网络互联   OSI模型

  一、OSI七层网络模型:                                
7.应用层  用户与计算机进行实际通信的用户接口
6.表示层  数据表示，实现数据编码, 加密等处理
5.会话层  区分不同的应用程序的数据 操作系统工作在这一层(message)
4.传输层  可靠与不可靠传输服务, 重传机制,TCP UDP(segment)
3.网络层  路由(路径选择),逻辑寻地址(IP)(packet)
2.数据链路层  将位组合成字节，并将字节组合成帧；从网络层接收下来的数据包而封装成帧，数据检错但不纠正,物理地址MAC(frame)
1.物理层  设备电压、线速和线缆、接口类型等；收发比特流(bit)

 (Protocol data unit) PDU : bit,frame,packet,segment,message

 

通信原理：

其中上三层称之为高层，定义应用程序之间的通信和人机界面。什么意思呢，就是上三层负责把电脑能看懂的东西转化为你能看懂的东西，或把你能看懂的东西转化为电脑能看懂的东西。由于上三层处理用户界面、数据格式化和应用程序访问，因此上三层通常被称为应用层。下四层负责规定数据如何通过物理线路传输，经由网络互连设备到达目的终端，并最终到达应用程序。因此下四层称之为底层，定义的是数据如何端到端的传输（end-to-end),物理规范以及数据与光电信号间的转换。
　　通过 OSI 层，信息可以从一台计算机的软件应用程序传输到另一台的应用程序上。例如，计算机 A 上的应用程序要将信息发送到计算机 B 的应用程序，则计算机 A 中的应用程序需要将信息先发送到其应用层（第七层），然后此层将信息发送到表示层（第六层），表示层将数据转送到会话层（第五层），如此继续，直至物理层（第一层）。在物理层，数据被放置在物理网络媒介中并被发送至计算机 B 。计算机 B 的物理层接收来自物理媒介的数据，然后将信息向上发送至数据链路层（第二层），数据链路层再转送给网络层，依次继续直到信息到达计算机 B 的应用层。最后，计算机 B 的应用层再将信息传送给应用程序接收端，从而完成通信过程。
    OSI 的七层运用各种各样的控制信息来和其他计算机系统的对应层进行通信。这些控制信息包含特殊的请求和说明，它们在对应的 OSI 层间进行交换。每一层数据的头和尾是两个携带控制信息的基本形式。对于从上一层传送下来的数据，附加在前面的控制信息称为头，附加在后面的控制信息称为尾。然而，在对来自上一层数据增加协议头和协议尾，对一个 OSI 层来说并不是必需的。
　　当数据在各层间传送时，每一层都可以在数据上增加头和尾，而这些数据已经包含了上一层增加的头和尾。协议头包含了有关层与层间的通信信息。头、尾以及数据是相关联的概念，它们取决于分析信息单元的协议层。例如，传输层头包含了只有传输层可以看到的信息，传输层下面的其他层只将此头作为数据的一部分传递。对于网络层，一个信息单元由第三层的头和数据组成。对于数据链路层，经网络层向下传递的所有信息即第三层头和数据都被看作是数据。换句话说，在给定的某一 OSI 层，信息单元的数据部分包含来自于所有上层的头和尾以及数据，这称之为封装。
    例如，如果计算机 A 要将应用程序中的某数据发送至计算机 B ，数据首先传送至应用层。 计算机 A 的应用层通过在数据上添加协议头来和计算机 B 的应用层通信。所形成的信息单元包含协议头、数据、可能还有协议尾，被发送至表示层，表示层再添加为计算机 B 的表示层所理解的控制信息的协议头。信息单元的大小随着每一层协议头和协议尾的添加而增加，这些协议头和协议尾包含了计算机 B 的对应层要使用的控制信息。在物理层，整个信息单元通过网络介质传输。
　　计算机 B 中的物理层收到信息单元并将其传送至数据链路层；然后 B 中的数据链路层读取计算机 A 的数据链路层添加的协议头中的控制信息；然后去除协议头和协议尾，剩余部分被传送至网络层。每一层执行相同的动作：从对应层读取协议头和协议尾，并去除，再将剩余信息发送至上一层。应用层执行完这些动作后，数据就被传送至计算机 B 中的应用程序，这些数据和计算机 A 的应用程序所发送的完全相同 。
    OSI模型让每一层都让数据得以通过网络进行传输，这些层之间彼此交换信息，确保网络设备之间能够通信。这些层之间使用协议数据单元（DPU）来彼此通信，PDU控制被加入到用户数据中的信息，这些控制信息就是报头和报尾，数据链路层的MAC头和贞校验序列（FCS）分别是报头和报尾。
    不同层的PDU中包含的信息也不同，根据其包含的信息，PDU被赋予不同的名称，例如：在TCP/IP协议栈中，传输层在上层数据加入TCP报头后得到的PDU被称为数据段（segment）。数据段被传递给网络层，后者添加一个IP报头，得到的PDU被称为分组，分组被封装到第二层报头中，得到的PDU被称为贞，最后，贞被转换为比特，通过网络介质传输。
    这种沿协议栈向下传递数据，并添加报头和报尾的过程被称为封装，数据被封装并通过网络传输后，接收设备将删除添加的信息，并根据报头中的信息决定如何将数据沿协议栈向上传递给合适的应用程序，封装的逆过程被称为解封。

 
二、物理层设备：集线器，中继器，硬件编码-×××，传输介质连接器

集线器
运行在物理层，所有设备在同一冲突域，同一广播域，共享相同的带宽。

冲突（collision):在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发
出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏。

冲突（collision domain)域：一个支持共享介质的网段。

广播域（broadcast domain):广播帧传输的网络范围，一般是由路由器设定边界。

默认时,交换机分隔冲突域。这是一个 Ethemet术 语,用来描述这样的网络场景:某台
特定的设备在网段上发送一个数据包,迫使同一个网段上的其他设各都必须注意到这一点。
在同一时刻,如果两台不同的设备试图发送数据包,就会产生冲突,此后,两台设各都必须重
新发送数据包,同一时刻只能有一台设备发送。这种情况下网络中的效率不高。在使用集
线器的环境中,就会出现这种情况,这时,每台主机都连接到集线器上,

网桥和交换机的功能基本上相同但交换机使用的就是桥接技术,因此,思科 仍然把交换机称为多端口网桥。

CSMA/CD(carrier sense multiple access/collision detect)载波侦听多路访问/冲突检测：一种介质

访问的抑制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的产生冲突，

CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题。发送数据后的一小段时间，存在冲突的可能性。
发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据发送率。

 

三、数据链路层
定义源和目标物理地址，与帧关联的高层议SAP（SERVER ACCESS POINT），网络拓扑，帧顺序。它分两个了层：MAC层和LLC层。
MAC(协议：802.3)负责MAC寻址和定义介质访问控制方法。常用的访问控制方式：争用式：冲突不可避免，CSMA/CD；先来先服务。
轮流式：访问时间可预见，不发生冲突，但是要有TOKEN令牌，如IBM的令牌环网。 802.5 FDDI
LLC(协议：802.2)为上层协议提供SAP服务访问点，为网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点。

 

网桥和交换机在数据链路层:每段有自己的冲突域;所有段在同一个广播域.

 

四、网络层:逻辑IP寻址;IP路由路径选择.路由器在网络层:隔离广播;路径优化。

 

五、传输层:用端口区分不同的上层应用,建立应用间的端到端的连接,提供可靠和不可靠连接;流量控制在可靠的传输层操作中,一台想要传送数据的设各通过创建一个会话。 与远程设各建立
起面向连接的通信。发送方设各首先与其对端系统建立起面向连接的会活,这称为“呼叫建
立” ,或者称为“ 三次握手” ,然后就可以传送数据了;当数据传输完成后,就会产隹呼叫终
止,以断开虚电路。
了面向连接的会话(三次握手)步骤:
· 笫一个“问意连接” 数据段用来请求同步（SYN）。
。 第二个和第三个数据段用来确认请求并在主机之问建立连接参数(即规则)。在这
里,接收方的排序也要求进行同步,以便建立双向连接。
· 最后一个数据段也用来进行确认。它通知目的主机已同意建立连接,并且已经建立
了实际的连接。现在就可以开始传输数据了。

 

六、以太网(Ethernet）
以太网采用竞争型的介质访问方法,允许网络上的所有主机共享同一条链路的带宽.以太网采用了数据链

路层和物理层的规范.

（1）CSMA/CD这是一种介质访问控制方法,用来帮助网络上的设备均匀地分享带宽,而不会使两台设备同时在网络介质 上传送数据。当网络中的不同节点同时传送数据包时,不可避免地会产生冲突,CsMA/CD就用来解决这种冲突问题。在以太网中.好的冲突管理是非常必要的,因为当 CSMA/CD网 络中的一个节点发送数据时,网络中所有其他的节点都会收到并检查这些数据。只有网桥和路由器能够有效防止数据被传送到整个网络中。

（2）半双工和全双工以太网
半双工以太网在原始的802.3Ethemet中定义,它只使用一对电缆线,数字信号在线路上是双向传输的。
全双工以太网使用两对电缆线,而不是像半双工方式那样使用一对电缆线。全双工
方式在发送设各的发送方和接收设各的接收方之间采用点到点的连接.这就意味着在全双工数据传送方式下,可以得到更高的数据传输速率。由于发送数据和接收数据是在不同的电缆线上完成的,因此不会产生冲突。
全双工以太网能够在两个方向上提供 100%的 效率,比如,可以用运行在全双工方式下的 10Mb/s以 太网得到20Mb/s的传输速率,或者将FastEthemet的传输速率提高到200Mb/s,这是很了不起的。但是,这种速率有时被称为聚合速率,就是说,你需要获得 100%的 效率,就像生活中的事情一样,这不可能完全得到保证。

（3）以太网的数据链路层
以太网的数据链路层负责以太网寻址,通常称其为硬件寻址或MAC寻址。以太网也负责将从网络层接收下来的数据包组合成帧,并准备通过以太网连接的介质访问方法在本地网络上进行传输。

以太网的物理层第一个以太网LAN规范,IEEE根据这个规范设立了 IEEE802.3委员会。这是一种传输速率为10Mb/s的 网络其物理介质(也叫传输介质)可以是同轴电缆、 双绞线和光缆。


IEEE将 802.3委员会扩展为两个新委员会 ,分别称为 802.3U(FastEthernet)和802.3ab(5类线上的

Gigabit以太网),最后成了802,3ae(光缆或同轴电缆上的 10Gb/s)。

 

七、以太网电缆的连接
以太网电缆的连接是一个重要的话题。

可用的以太网电缆类型有:直通电缆、交叉电缆、反转电缆

 

直通电缆
这种类型的以太网电缆用来实现下列连接:
· 主机到交换机或集线器
· 路由器到交换机或集线器
在直通电缆中,使用了4根电缆线来连接以太网设备。然而要记住,这些电缆只是以太网使用的,不能用

于其他的网络,比如语音网络、 令牌环和 ISDN等 。

 

交叉电缆
这种类型的以太网电缆用来实现下列连接:
· 交换机到交换机
· 集线器到集线器
· 主机到主机
· 集线器到交换机
· 路由器直连到主机

 

反转电缆
以用它来实现从主机到路由器控制台串行通信(com)端口的连接。

 

八、思科的3层分层模型
核心层:骨干
分配层:路由
接入层:交换