OSI七層模型通過七個層次化的結構模型使不同的系統不同的網路之間實現可靠的通信,因而其最主要的功能就是幫助不同類型的主機實現數據傳輸。
完成中繼功能的節點一般稱為中繼系統。在OSI七層模型中,處于不同層的中繼系統具有不同的名稱。
一個設備工作在哪一層,關鍵看它工作時借助哪一層的數據背部信息。集線器工作時,是以MAC腹部來決定轉發端口的,因而其實它是數據鏈路層的設備。
具體說:
化學層:網卡,網線,網橋,中繼器,調制混頻器
數據鏈路層:集線器,交換機
網路層:路由器
網段工作在第四層傳輸層及其以上
網橋是化學層設備,采用廣播的方式來傳輸信息。
交換機就是拿來進行報文交換的機器。多為鏈路層設備(二層交換機),才能進行地址學習,采用儲存轉發的方式來交換報文.。
路由器的一個作用是連通不同的網路,另一個作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路,能大大提升通訊速率,減少網路系統通訊負荷,節省網路系統資源,提升網路系統暢通率。
交換機和路由器的區別
交換機擁有一條很高帶寬的肩膀總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條總線上,控制電路收到數據包之后,處理端口會查找顯存中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬件地址)的NIC(網卡)掛接在那個端口上,通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口,目的MAC若不存在則廣播到所有的端口,接收端口回應后交換機會“學習”新的地址,并把它添加入內部MAC地址表中。
使用交換機也可以把網路“分段”,通過對照MAC地址表,交換機只容許必要的網路流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發,可以有效的隔離廣播風暴,降低誤包和錯包的出現,防止共享沖突。
交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網關,聯接在其上的網路設備只身享有全部的帶寬,無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時,節點B可同時向節點C發送數據,但是這兩個傳輸都享有網路的全部帶寬,都有著自己的虛擬聯接。即便這兒使用的是的以太網交換機,這么該交換機這時的總流通量就等于2×=,而使用的共享式HUB時,一個HUB的總流通量也不會超出。
其實,交換機是一種基于MAC地址辨識,能完成封裝轉發數據包功能的網路設備。交換機可以“學習”MAC地址,并把其儲存在內部地址表中,通過在數據幀的始發者和目標接收者之間構建臨時的交換路徑,使數據幀直接由源地址抵達目的地址。
從過濾網路流量的角度來看,路由器的作用與交換機和集線器十分相像。并且與工作在網路化學層,從數學上界定網關的交換機不同,路由器使用專門的軟件合同從邏輯上對整個網路進行界定。比如,一臺支持IP合同的路由器可以把網路界定成多個子網關,只有指向特殊IP地址的網路流量才可以通過路由器。對于每一個接收到的數據包,路由器就會重新估算其校準值,并寫入新的數學地址。因而,使用路由器轉發和過濾數據的速率常常要比只查看數據包化學地址的交換機慢。而且,對于這些結構復雜的網路,使用路由器可以提升網路的整體效率。路由器的另外一個顯著優勢就是可以手動過濾網路廣播。
網橋與路由器在功能上有哪些不同?
首先說HUB,也就是網橋。它的作用可以簡單的理解為將一些機器聯接上去組成一個局域網。而交換機(亦稱交換式網橋)作用與網橋大體相同。而且二者在性能上有區別:網橋采用的式共享帶寬的工作方法,而交換機是獨享帶寬。這樣在機器好多或數據量很大時,二者將會有比較顯著的。而路由器與以上二者有顯著區別,它的作用在于聯接不同的網關而且找到網路中數據傳輸最合適的路徑。路由器是形成于交換機以后,如同交換機形成于網橋以后,所以路由器與交換機也有一定聯系,不是完全獨立的兩種設備。路由器主要克服了交換機不能路由轉發數據包的不足。
總的來說,路由器與交換機的主要區別彰顯在以下幾個方面:
(1)工作層次不同
最初的的交換機是工作在數據鏈路層,而路由器一開始就設計工作在網路層。因為交換機工作在數據鏈路層,所以它的工作原理比較簡單,而路由器工作在網路層,可以得到更多的合同信息,路由器可以作出愈發智能的轉發決策。
(2)數據轉發所根據的對象不同
交換機是借助數學地址或則說MAC地址來確定轉發數據的目的地址。而路由器則是借助IP地址來確定數據轉發的地址。IP地址是在軟件中實現的,描述的是設備所在的網路。MAC地址一般是硬件自帶的,由網卡生產商來分配的,并且早已固化到了網卡中去,通常來說是不可修改的。而IP地址則一般由網路管理員或系統手動分配。
(3)傳統的交換機只能分割沖突域,不能分割廣播域;而路由器可以分割廣播域
由交換機聯接的網關仍屬于同一個廣播域,廣播數據包會在交換機聯接的所有網關上傳播,在個別情況下會造成通訊擁擠和安全漏洞。聯接到路由器上的網關會被分配成不同的廣播域,廣播數據不會穿過路由器。即使第三層以上交換機具有VLAN功能,也可以分割廣播域,而且各子廣播域之間是不能通信交流的,它們之間的交流依舊須要路由器。
(4)路由器提供了防火墻的服務
路由器僅僅轉發特定地址的數據包,不傳送不支持路由合同的數據包傳送和未知目標網路數據包的傳送,因而可以避免廣播風暴。
化學層
在OSI參考模型中,數學層(Layer)是參考模型的最低層,也是OSI模型的第一層。
化學層的主要功能是:借助傳輸介質為數據鏈路層提供化學聯接,實現比特流的透明傳輸。
化學層的作用是實現相鄰計算機節點之間比特流的透明傳送,盡可能屏蔽掉具體傳輸介質和化學設備的差別。使其前面的數據鏈路層毋須考慮網路的具體傳輸介質是哪些。“透明傳送比特流”表示經實際電路傳送后的比特流沒有發生變化,對傳送的比特流來說,這個電路似乎是看不見的。
數據鏈路層
數據鏈路層(DataLinkLayer)是OSI模型的第二層,負責構建和管理節點間的鏈路。該層的主要功能是:通過各類控制合同,將有差錯的化學信道變為無差錯的、能可靠傳輸數據幀的數據鏈路。
在計算機網路中因為各類干擾的存在,化學鏈路是不可靠的。因而,這一層的主要功能是在化學層提供的比特流的基礎上,通過差錯控制、流量控制方式,使有差錯的數學線路變為無差錯的數據鏈路,即提供可靠的通過化學介質傳輸數據的方式。
該層一般又被分為介質訪問控制(MAC)和邏輯鏈路控制(LLC)兩個子層。
MAC子層的主要任務是解決共享型網路中多用戶對信道競爭的問題,完成網路介質的訪問控制;
LLC子層的主要任務是完善和維護網路聯接,執行差錯校準、流量控制和鏈路控制。
數據鏈路層的具體工作是接收來自數學層的位流方式的數據,并封裝成幀,傳送到上一層;同樣,也將來自下層的數據幀,拆裝為位流方式的數據轉發到化學層;而且,還負責處理接收端發回的確認幀的信息,便于提供可靠的數據傳輸。
網路層
網路層(Layer)是OSI模型的第三層,它是OSI參考模型中最復雜的一層,也是通訊子網的最初三層。它在下兩層的基礎上向資源子網提供服務。其主要任務是:通過路由選擇算法,為報文或分組通過通訊子網選擇最適當的路徑。該層控制數據鏈路層與傳輸層之間的信息轉發,構建、維持和中止網路的聯接。具體地說,數據鏈路層的數據在這一層被轉換為數據包,之后通過路徑選擇、分段組合、順序、進/出路由等控制,將信息從一個網路設備傳送到另一個網路設備。
通常地,數據鏈路層是解決同一網路內節點之間的通訊物理層傳輸的是,而網路層主要解決不同子網間的通訊。諸如在廣域網之間通訊時,必然會碰到路由(即兩節點間可能有多條路徑)選擇問題。
在實現網路層功能時,須要解決的主要問題如下:
輪詢:數據鏈路層中使用的數學地址(如MAC地址)僅解決網路內部的輪詢問題。在不同子網之間通訊時,為了辨識和找到網路中的設備,每一子網中的設備就會被分配一個惟一的地址。因為各子網使用的化學技術可能不同,因而這個地址應該是邏輯地址(如IP地址)。
交換:規定不同的信息交換方法。常見的交換技術有:線路交換技術和儲存轉發技術,前者又包括報文交換技術和分組交換技術。
路由算法:當源節點和目的節點之間存在多條路徑時,本層可以依據路由算法,通過網路為數據分組選擇最佳路徑,并將信息從最合適的路徑由發送端傳送到接收端。
聯接服務:與數據鏈路層流量控制不同的是,后者控制的是網路相鄰節點間的流量,前者控制的是從源節點到目的節點間的流量。其目的在于避免阻塞,并進行差錯測量。
傳輸層
OSI下3層的主要任務是數據通訊,上3層的任務是數據處理。而傳輸層(Layer)是OSI模型的第4層。因而該層是通訊子網和資源子網的插口和橋梁,起到承上啟下的作用。
該層的主要任務是:向用戶提供可靠的端到端的差錯和流量控制,保證報文的正確傳輸。傳輸層的作用是向高層屏蔽上層數據通訊的細節,即向用戶透明地傳送報文。該層常見的合同:TCP/IP中的TCP合同、網絡中的SPX合同和谷歌的/合同。
傳輸層提供會話層和網路層之間的傳輸服務,這些服務從會話層獲得數據,并在必要時,對數據進行分割。之后,傳輸層將數據傳遞到網路層,并確保數據能正確無誤地傳送到網路層。為此,傳輸層負責提供兩節點之間數據的可靠傳送,當兩節點的聯系確定以后,傳輸層則負責監督工作。綜上,傳輸層的主要功能如下:
傳輸聯接管理:提供完善、維護和拆除傳輸聯接的功能。傳輸層在網路層的基礎上為高層提供“面向聯接”和“面向無接連”的兩種服務。
處理傳輸差錯:提供可靠的“面向聯接”和不太可靠的“面向無聯接”的數據傳輸服務、差錯控制和流量控制。在提供“面向聯接”服務時,通過這一層傳輸的數據將由目標設備確認,假如在指定的時間內未收到確認信息,數據將被重發。
監控服務質量。
會話層
會話層(Layer)是OSI模型的第5層,是用戶應用程序和網路之間的插口,主要任務是:向兩個實體的表示層提供完善和使用聯接的方式。將不同實體之間的表示層的聯接稱為會話。因而會話層的任務就是組織和協調兩個會話進程之間的通訊,并對數據交換進行管理。
用戶可以根據半雙工、單工和全雙工的方法構建會話。當構建會話時,用戶必須提供她們想要聯接的遠程地址。而這種地址與MAC(介質訪問控制子層)地址或網路層的邏輯地址不同,它們是為用戶專門設計的,更易于用戶記憶。域名(DN)就是一種網路上使用的遠程地址諸如:就是一個域名。會話層的具體功能如下:
會話管理:容許用戶在兩個實體設備之間構建、維持和中止會話,并支持它們之間的數據交換。比如提供單方向會話或單向同時會話,并管理會話中的發送次序,以及會話所占用時間的長短。
會話流量控制:提供會話流量控制和交叉會話功能。
輪詢:使用遠程地址構建會話聯接。l
出錯控制:從邏輯上講會話層主要負責數據交換的完善、保持和中止,但實際的工作卻是接收來自傳輸層的數據,并負責糾正錯誤。會話控制和遠程過程調用均屬于這一層的功能。但應注意,此層檢測的錯誤不是通訊介質的錯誤,而是c盤空間、打印機缺紙等類型的中級錯誤。
表示層
表示層(Layer)是OSI模型的第六層,它對來自應用層的命令和數據進行解釋,對各類句型賦于相應的含意,并根據一定的格式傳送給會話層。其主要功能是“處理用戶信息的表示問題,如編碼、數據格式轉換和加密揭秘”等。表示層的具體功能如下:
數據格式處理:協商和構建數據交換的格式,解決各應用程序之間在數據格式表示上的差別。
數據的編碼:處理字符集和數字的轉換。比如因為用戶程序中的數據類型(整型或實型、有符號或無符號等)、用戶標示等都可以有不同的表示方法,因而,在設備之間須要具有在不同字符集或格式之間轉換的功能。
壓縮和解壓縮:為了降低數據的傳輸量,這一層還負責數據的壓縮與恢復。
數據的加密和揭秘:可以提升網路的安全性。
應用層
應用層(Layer)是OSI參考模型的最高層,它是計算機用戶,以及各類應用程序和網路之間的插口,其功能是直接向用戶提供服務,完成用戶希望在網路上完成的各類工作。它在其他6層工作的基礎上,負責完成網路中應用程序與網路操作系統之間的聯系,構建與結束使用者之間的聯系,并完成網路用戶提出的各類網路服務及應用所需的監督、管理和服務等各類合同。據悉,該層還負責協調各個應用程序間的工作。
應用層為用戶提供的服務和合同有:文件服務、目錄服務、文件傳輸服務(FTP)、遠程登陸服務()、電子電郵服務(E-mail)、打印服務、安全服務、網絡管理服務、數據庫服務等。上述的各類網路服務由該層的不同應用合同和程序完成,不同的網路操作系統之間在功能、界面、實現技術、對硬件的支持、安全可靠性以及具有的各類應用程序插口等各個方面的差別是很大的。應用層的主要功能如下:
用戶插口:應用層是用戶與網路,以及應用程序與網路間的直接插口,致使用戶才能與網路進行交互式聯系。
實現各類服務:該層具有的各類應用程序可以完成和實現用戶懇求的各類服務。
OSI7層模型的小結
因為OSI是一個理想的模型,因而通常網路系統只涉及其中的幾層,極少有系統才能具有所有的7層,并完全遵守它的規定。
在7層模型中,每一層都提供一個特殊的網路功能。從網路功能的角度觀察:下邊4層(化學層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層)主要提供數據傳輸和交換功能,即以節點到節點之間的通訊為主;第4層作為上下兩部份的橋梁,是整個網路體系結構中最關鍵的部份;而上3層(會話層、表示層和應用層)則以提供用戶與應用程序之間的信息和數據處理功能為主。簡言之,下4層主要完成通訊子網的功能,上3層主要完成資源子網的功能。
以下是TCP/IP分層模型
┌────------────┐┌─┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┐
│││D│F│W│F│H│G│T│I│S│U││
│││N│I│H│T│T│O│E│R│M│S│其│
│第四層,應用層││S│N│O│P│T│P│L│C│T│E││
││││G│I││P│H│N││P│N││
││││E│S│││E│E│││E│它│
││││R││││R│T│││T││
└───────------─┘└─┴─┴─-┴─┴─-┴─┴─-┴─┴─-┴─┴-─┘
┌───────-----─┐┌─────────-------┬──--------─────────┐
│第三層,傳輸層││TCP│UDP│
└───────-----─┘└────────-------─┴──────────--------─┘
┌───────-----─┐┌───----──┬───---─┬────────-------──┐
││││ICMP││
│第二層,網間層││└──---──┘│
│││IP│
└────────-----┘└────────────────────-------------─-┘
┌────────-----┐┌─────────-------┬──────--------─────┐
│第一層,網路插口││ARP/RARP│其它│
└────────------┘└─────────------┴─────--------──────┘
TCP/IP四層參考模型
TCP/IP合同被組織成四個概念層,其中有三層對應于ISO參考模型中的相應層。ICP/IP合同族并不包含數學層和數據鏈路層,因而它不能獨立完成整個計算機網路系統的功能,必須與許多其他的合同協同工作。
TCP/IP分層模型的四個合同層分別完成以下的功能:
第一層:網路插口層
包括用于協作IP數據在已有網路介質上傳輸的合同。實際上TCP/IP標準并不定義與ISO數據鏈路層和化學層相對應的功能。相反,它定義像地址解析合同(,ARP)這樣的合同,提供TCP/IP合同的數據結構和實際化學硬件之間的插口。
第二層:網間層
對應于OSI七層參考模型的網路層。本層包含IP合同、RIP合同(,路由信息合同),負責數據的包裝、尋址和路由。同時還包含網間控制報文合同(,ICMP)拿來提供網路確診信息。
第三層:傳輸層
對應于OSI七層參考模型的傳輸層,它提供兩種端到端的通訊服務。其中TCP合同()提供可靠的數據流運輸服務,UDP合同(Use)提供不可靠的用戶數據報服務。
第四層:應用層
對應于OSI七層參考模型的應用層和抒發層。因特網的應用層合同包括、Whois、FTP(文件傳輸合同)、、HTTP(超文本傳輸合同)、(遠程終端合同)、SMTP(簡單電郵傳送合同)、IRC(因特網中繼會話)、NNTP(網路新聞傳輸合同)等物理層傳輸的是,這也是本書即將討論的重點