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  • 计算机五层体系结构

    2021-04-01 10:42:35
    计算机五层体系结构一、...我们一般说的五层体系结构就是上图的C,结合互联网的情况,自上而下地,简要的介绍一下各层的作用。 1、应用层 应用层(application-layer) 的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络

    一、计算机五层体系结构

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    我们一般说的五层体系结构就是上图中的C,结合互联网的情况,自上而下地,简要的介绍一下各层的作用。

    1、应用层

    应用层(application-layer) 的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。

    在互联网中应用层协议很多,如域名系统DNS,支持万维网应用的 HTTP协议,支持电子邮件的 SMTP协议等等。我们把应用层交互的数据单元称为报文。

    1.域名系统

    域名系统(Domain Name System缩写 DNS,它作为可以将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库,能够使人更方便的访问互联网,而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。

    2.HTTP协议

    **超文本传输协议(HTTP,HyperText Transfer Protocol)**是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。所有的 WWW(万维网) 文件都必须遵守这个标准。设计 HTTP 最初的目的是为了提供一种发布和接收 HTML 页面的方法。

    2、运输层

    **运输层(transport layer)**的主要任务就是负责向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。

    运输层主要使用以下两种协议:

    1. 传输控制协议 TCP(Transmisson Control Protocol)–提供面向连接的,可靠的数据传输服务。
    2. 用户数据协议 UDP(User Datagram Protocol)–提供无连接的,尽最大努力的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性)。

    1.UDP 的主要特点

    1. UDP 是无连接的(速度更快);
    2. UDP 使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态(这里面有许多参数);
    3. UDP 是面向报文的;
    4. UDP 没有拥塞控制,因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低(对实时应用很有用,如 直播,实时视频会议等);
    5. UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信;
    6. UDP 的首部开销小,只有8个字节,比TCP的20个字节的首部要短。

    2.TCP 的主要特点

    1. TCP 是面向连接的。(就好像打电话一样,通话前需要先拨号建立连接,通话结束后要挂机释放连接);
    2. 每一条 TCP 连接只能有两个端点,每一条TCP连接只能是点对点的(一对一);
    3. TCP 提供可靠交付的服务。通过TCP连接传送的数据,无差错、不丢失、不重复、并且按序到达
    4. TCP 提供全双工通信。TCP 允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP 连接的两端都设有发送缓存和接收缓存,用来临时存放双方通信的数据;
    5. 面向字节流。TCP 中的“流”(Stream)指的是流入进程或从进程流出的字节序列。“面向字节流”的含义是:虽然应用程序和 TCP 的交互是一次一个数据块(大小不等),但 TCP 把应用程序交下来的数据仅仅看成是一连串的无结构的字节流。
    6. TCP有拥塞控制。

    3.TCP 三次握手和四次挥手(面试常客)

    三次握手: 为了准确无误地把数据送达目标处,TCP协议采用了三次握手策略。

    在这里插入图片描述

    1. 客户端–发送带有 SYN 标志的数据包–一次握手–服务端。(Client 什么都不能确认;Server 确认了对方发送正常)
    2. 服务端–发送带有 SYN/ACK 标志的数据包–二次握手–客户端。 (Client 确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server 确认了:自己接收正常,对方发送正常)
    3. 客户端–发送带有带有 ACK 标志的数据包–三次握手–服务端。 (Client 确认了:自己发送、接收正常,对方发送、接收正常;Server 确认了:自己发送、接收正常,对方发送接收正常)

    所以三次握手就能确认双发收发功能都正常,缺一不可。

    **为什么要穿SYN和ACK:**双方通信无误必须是两者互相发送信息都无误。

    1. SYN:接收端传回发送端所发送的 SYN 是为了告诉发送端,我接收到的信息确实就是你所发送的信号了。
    2. ACK:同理,接收方到发送方的通道还需要 ACK 信号来进行验证。

    ————————————————————————————————分割线

    四次挥手:

    1. 客户端-发送一个 FIN,用来关闭客户端到服务器的数据传送
    2. 服务器-收到这个 FIN,它发回一 个 ACK,确认序号为收到的序号加1 。和 SYN 一样,一个 FIN 将占用一个序号
    3. 服务器-关闭与客户端的连接,发送一个FIN给客户端
    4. 客户端-发回 ACK 报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1

    为什么要四次挥手: 任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知,待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送的时候,则发出连接释放通知,对方确认后就完全关闭了TCP连接。
    ————————————————————————————————分割线

    TCP 协议如何保证可靠传输:

    1. 应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
    2. TCP 给发送的每一个包进行编号,接收方对数据包进行排序,把有序数据传送给应用层。
    3. 校验和: TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错,TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
    4. TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
    5. 流量控制: TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间,TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。 (TCP 利用滑动窗口实现流量控制)
    6. 拥塞控制: 当网络拥塞时,减少数据的发送。
    7. 停止等待协议: 也是为了实现可靠传输的,它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送,等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
    8. 超时重传: 当 TCP 发出一个段后,它启动一个定时器,等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文段。

    拥塞控制: TCP的拥塞控制采用了四种算法,即 慢开始 、 拥塞避免 、快重传 和 快恢复。在网络层也可以使路由器采用适当的分组丢弃策略(如主动队列管理 AQM),以减少网络拥塞的发生。

    3、网络层

    在 计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路,也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点, 确保数据及时传送。 在发送数据时,网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组和包进行传送。在 TCP/IP 体系结构中,由于网络层使用 IP 协议,因此分组也叫 IP 数据报 ,简称 数据报。

    互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议(Intert Prococol)和许多路由选择协议,因此互联网的网络层也叫做网际层或IP层。

    4、数据链路层

    数据链路层(data link layer)通常简称为链路层。两台主机之间的数据传输,总是在一段一段的链路上传送的,这就需要使用专门的链路层的协议。 在两个相邻节点之间传送数据时,数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装程帧,在两个相邻节点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息,地址信息,差错控制等)。

    5、物理层

    在物理层上所传送的数据单位是比特。 物理层(physical layer)的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送,尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。

    6、在浏览器中输入url地址 ->> 显示主页的过程(面试常客)

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    到第五步,就开始涉及到了浏览器的渲染知识点,在后面博主会讲解,欢迎读者继续阅读。
    本篇文章备份内容转自知乎文章计算机网络基础知识 - 五层协议的体系结构,详细只是可翻阅原文

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  • 五层体系结构

    2020-11-20 19:47:36
    五层协议的体系结构 学习计算机网络时我们一般采用折中的办法,也就是中和 OSI 和 TCP/IP 的优点,采用一种只有五层协议的体系结构,这样既简洁又能将概念阐述清楚。 应用层 应用层 (application-layer)的任务是...

    五层协议的体系结构

    学习计算机网络时我们一般采用折中的办法,也就是中和 OSI 和 TCP/IP 的优点,采用一种只有五层协议的体系结构,这样既简洁又能将概念阐述清楚。

    应用层

    应用层 (application-layer)的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程(进程:主机中正在运行的程序)间的通信和交互的规则。对于不同的网络应用需要不同的应用层协议。在互联网中应用层协议很多,如域名系统 DNS,支持万维网应用的 HTTP 协议,支持电子邮件的 SMTP 协议等等。我们把应用层交互的数据单元称为报文。

    运输层

    运输层 (transport layer) 的主要任务就是负责向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。“通用的” 是指并不针对某一个特定的网络应用,而是多种应用可以使用同一个运输层服务。由于一台主机可同时运行多个线程,因此运输层有复用和分用的功能。所谓复用就是指多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务,分用和复用相反,是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
    运输层主要使用以下两种协议:

    • 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol)-- 提供 面向连接的,可靠的数据传输服务。
    • 用户数据协议 UDP(User Datagram Protocol)-- 提供 无连接的,尽最大努力的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性)。
      网络层

    在 计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路,也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点, 确保数据及时传送。 在发送数据时,网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组和包进行传送。在 TCP/IP 体系结构中,由于网络层使用 IP 协议,因此分组也叫 IP 数据报 ,简称 数据报。

    这里要注意:不要把运输层的 “用户数据报 UDP” 和网络层的 “ IP 数据报” 弄混。另外,无论是哪一层的数据单元,都可笼统地用 “分组” 来表示。

    这里强调指出,网络层中的 “网络” 二字已经不是我们通常谈到的具体网络,而是指计算机网络体系结构模型中第三层的名称.

    互联网是由大量的异构(heterogeneous)网络通过路由器(router)相互连接起来的。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议(Intert Protocol)和许多路由选择协议,因此互联网的网络层也叫做网际层或 IP 层。

    数据链路层

    数据链路层 (data link layer) 通常简称为链路层。两台主机之间的数据传输,总是在一段一段的链路上传送的,这就需要使用专门的链路层的协议。 在两个相邻节点之间传送数据时,数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装程帧,在两个相邻节点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息,地址信息,差错控制等)。

    在接收数据时,控制信息使接收端能够知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样,数据链路层在收到一个帧后,就可从中提出数据部分,上交给网络层。 控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有误差错。如果发现差错,数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧,以避免继续在网络中传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正数据在链路层传输时出现差错(这就是说,数据链路层不仅要检错,而且还要纠错),那么就要采用可靠性传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使链路层的协议复杂些。

    物理层

    在物理层上所传送的数据单位是比特。 **物理层 (physical layer) 的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送,**尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。 使其上面的数据链路层不必考虑网络的具体传输介质是什么。“透明传送比特流” 表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化,对传送的比特流来说,这个电路好像是看不见的。

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  • 下面就对计算机网络五层协议体系结构作一下简单介绍。 物理层:物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据化比特流,而不是指具体的传输媒体。 物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和...

    五层协议是综合OSI七层协议和TCP/IP四层协议的优点,采用一种只有五层协议的体系结构,从下往上依次为:物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层。下面就对计算机网络中的五层协议体系结构作一下简单介绍。
    物理层:物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据化比特流,不是指具体的传输媒体。
    物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异
    物理层传输数据的单位是比特,任务是透明的传输比特流,功能是在物理媒介上为数据端设备透明的传输比特流。
    物理层的主要任务
    主要任务:确定与传输媒体的接口的一些特性。
    ①机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。
    ②电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
    ③功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
    ④过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

    数据链路层:数据链路层的传输单位是帧,任务将网络层交下来的IP数据报封装成帧,在两个相邻结点间的链路上传送帧,每一帧包括数据和必要的控制信息。在接收数据时,控制信息使接收端能够知道一个帧从哪个比特开始到哪个比特结束,当数据链路层接收到一个帧后就可以从中提取出数据部分,然后提交到网络层。
    比特在传输过程中可能0变1,1变0,将其称为比特差错,数据链路层广泛使用了循环冗余检验CRC检测到所收到的帧中有无差错,如发现差错,数据链路层就将该帧丢弃,以免浪费网络资源。如果需要改正数据链路层传输时出现的差错,就需要采用可靠传输协议纠正出现的差错。数据链路层的功能可以概括为:封装成帧、透明传输、差错检验

    网络层:网络层是负责点到点的传输(“点”指主机或路由器)。网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务,在发送数据时,网络层将运输层产生的报文段或者用户数据报封装成分组或包进行传送。网络层使用的是IP协议,所以分组也叫做IP数据报,或简称为数据报。IP数据报首部中的检验和字段,只检验首部是否出现差错而不检查数据部分,所以,网络层不提供服务质量的承诺。如果主机中的进程之间的通信需要是可靠的,那么就由网络主机中的运输层负责(包括差错处理、流量控制等)。
    网络层的主要功能如下:
    1.处理来自运输层的分组发送请求:收到请求后,将分组装入IP数据报,填充报头,选择去往信宿机的路径,然后将数据报发往适当的网络接口。
    2.处理输入数据报:首先检查其合法性,然后进行寻径–假如该数据报已到达信宿机,则去掉报头,将剩下部分交给适当的传输协议;假如该数据报尚未到达信宿机,则转发该数据报。
    3.处理路径、流控、拥塞等问题。(其中拥塞控制是通过ICMP传递的)网络层包括:IP协议、ICMP控制报文协议、ARP地址转换协议、RARP反向地址转换协议。IP是网络层的核心,通过路由选择将下一跳IP封装后交给下一层,IP数据报是无连接服务。ICMP协议可以回送报文,用来检测网络是否通畅。Ping命令就是发送ICMP的echo包,通过回送的echo relay进行网络测试。ARP是正向地址解析协议,通过已知的IP寻找对应主机的MAC地址。RARP是反向地址解析协议,通过MAC地址确定IP地址。

    运输层:运输层的任务是负责向两台主机中进程间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。所谓的“通用的”并不是针对某个特定网络的应用,而是多种应用可以使用同一个运输层服务。由于一台主机可以同时运行多个进程,因此,运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可以同时使用下面运输层的服务,分用和复用相反,是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
    运输层主要有两个协议:传输控制协议TCP用户数据报协议UDP。

    应用层:应用层是体系结构中的最高层。
    特点:①每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题,而问题的解决又往往是通过位于不同主机中的多个应用进程之间的通信和协调工作来完成的。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信是所遵循的协议。②应用层的许多协议都是基于客户服务器方式。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。
    应用层的任务是通过进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则,“进程”是指主机中正在运行的程序。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。在互联网中的应用层协议很多,如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。FTP是文件传输协议,一般上传下载用FTP服务,数据端口是20H,控制端口是21H。Telnet服务是用户远程登录服务,使用23H端口。DNS是域名解析服务,提供域名到IP地址之间的转换。SMTP是简单邮件传输协议,用来控制信件的发送、中转。POP3是邮局协议第3版本,用于接收邮件。

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  • 五层协议体系结构

    2017-12-20 21:16:50
    应用(application layer):是体系结构中的最高。直接为用户的应用进程提供服务。在因特网中的应用协议很多,如支持万维网应用的HTTP协议,支持电子邮件的SMTP协议,支持文件传送的FTP协议等等。协议:HTTP、DHCP...

    五层协议体系结构的各层功能

    1 第五层——应用层(application layer)

    • 应用层(application layer):是体系结构中的最高。直接为用户的应用进程提供服务
    • 在因特网中的应用层协议很多,如支持万维网应用的HTTP协议,支持电子邮件的SMTP协议,支持文件传送的FTP协议等等。
    • 协议:HTTP、DHCP、SSH、Telnet、DNS、FTP、SMTP

    2. 第四层——运输层(transport layer)

    • 运输层(transport layer):负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机可同时运行多个进程,因此运输层有复用和分用的功能
    • 复用,就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
    • 分用,就是把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。
    • 运输层主要使用以下两种协议: 
      (1) 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol):面向连接的,数据传输的单位是报文段,能够提供可靠的交付。 
      (2) 用户数据包协议UDP(User Datagram Protocol):无连接的,数据传输的单位是用户数据报,不保证提供可靠的交付,只能提供“尽最大努力交付”。
    • TCP协议

    3. 第三层——网络层(network layer)

    • 网络层(network layer)主要包括以下两个任务:
    • (1) 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时,网络层把运输层残生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中,由于网络层使用IP协议,因此分组也叫做IP数据报,或简称为数据报。
    • (2) 选中合适的路由,使源主机运输层所传下来的分组,能够通过网络中的路由器找到目的主机。
    • IP层协议:ICMP、IGMP
    • 数据链路层(data link layer):常简称为链路层,我们知道,两个主机之间的数据传输,总是在一段一段的链路上传送的,也就是说,在两个相邻结点之间传送数据是直接传送的(点对点),这时就需要使用专门的链路层的协议。
    • 在两个相邻结点之间传送数据时,数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing),在两个相邻结点之间的链路上“透明”地传送帧中的数据。
    • 每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。典型的帧长是几百字节到一千多字节。
    • 注:”透明”是一个很重要的术语。它表示,某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。”在数据链路层透明传送数据”表示无力什么样的比特组合的数据都能够通过这个数据链路层。因此,对所传送的数据来说,这些数据就“看不见”数据链路层。或者说,数据链路层对这些数据来说是透明的。 
      (1)在接收数据时,控制信息使接收端能知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样,数据链路层在收到一个帧后,就可从中提取出数据部分,上交给网络层。 
      (2)控制信息还使接收端能检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错,数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧,以免继续传送下去白白浪费网络资源。如需改正错误,就由运输层的TCP协议来完成。
    • 协议:ARP、RARP

    5. 第一层——物理层(physical layer)

    • 物理层(physical layer):在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。

    6. 数据在各层之间的传递过程

    这里写图片描述


    在各网络层的传递的过程。

    我们知道网络的OSI模型和TCP/IP模型层次结构如下:


    上文中我们看到了网络栈的层次结构:


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