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网络体系结构思维导图

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网络体系结构的概念,原则等内容讲解

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思维导图大纲

网络体系结构思维导图模板大纲

TCP/IP参考模型

TCP/IP是一组用于实现网络互联的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心

基于TCP/IP的参考模型将协议分成4个层次,它们分别是:应用层、传输层(主机到主机)、网际互联层和网络访问层。

应用层

应用层对应于OSI/RM的高层,为用户提供所需要的各种服务

应用层

表示层

会话层

传输层

传输层对应于OSI/RM的传输层,为应用层实体提供端到端的通信功能,保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。

该层定义了两个主要的协议:传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。

国际互联层

网际互联层对应于OSI/RM的网络层,主要解决主机到主机的通信问题。

网络访问层

网络接入层与OSI/RM中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。

概述

网络的体系结构就是为了完成计算间的通信,把计算机互联的功能层次化,并明确规定同层实体通信的协议及相邻层之间的接口服务。

网络的体系结构就是计算机网络分层、各层协议和功能、层间接口的集合。

物理体系结构的核心

协议和接口

OSI/RM的七层结构

物理层

物理层是OSI/RM的最底层,也是最基础的一层。它并不是指连接计算机的具体物流设备或具体传输媒体,它向下是物流设备之间的接口,直接与传输介质相连接,使二进制数据流通过该接口从一台设备传给另一台相邻的设备,向上为数据链路层提供数据流传输服务

OSI/RM对物理层所作的定义为:在物理信道实体之间合理地通过中间系统,为比特传输 制值所需的物理连接的建立、保持和释放提供机械的、电气的、功能的和规程的手段。比特流传输 发可以采用异步传输,也可以采用同步传输的方式来完成。

数据链路层

数据链路层是OSI/RM的第二层,它把物理层传来的原始数据打包成帧,并负责帧在计算机之间进行无差错的传输。

数据链路层的作用就是负责数据链路信息从源点传输到目的点的数据传输与控制,如连接的建立、维护和拆除,异常情况处理,差错控制与恢复等。

主要功能

链路管理

链路管理就是进行数据链路的建立、维护和拆除。在链路两端的节点进行通信前,必须首先确认对方已处于就绪状态,并交换一些必要的信息以对帧序列进行初始化,然后再建立链路连接

帧同步

为了使传输中发生差错后只将有错的有限数据进行重发,数据链路层将比特流封装成帧进行传送。

流量控制

为防止双方速度不匹配或接收方没有足够的接收缓存而导致数据拥塞或溢出,数据链路层必须采取一定的措施使通信网络中的链路或节点上的信息流量不超过某一限制值,即发送端发送的数据要能使接收端来得及接收。

差错控制

为了保证数据传输的正确性,在计算机通信中,通常采用的是检错反馈重发方式,即接收方每收到一帧便检查帧中是否有错,一旦有错,就让发送方重发该帧,直至接收方正确接收为止。

透明控制

当所传输的数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时,必须采取适当的措施,使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。

在这些功能中,差错控制和流量控制是数据链路层的两个重要功能。

数据链路层常用于差错控制和流量控制的协议有停止等待协议(自动请求重传协议)、连续ARQ协议和选择重传ARQ协议等。

数据链路层协议是两个直接连接的节点间的通信协议,它不能解决数据经过通信子网中多个转接节点的通信问题。

网络层

网络层是OSI/RM的第三层,介于传输层和数据链路层之间

在网络层中,数据的传输单位是分组(或包)

设置网络层的主要目的就是要为报文分组以最佳路径通过通信子网到达目的主机提供服务,而网络用户不必关心网络的拓扑结构与所使用的通信介质。

主要功能

建立.维护和拆除网络连接

两个终端用户之间的通路是由一个或多个通信子网的多条链路串接而成的,在网络层的一种称为虚电路的服务中,涉及这种虚电路连接的建立、维护和拆除过程。

组包/拆包

在网络发送方系统中,数据从高层向低层流动到达网络层时,传输层的报文要分为多个数据块,在这些数据块的头/尾部(即分组头/尾)加上一些相关控制信息后,就构成了分组,即组成了包。

在接收方系统中,数据从低层向高层流动到达网络层时,要将各分组原来加上的分组头/尾等控制信息拆掉(即拆包),组合成报文,传送给传输层

路由选择

路由选择也叫路径选择,它会根据一定的原则和路由选择算法在多节点的通信子网中选择一条从源节点到目的节点的最佳路径。

拥塞控制

数据链路层的流量控制是针对相邻两个节点之间的数据链路进行的,而网络层的拥塞控制是对整个通信子网内的流量进行控制,是对进入分组交换网的流量进行控制。

网络层协议规定了网络节点和虚电路的一种标准,以完成虚电路的建立、维护和拆除。

传输层

传输层是用户资源子网与通信子网的界面和 桥梁

设置传输层的主要目的是在源主机和目的主机进程之间提供可靠的端到端通信。

主要功能

连接管理

传输层负责传输连接的建立、维护与释放。传输连接的建立过程被称为“握手”

流量控制

传输层在发送本层数据分组时,还要确保数据的完整性,流量控制是完成这项任务的方法之一。流量控制避免了接收主机缓冲溢出的问题

差错检测与恢复

如果一个中间节点在收完分组并确认后,在转发之前却将它丢失了,这时需通过端到端的差错检测来控制

提供用户要求的服务质量

一个用户在通信时会要求特定的网络服务质量,例如高吞吐量、低延迟、低费用和高可靠性服务等。传输层可根据需要提供相应的网络服务。

提供端到端的可靠通信

面向连接的传输协议能够提供用户间的可靠通信,

传输控制协议是实现端到端计算机之间的通信、网络系统资源共享所必不可少的协议

会话层

所谓会话,是指在两个会话用户之间为交换信息而按照某种规则建立的一次暂时联系。会话可以使一个远程终端登录到远地的计算机上,进行文件传输或进行其他的应用。

会话层位于OSI/RM面向信息处理的高三层中的最下层,它利用传输层提供的端到端的数据传输服务,建立具体的服务请求者与服务提供者之间的通信,属于进程间通信的范畴。

会话层还为会话活动提供组织和同步所必需的手段,为数据传输提供控制和管理的途径。

主要功能

提供远程会话地址

会话地址是用户或用户程序所使用的。要传送信息,必须把会话地址转换为相应的传送站地址,以实现正确的传输连接。会话地址到传送地址的变换工作是由会话层完成的。

会话建立后的管理

通常,建立一次会话需要有一个过程。首先,会话的双方都必须经过批准,以保证双方都有权参加会话。其次,会话双方要确定通信方式,即单工、半双工或全双工等。一旦建立连接,会话层的任务就是管理会话了。

提供把报文分组重新组成报文的功能

只有当报文分组全部到达后,整个报文才能被传送给远方的用户。当传输层不对报文进行编号时,会话层应完成对报文的编号和排序任务。

表示层

表示层为应用层提供服务,该服务层处理的是通信双方之间的数据表示问题

为使通信的双方能相互理解所传送信息的含义,表示层就需要把发送方具有的内部格式编码为适于传输的位流,接收方再将其解码为所需要的表示形式。

主要功能

语法转换

当用户要传送数据时,应用层实体就需将数据按一定的表示形式交给其表示层实体,这其中的表示形式称为抽象语法。语法变换就是实现抽象语法与传送语法间的转换

传送语法的选择

应用层中存在多种应用协议,这样表示层中就可能存在多种传送语法。即使是一种应用协议,也可能有多种传送语法与其对应。

常规功能

指表示层内对等实体间连接的建立、维护、释放等。

应用层

应用层是OSI/RM的最高层,它为用户的应用进程访问OSI环境提供服务。

应用层是计算机网络与最终用户间的接口,它包含了系统管理员管理网络服务所涉及的所有的问题和基本功能。

协议

定义

为在计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。

三要素

语义

语义是指控制信息每个部分的意义。它规定了计算机需要发出何种控制信息,以及完成何种动作与做出什么样的响应。

语法

语法是指用户数据与控制信息的结构与格式,以及数据出现的顺序,

时序

时序是指对事件发生顺序的详细说明(也可称为“同步”)。

网络的分层原则

层次化结构的优点

独立性强,适应性强,易于实现和维护。

层次化结构的通用原则

层次不能过多,只在真正需要的时候才划分

层次不能过少,要在逻辑上将功能区分开来

每层定义明确,类似功能放在同一层

每一层功能尽量局部化,以便于层次内部独立设计,但不影响相邻层次和接口服务的关系

每层对于上下层接口都明确规定了相应的业务,子层接口也适用这一原则

层次的划分有利于标准化工作

相关概念

实体

每一层中的活动元素通常被称为实体

实体可以是软件实体(如一个进程),也可以是硬件实体(如某种芯片)。不同系统中同一层的实体被称为对等实体。

协议栈

协议栈是指网络中各层协议的总和

它形象地反映了一个网络中文件的传输过程:由上层协议到底层协议,再由底层协议到上层协议

使用最广泛的是因特网协议栈,由上到下的协议分别是:应用层协议(HTTP,FTP,TFTP,TELNET,DNS,EMAIL等),运输层协议(TCP,UDP),网络层协议(IP),链路层协议(Wi-Fi、以太网、令牌环、FDDI、MAC),物理层协议

接口.服务和服务访问点

接口是相邻两层之间的边界,是相邻两层之间交换信息的连接点。低层通过接口为上层服务,上层通过接口使用低层提供的功能。

服务就是网络中各层向其相邻上层提供的一组功能集合。

服务访问点SAP实际上就是逻辑接口,是一个层次系统的上下层之间进行通信的接口,N层的SAP就是N+1层可以访问N层服务的地方。

协议和服务的关系

协议的实现保证了下一层能够向上一层提供服务,本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议,下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是“水平的”,即协议是控制对等实体之间通信的规则。而服务是“垂直的”,即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

面向连接的服务

面向连接的服务就是通信双方在通信时,要事先建立一条通信线路,其通信过程有建立连接、使用连接和释放连接三个过程。TCP协议就是一种面简连接的服务的协议,电话系统是一种面向连接的模式。

特点

数据传输过程必须经过建立连接、维护连接和释放连接的三个过程

在数据传输过程中,各分组不需要携带目的节点的地址。

无连接的服务

无连接的服务不要求发送方和接收方之间保持会话连接。发送方只是简单地开始向目的地发送数据分组(称为数据报)。

服务原语

在同一开放系统中,N+1实体向N实体请求服务时,服务用户和服务提供者之间要进行交互,交互信息称为服务原语。

组成

服务动作

服务类型

四种类型

请求

指示

响应

确认

服务数据单位

协议数据单元(PDU)是指对等层次之间传递的数据单位

物理层的PDU是数据位,数据链路层的PDU是数据帧,网络层的PDU是数据包,传输层的PDU是数据段,其他更高层次的PDU是数据。

开发系统互联参考模型(OSI/RM)

概述

OSI/RM将网络通信过程划分为7个相互独立的功能组(层次),并为每个层次制定了一个标准框架。上面3层(应用层、表示层、会话层)与应用问题有关,而下面4层(传输层、网络层、数据链路层、物理层)则主要处理网络控制和数据传输/接收问题。

特点

每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信

各个计算机系统都有相同的层次结构

不同系统的相应层次具有相同的功能

同一系统的各层次之间通过接口联系

相邻的两层之间,下层为上层提供服务,上层使用下层提供的服务。

优点

减轻问题的复杂程度,一旦网络发生故障,可迅速定位故障所处层次,以便于查找和纠错

在各层分别定义标准接口,使具备相同对等层的不同网络设备能实现互相操作

各层之间相对独立,一种高层协议可放在多种低层协议上运行

能有效刺激网络技术革新,因为每次更新都可以在小范围内进行,不需对整个网络“动大手术”

便于研究和教学

OSI/RM各层

物理层

传送二进制位bit流

数据链路层

传送帧

物理层

报文分组

传输层

报文/数据段

会话层

报文/数据段

表示层

报文/数据段

应用层

报文/数据段

TCP协议和UDP协议的区别 思维导图模板大纲

TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务,而UDP协议提供的则是不可靠的、无连接的数据传输服务

TCP协议面向连接,UDP协议面向非连接

TCP协议传输速度慢,UDP协议传输速度快

TCP协议保证数据顺序,UDP协议不保证数据顺序

TCP协议保证数据正确性,UDP协议可能丢包

TCP协议对系统资源要求多,UDP协议对系统资源要求少。

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