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三种分层结构

OSI 七层模型（Open Systems Interconnection Model）

OSI 模型是一个理论上标准的参考模型，将网络通信过程划分为七个层次，每层都有特定的功能：

• 第七层 - 应用层：提供用户接口，支持网络服务，如 HTTP、FTP、SMTP。
• 第六层 - 表示层：负责数据格式转换和加密/解密。
• 第五层 - 会话层：管理会话，控制对话的建立、维护和终止。
• 第四层 - 传输层：提供可靠的端到端通信，如 TCP、UDP 协议。
• 第三层 - 网络层：负责路径选择和路由，如 IP 协议。
• 第二层 - 数据链路层：将数据帧传输到相邻节点，如以太网、PPP。
• 第一层 - 物理层：涉及传输介质和信号，如光纤、电缆。

TCP/IP 四层模型

TCP/IP 模型是网络实际使用中最广泛采用的模型，由于其灵活性和实用性，常用于互联网和局域网。它分为以下四个层次：

• 应用层：结合了 OSI 模型的应用层、表示层和会话层的功能，支持应用程序，如 HTTP、SMTP、FTP。
• 传输层：对应 OSI 模型的传输层，提供端到端传输服务，如 TCP 和 UDP。
• 网络层（或互联网层）：负责路由和路径选择，与 OSI 模型的网络层功能相同，如 IP 协议。
• 网络接口层（或数据链路层和物理层）：实现数据帧传输和物理信号传输，结合了 OSI 模型的物理层和数据链路层功能。

混合模型

在实践中，网络结构可能会综合使用 OSI 模型和 TCP/IP 模型，形成混合模型，以更好地匹配实际需求。混合模型通常参考 OSI 的分层理念，但具体实现中更类似于 TCP/IP 模型的结构，包含以下层次：

• 应用层：类似于 TCP/IP 应用层，整合了 OSI 的应用、表示和会话层。
• 传输层：如 TCP 和 UDP，提供端到端的传输服务。
• 网络层：使用 IP 协议进行路由选择和转发。
• 链路层：处理数据帧传输。
• 物理层：负责信号传输和物理媒介。

各层之间的关系

1. 上下层关系：每一层都提供特定的服务给其上一层，并从其下一层接收服务。比如，传输层为应用层提供端到端的传输服务，而自身依赖网络层提供的路由服务。
2. 接口和协议：每层定义了接口和协议，接口描述了相邻层之间如何交互，而协议描述了同一层的不同设备之间如何通信。
3. 功能分离：各层独立运行，便于系统更新和维护。例如，网络层可以升级路由协议而不影响应用层协议。
4. 实体： 第n层实体
5. 服务： 下层为紧邻的上层提供的功能调用
   

PDU,SDU,PCI

PDU（Protocol Data Unit）

PDU，即协议数据单元，是网络通信中在每一层传递的数据包的总称。每一层的PDU定义了该层如何处理数据并向下传递。例如：

• 应用层：PDU通常被称为数据。
• 传输层：在TCP中，PDU称为段（segment），在UDP中称为数据报（datagram）。
• 网络层：PDU为数据包（packet）。
• 数据链路层：PDU为帧（frame）。
• 物理层：PDU为比特（bits）。

每一层通过封装和解封装PDU，将数据发送到下一层或从上一层接收数据。

SDU（Service Data Unit）

SDU，即服务数据单元，是指上层协议交给下层协议进行传输的数据。SDU在传递给下层后，会被下层封装，并附加控制信息形成新的PDU。例如：

• SDU在网络层：是来自传输层的数据。
• SDU在数据链路层：是来自网络层的包。

当SDU在传递过程中经过封装时，它会被附加上层协议所需的控制信息，形成一个完整的PDU。

PCI（Protocol Control Information）

PCI，即协议控制信息，是指在PDU中用于传输控制的额外信息。它通常包括首部或尾部，用于帮助协议的正常操作和数据管理，例如：

• TCP段首部：包括源端口、目的端口、序列号、确认号等信息。
• IP数据包首部：包含源IP地址、目的IP地址、协议版本等。

三者关系

当数据从高层向低层传递时：

1. SDU（服务数据单元）是上层传递给下层的数据负载。
2. 下层会添加PCI（协议控制信息），形成新的PDU（协议数据单元）。
3. 该PDU被传递到下一层，重复上述过程，直到数据传输到物理层。
   n-SDU+n-PCI=n-PDU=(n-1)SDU

示例

协议的三要素

协议三要素包括语法、语义和时序。

语法

语法是指数据格式和结构的规定，包括编码、信号电平、数据的排列方式等。

语义

语义定义了通信双方的控制信息和数据解释的意义。它描述了每个字段代表的含义，以及如何对这些信息进行解释和响应。

时序

时序是指事件发生的顺序及时间关系，包括数据的传输顺序、速度、超时重传和同步方法。例如，TCP的三次握手过程就涉及时序，通过协调数据的发送和确认，使通信双方同步连接状态。

OSI参考模型

物链网输会示用

应用层

应用层是OSI模型的最高层，直接面向用户和应用程序。它提供用户访问网络服务的接口，支持各种应用，如文件传输、电子邮件和网络浏览。常见的协议包括HTTP、FTP、SMTP、DNS等。应用层的主要功能是确定通信对象、数据传输同步以及数据格式化。

表示层

表示层负责数据的语法和语义的转换，确保应用层的数据能够被网络中的其他系统理解。此层提供数据格式转换、数据加密和解密、数据压缩等服务

会话层

会话层负责建立、管理和终止通信会话。它控制通信双方之间的对话，使数据能够有序和同步地传输。会话层还可以插入检查点，使通信在中断后能够恢复。

传输层

传输层提供端到端的可靠数据传输服务，确保数据从发送端传输到接收端。确保复用和分用
它主要使用两种协议：面向连接的传输控制协议（TCP）和无连接的用户数据报协议（UDP）。传输层还负责流量控制、差错检测和恢复，确保数据按正确顺序传递。

网络层

网络层负责数据包的路径选择和路由。它根据网络拓扑和拥塞情况选择最佳路径，将数据从源节点传输到目标节点。网络层的主要协议是IP协议，该协议为每个网络设备分配唯一的IP地址，以实现数据包的转发和路由。

数据链路层

数据链路层确保物理链路上的数据传输可靠。它将来自网络层的数据封装成帧，并在同一局域网内传输数据帧。该层负责差错检测与纠正、流量控制以及介质访问控制（MAC）。以太网和PPP是常见的数据链路层协议。

物理层

物理层是OSI模型的最底层，定义了物理连接的电气、光学、机械和功能特性，如电缆类型、信号传输速率、接口的引脚排列等。物理层负责将数据比特转换为电信号或光信号，并通过传输介质传输，例如以太网电缆、光纤和无线信道。

TCP/IP模型

巧记：接网输用
会话层和表示层不是必须的。

应用层

应用层是TCP/IP模型的最高层，直接为用户和应用程序提供网络服务。它结合了OSI模型的应用层、表示层和会话层的功能。常见的应用层协议包括：

• HTTP：用于网页浏览，支持Web应用的数据传输。
• FTP：用于文件传输，提供文件上传和下载服务。
• SMTP：用于电子邮件的发送和接收。
• DNS：用于将域名解析为IP地址。

应用层的职责是为应用程序提供接口和数据格式化服务，使其可以通过网络进行通信。

传输层

传输层负责数据在源端和目的端之间的传输控制和可靠性保障。它有两个主要的协议：

• TCP（Transmission Control Protocol）：提供面向连接的、可靠的数据传输服务。它通过三次握手建立连接，并支持数据的分段、重组、流量控制和错误检测。
• UDP（User Datagram Protocol）：提供无连接的、不保证可靠传输的服务，适用于对实时性要求高、但对数据完整性要求较低的应用，如视频流和在线游戏。

传输层主要解决端到端的通信问题，保证数据包的有序传输和数据完整性。

网络层（互联网层）

网络层负责数据包的路径选择和路由，确保数据能够通过不同的网络中继设备到达目的地。该层的核心协议是：

• IP（Internet Protocol）：负责数据包的寻址和转发。IP协议有两个版本：IPv4和IPv6，分别用于32位和128位地址空间。
• ICMP（Internet Control Message Protocol）：用于网络设备之间发送错误报告和诊断信息，例如ping命令。
• ARP（Address Resolution Protocol）：将网络层的IP地址转换为数据链路层的MAC地址。

网络层的主要功能是提供跨网络的无连接数据传输和路由选择。

网络接口层（数据链路层和物理层）

网络接口层是TCP/IP模型的最低层，负责处理实际的数据传输。它涵盖了OSI模型中的数据链路层和物理层。只要网络层能用就行，实现功能进行扩展和创新。该层涉及的技术包括：

• 以太网：局域网的标准协议，提供数据帧封装和传输。
• PPP（Point-to-Point Protocol）：用于点对点的通信。
• Wi-Fi：无线局域网协议，支持无线数据传输。