：
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实际使用的网络协议（如TCP/IP）只有四层或五层，与OSI的七层模型并不完全对应。
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这可能导致学习和应用时的混淆。
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实现难度大：
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OSI模型的严格分层结构在实际实现中可能增加复杂性和开销。
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某些功能（如会话层和表示层）在实际网络中很少被单独实现。
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历史局限性：
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OSI模型是在20世纪80年代设计的，当时网络技术的复杂性和需求与今天有很大不同。
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现代网络技术（如云计算、虚拟化）可能需要更灵活的结构。
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推广不足：
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尽管OSI模型在理论上非常完善，但实际网络中TCP/IP协议族占据了主导地位，OSI模型更多用于教学和理论分析。
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二、TCP/IP模型
三、封装和解封装
1、PDU概念
PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）：PDU是指在网络通信中，每一层处理的数据单元。它包含了该层的协议控制信息（如头部、尾部）和实际的数据（称为有效载荷）。PDU的格式和内容由该层的协议定义。(每一层的层协议在其对等层之间交流的信息叫做协议数据单元)
| 层 | PDU | 中文 |
| 应用层 表示层 会话层 | Data/Message | 高层数据 数据信息 |
| 传输层 | Segment | 段 |
| 网络层 | Packet | 数据包 |
| 数据链路层 | Frame | 帧 |
| 物理层 | Bits | 比特流 |
2、数据封装过程
数据封装过程（发送方）：
当数据从应用层向下传递时，每经过一层都会添加该层的控制信息（如地址、协议标识等），将上层数据包裹成一个新的数据单元。例如，应用层数据被传输层加上端口号形成段，再被网络层加上IP地址形成包，接着被数据链路层加上MAC地址形成帧，最后通过物理层转换为比特流进行传输
3、数据解封装过程
数据解封装过程（接收方）：
当数据到达接收方时，每层会移除之前发送方相应层添加的控制信息，并将处理后的数据传递给上一层。例如，物理层接收到比特流后交给数据链路层，数据链路层去掉MAC地址信息并将剩余数据传递给网络层，网络层去掉IP地址信息后再传递给传输层，最后传输层去掉端口号信息并将原始数据传递给应用层。这样，接收方就能恢复出原始的应用层数据。
通过这种方式，数据在发送方逐层封装，在接收方逐层解封装，确保数据能够准确无误地在不同设备间传输。
四、完整的通信过程
五、层与设备的对应关系
六、TCP/IP协议族
| 网络协议与服务 | 端口 | 作用 |
| Server（服务器） | 445 | 服务器是提供某种服务的计算机系统或软件。 |
| TFTP（Trivial File Transfer Protocol） | 69 | 简化版的FTP，用于小规模文件传输，通常在启动配置或固件更新等场景中使用，但不提供身份验证和目录浏览功能。 |
| SSH（Secure Shell） | 22 | 提供安全的远程登录和命令执行功能，通过加密保护通信内容，替代了不安全的Telnet。 |
| Telnet | 23 | 提供远程登录服务，允许用户通过网络连接到另一台计算机并执行命令，但由于缺乏加密（明文传输），安全性较低。 |
| POP3（Post Office Protocol version 3） | 110 | 用于接收电子邮件，允许用户从邮件服务器下载邮件到本地设备，并通常删除服务器上的副本。 |
| SMTP（Simple Mail Transfer Protocol） | 25 | 用于发送电子邮件，负责邮件从发件人到收件人的传输过程。 |
| DNS（Domain Name System） | 53 | 将易于记忆的域名（如example.com）转换为对应的IP地址，使得用户可以通过域名访问网站。 |
| FTP（File Transfer Protocol） | 20/21 | 用于在网络中传输文件，支持上传和下载功能。常用于文件共享和备份。 |
| HTTPS（HTTP Secure） | 443 | 在HTTP基础上增加了SSL/TLS加密，提供安全的网页浏览体验，保护数据传输的安全性和隐私。 |
| HTTP（Hypertext Transfer Protocol） | 80 | 用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本（HTML文档）。它是构建万维网的基础协议。 |
| UDP（User Datagram Protocol） | --- | 提供不可靠的、无连接的数据传输服务，适合对实时性要求高但可以容忍少量丢失的应用，如视频流和在线游戏。 |
| TCP（Transmission Control Protocol） | --- | 提供可靠的、面向连接的数据传输服务，确保数据按序到达且无差错。适用于需要高可靠性但对延迟不敏感的应用，如文件传输和电子邮件。 |
| ARP（Address Resolution Protocol） | --- | 在局域网内将IP地址转换为MAC地址，以便设备能够找到彼此并进行通信。（ARP是三层协议，但是工作在数据链路层） |
| ICMP（Internet Control Message Protocol） | --- | 用于在网络设备之间传递控制消息，如错误报告、诊断信息等。常见的工具如ping和traceroute使用ICMP进行网络诊断。 |
| IP（Internet Protocol） | --- | 提供逻辑地址（如IPv4或IPv6地址），用于标识网络上的设备，并通过路由选择算法将数据包从源设备传输到目的设备。 |
| MAC子层协议（Media Access Control） | --- | 负责定义网络设备如何访问传输介质（如电缆或无线频段），并控制如何以及何时发送数据。它处理物理地址（MAC地址）的管理和帧的构建与解析。 |
七、共享式网络
1、定义
2、冲突域
3、CSMA/CD
- 终端设备不停地检测共享线路的状态。如果线路空闲，则可以发送数据；如果线路不空闲，则等待一段时间后继续检测（延时时间由退避算法决定）。
- 如果有另外一个设备同时发送数据，两个设备发送的数据会产生冲突。
- 终端设备检测到冲突之后，会马上停止发送自己的数据，并发送特殊阻塞信息，以强化冲突信号，使线路上其他站点能够尽早检测到冲突。
- 终端设备检测到冲突后，等待一段时间之后再进行数据发送（延时时间由退避算法决定）。
4、双工模式
- 半双工：在半双工模式（half-duplex mode）下，通信双方都能发送和接收数据，但不能同时进行。当一台设备发送时，另一台只能接收，反之亦然。对讲机是半双工的典型例子。
- 全双工：在全双工模式（full-duplex mode）下，通信双方都能同时接收和发送数据。电话网络是典型的全双工例子。
说明：
- 半双工模式下，共享物理介质的通信双方必须采用CSMA/CD 机制来避免冲突。例如，10BASE5（
10BASE5是一种早期的以太网标准，使用粗同轴电缆进行数据传输） 以太网的通信模式就必须是半双工模式。 - 全双工模式下，通信双方可以同时实现双向通信，这种模式不会产生冲突，因此不需要使用CSMA/CD 机制。例如，10BASE-T 以太网的通信模式就可以是全双工模式。