OSI参考模型

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前言

OSI参考模型-----开放式参考互联模型

上三层

下四层

前言

什么是网络？网络的核心？

网络就是使用连接设备将终端设备通过传输介质连接起来并进行数据的传输

终端设备：个人电脑、手机、iPad等设备

连接设备：路由器、交换器、网桥、中继器等设备

传输介质：有线和无线传输介质

OSI参考模型-----开放式参考互联模型

OSI是由ISO（国际标准化组织）在1979年颁布的，定义了数据产生过程的标准格式，不同的系统、不同的软件在产生数据是定义了统一的标准

ISO国际标准化组织将数据的产生过程分为了七层，并提出了分层思想

分层：每一层实现每一层的功能，也就是不同层实现不同的功能，集合起来定义了数据的产生过程

分层的优点：

1. 降低了层与层之间的关联性，减少了某些层的协议对其它层的影响
2. 便于指定标准化
3. 方便学习和理解
4. 各个层之间清楚自己的目标并相对独立，便于后期单独协议的增强升级

OSI七层参考模型：

 在七层中，我们将其分为上三层与下四层

上三层称为控制层面

下三层称为数据层面

上三层

应用层：接受用户的数据，人机交互的接口，面向的应用程序（可以理解为不同软件产生了数据后，这些数据要有对应的协议或者服务去定义，应用层就定了这些服务，例如：HTTP、DHCP、CNS、SMTP等）

表示层：将逻辑语言（软件语言）转换为机器语言（二进制语言），即翻译作用。数据的编码解码、数据的加密解密、数据的压缩和解压缩等等

会话层：管理（建立、维持、终止）通信，针对传输的每一种数据建立一条会话虚链接

虚链接指的是这条会话只有本端没有对端，可以理解为隧道只有入口没有出口，它的目的在于防止不同的数据之间产生干扰

小结：应用层接收数据，表示层翻译数据，会话层建立传输数据的通道

下四层

传输层：定义数据的传输方式，以及定义用于在数据层面区分不同流量

4层数据称为segment

区分流量：通过传输层的端口号进行区分，即不同的端口号代表了不同的流量

端口号范围：0-65535

端口号分类：静态端口号、动态端口号

静态端口号（知名端口号）：1-1023

静态端口：每个端口号定义了特定的服务（流量）

静态端口特点：端口号与流量之间存在一一对应并绑定的关系

常见静态端口号;

• 域名系统 (DNS)— TCP/UDP 端口 53 ​
• 超文本传输协议 (HTTP) — TCP 端口 80 ​
• HTTPS — TCP 端口 443
• 简单邮件传输协议 (SMTP)— TCP 端口 25 ​
• 邮局协议 (POP)— TCP 端口 110 ​
• Telnet — TCP 端口 23 ​
• SSH— TCP 端口 24
• 动态主机配置协议 （DHCP）— UDP 端口 67 和端口 68 ​
• 文件传输协议 (FTP)— TCP 端口 20 和端口 21

动态端口号：1034-65535

动态端口：大多数服务使用随机的动态端口号进行区分

动态端口特点：动态端口与流量之间存在一一对应但不绑定关系

数据的传输方式：可靠传输方式（TCP）、不可靠传输方式（UDP）

TCP：面向连接、速度慢、可靠传输

UDP：无连接、速度快、不可靠传输

使用不可靠传输方式的情况：

1. 大流量
2. 同步性要求较高
3. 对数据的丢失不敏感

TCP：传输控制协议，是一种面向连接的可靠的传输协议

如何保证可靠？

1、确认机制     2、重传输机制

什么是面向连接？如何保障面向连接？

面向连接是在传递数据之前进行协商，确保数据在后续的发送过程中双方能够发送以及能够发送到数据。

保障面向连接：TCP三次握手机制

1. client向server发送syn同步请求
2. server向client回复ack同意请求+syn同步请求
3. client向server发送ack同意请求

 TCP会话断开机制：四次断开

1. client向server发送fin关闭端口请求
2. server向client回复ack同意请求
3. server向client回复fin关闭端口请求
4. client向server发送ack同意请求

 TCP数据结构：

TCP优化机制：1.重排序  2.滑动窗口机制

TCP主要应用环境： web浏览器  、电子邮件、FTP 等协议

UDP：用户数据报协议，是一种非面向连接的不可靠传输协议。

特点： 1.无连接（没有三次握手不需要提前进行协商）2.不可靠传输（尽力而为） 3.简单  4.低开销

UDP数据结构：

UDP主要使用环境：视频流、IP语音（VOIP）

网络层：编址、寻址（路由）

三层数据称为packet

编址协议： IPV4、IPV6、IPX、Appletalk 等

IPV4：互联网协议版本4 ，采用了32个二进制进行标识

组成方式：32个二进制

书写方式：点分十进制

IP地址：32个二进制，0和1组成

网络掩码：32个二进制，连续的1和连续的组成，连续的1代表网络位，连续的0代表主机位。

完整的IP地址：IP地址部分+网络掩码 共64个二进制

例：

1101 1000.0001 0001.0000 0001.0000 0001

1111 1111.1111 1111.0000 0000.0000 0000

216.17.1.1   255.255.0.0

IP地址分类：

A类地址： 第一位固定为0

0XXX XXXX ---0-127（1-126），网络掩码默认为 255.0.0.0    

B类地址：前两位固定为10

10XX XXXX---128-191，网络掩码默认为255.255.0.0

C类地址：前三位固定110

110X XXXX---192-223，网络掩码默认为255.255.255.0

D类地址：前四位固定为1110

1110 XXXX---224-239，组播地址，无掩码

E类地址：前四位固定为1111

1111 XXXX---240-255，科研地址

A、B、C----单播地址

D---组播地址

E---保留地址

单播---一对一

组播---一对多

广播---一对所有

特殊地址：

1.0.X.X.X  无效地址（保留地址），0.0.0.0 无效地址    占位

2.127.0.0.1 本地测试 （127.X.X.X 测试地址）

3.网络号，网络位不变 主机位全为0 的地址（描述一个网段）

例：               192.168.1.1  255.255.255.0 

        网络号为192.168.1.0  255.255.255.0 

        即网段为192.168.1.0网段

4.受限广播地址，255.255.255.255 

5.定向（直接）广播地址，网络位不变，主机位全为1

例：               192.168.1.1 255.255.255.0

     广播地址：192.168.1.255   255.255.255.0

6.本地链路地址：link-local  { 169.254.0.0 255.255.0.0 }

三层IP数据包结构：

数据链路层：针对不同的传输介质定义不同的二层封装

二层数据称为frame

数据链路层的功能： 组帧、物理编址、流量控制、差错控制、接入控制

分为两个子层:   LLC----逻辑链路控制子层（标识上层使用了何种协议）

                          MAC---介质访问控制子层 （二层进行地址的识别）

MAC地址：48个二进制构成

MAC地址书写方式：减分或者点分十六进制标识

减分十六进制书写：60-F2-62-3C-E3-53

点分十六进制书写：60F2.623C.E353

书写构成：

前24位：OUI（统一资源标识符），也称为厂商ID

后24位：interface ID（接口标识符），也称为产品ID

二层数据帧结构：

物理层：将二层的数据帧转换为物理传输介质中比特流，关注机械特性、电学特性、光学特性等

传输介质：有线介质：同轴电缆、双绞线、光纤

                  无线介质：WiFi、蓝牙、wimax等

同轴电缆： 网络早期使用，速率较低，优点是耐用，传输距离长，抗干扰强

同轴电缆这种介质在桌面环境比较少见了，主要是造价比较贵，不易弯折不利于布线，但是其抗老化耐腐蚀，有利于户外布线，多用于射频领域，基站，wifi，电视信号传输

双绞线：8根铜丝，两两相绞

双绞线分类：

屏蔽双绞线 --- 在绝缘皮下方还有一圈金属壳，主要为了屏蔽外界干扰 --- 应用于强干扰环境
非屏蔽双绞线 --- 应用于日常环
线类：分为3类、4类、5类、超5类、6类、超6类等常见的5类，超5类线。线类越高，铜丝越粗，绞的越紧 --- 速度更快，抗干扰能力更强

双绞线线序：分为568A线序和568B线序

568A线序：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕

568B线序：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

平行线：又称为直通线 ，线序相同。不同层设备使用平行线。

交叉线：线序不同。同层设备使用交叉线。

全反线：又称为console线，配置线，线序相反，用于用户控制网络设备。

光纤：利用光携带光信号传输数据

分类：单模、多模

单模：应用注入式激光二极管 ，光在光纤中横向（直线）传输
单模特点：光源贵，线便宜
多模：应用发光二极管，光在光纤中全反射传输
多模特点：光源便宜，线贵

光纤由于其抗干扰的特性（包括内部干扰和外部干扰）具有传输距离远，传输质量高的特点，被广泛使用。缺点是抗弯折性差，接口需要光电转换模块，成本较大

区分： 黄色代表单模，橙色代表千兆多模  ，蓝色万兆多模

无线传输介质：

小结：整个OSI模型定义了软件缠身数据的过程

传输层将上三层的数据定义传输方式并利用端口号进行区分流量后，到网络层进行编址寻址（IP地址），再到数据链路层根据传输介质进行二层包装，最后到物理层将上层的数据帧转换为传输介质中的比特流

下四层各层数据别称

传输层数据：segment，片，段

网络层数据：packet，包

数据链路层数据：frame，帧

物理层数据：无

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