分層模型介紹

一：為什么要協議分層

    網絡通信的過程很復雜，數據以電子信號的形式穿越介質到達正確的計算機，然后轉換成最初的形式，以便接收者能夠閱讀，為了降低網絡設計的復雜性，將協議進行了分層設計。

二：分層設計的意義：

    通信服務層的模塊設計可相對獨立于具體的通信線路和通信硬件接口的差別

    通信服務層的模塊設計可相對獨立于具體用戶應用要求的不同

    簡化了相關的網絡操作；提供了不同廠商之間的兼容性；促進了標準化工作；結構上進行了分層；易于學習和操作。

    各個層次獨立，一層的變化不會影響到鄰層。

三：分層模型-OSI

建立七層模型的主要目的是為了解決異種網絡互連時所遇到的兼容性問題。它將“服務”，“接口”，和“協議”三個概念明確的區分開來。

服務：某一層為上一層提供一些什么功能

接口：上一層如何使用下一層的服務

協議：如何實現本層的服務

這樣，各層之間具有很強的獨立性，互聯網絡中個實體采用什么協議是沒有什么限制的。只要向上提供相同的服務并且不改變鄰層的接口就可以了。

OSI參考模型具有以下優點

OSI七層功能

OSI參考模型各個層次的基本功能如下：

物理層：在設備之間傳輸比特流，規定了點評，速度和電纜針腳

數據鏈路層：將比特組合成字節，再將字節組合成幀，使用鏈路層地址（MAC）來訪問介質，并進行差錯檢測。

網絡層：提供邏輯地址，供路由器確定路徑。

傳輸層：提供面向鏈接或非面向鏈接的數據傳遞以及進行重傳前的差錯檢測。

會話層：負責建立，管理和終止表示層實體間的通信會話。該層的通信由不同的設備中的應用程序間的服務請求和響應組成。

表示層：提供各種用于應用于應用層數據的編碼和轉換功能，確保一個系統的應用層發送的數據能被另一個系統的應用層識別。可以加密。

應用層：OSI參考模型中最靠近用戶的一層，為應用程序提供網絡服務。

四：分層模型-TCP/IP

TCP/IP模型將網絡分為四層結構。TCP/IP模型不關注底層物理介質，主要關注終端之間的邏輯數據流轉發。TCP/IP模式的核心是網絡層和傳輸層：網絡層解決網絡之間的邏輯數據流轉發問題，傳輸層保證源端到目的端之間的可靠傳輸。最上層的應用層通過各種協議向終端用戶提供業務應用

五：TCP/IP封裝

應用數據需要經過TCP/IP每一層處理后才能通過網絡傳輸到目的端，每一層上都是用該層的協議數據單元PDU彼此交換了信息。不同層的PDU中包含有不同的信息，因此PDU在不同的層被賦予了不同的名稱。如上層數據在傳輸層添加了TCP報頭后被稱為數據段。網絡層添加IP報頭后成為數據包，數據包在數據鏈路層添加數據鏈路層包頭而成為數據幀；最后，幀被轉換為比特，通過網絡傳輸介質。這種協議棧逐層向下傳遞數據，并添加報頭和報尾的過程叫做封裝。

六：終端之間的通信

數據鏈路層控制數據幀在物理鏈路上傳輸。

數據包在一臺物理介質上傳播之前必須封裝頭部和尾部信息。封裝后的數據包成為數據幀，數據幀中封裝的信息決定了數據如何傳輸。以太網上傳輸的數據幀有兩種格式，選擇那種格式有TCP/IP協議簇中的網絡層決定。接下來我們來介紹一下這兩種數據幀格式。

如上圖兩種格式，這兩種格式的主要區別是，Etherne_II格式中包含一個Type字段，標識以太幀處理完成后將被發送到那個上層協議進行處理。而在IEEE802.3中，相同的位置是長度字段。不同的Type字段值可以用來區分這兩種幀的類型，當Type字段值小于等于1500時使用IEEE 802.3格式。當Type大于等于1536 時，幀使用Ethernet II格式。以太幀中還包括元和目的MAC地址，分別代表發送者的MAC和接受者的MAC，此外還有幀校驗序列字段，用于檢驗傳輸過程中的幀的完整性。

以太網數據幀的長度在64-1518字節之間。

在IEEE802.3格式中length定義了Data字段包含的字節數。

邏輯鏈路控制LLC由目的服務訪問點源服務訪問點和control字段組成

SNAP由機構代碼和類型字段組成。Org code 三個字節都為0，Type字段的含義與Ethernet II幀中的Type含義相同。

以太網在二層鏈路上通過MAC地址來唯一表示網絡設備，并且實現局域網上網絡設備之間的通信。MAC地址也叫物理地址，大多數網卡廠商把MAC地址燒入了網卡的ROM。發送端使用接收端的MAC地址作為目的地址。以太幀封裝完后會通過物理層轉換成比特流在物理介質上傳輸。

MAC地址有兩部分組成，分別是供應商代碼和序列號。其中前24位代表該供應商代碼，由IEEE管理和分配。剩下24位序列號由廠商自己分配

七：幀的三種發送方式

單播：從單一源端發送到單一的目的端。在沖突域中，所有的主機都能收到源主機發送的單播幀，但其他主機發現目的地址與本地MAC地址不一致后會丟棄收到的幀，只有真正的目的主機才會接受并處理收到的幀

廣播：表示幀從單一的源發送到共享以太網上的所有主機。廣播幀的目的MAC地址為FF：FF：FF：FF：FF：FF，所有收到該廣播的主機都要接受并處理這個幀。

組播：組播轉發可以理解為選擇性的廣播，主機監聽特定的組播地址，接收并處理目的MAC地址為改組播MAC地址的幀。

八：數據幀的發送和接收

幀從主機的物理接口發送出來后，通過傳輸介質傳輸到目的端。共享網絡中，這個幀可能到達多個主機。主機檢查幀頭中的目的MAC地址，如果這個目的MAC地址不是本機MAC地址，也不是本機監聽的組播或廣播MAC地址，擇丟棄收到的幀。

如果目的MAC地址是本機MAC地址，則接受該幀，檢查該幀的校驗序列，并于本機計算的值對比來確定幀在傳輸的過程中是否保持了完整性。如果幀的FCS值與本機計算的值不同，主機會認為幀已經破壞，并且會丟棄該幀。如果該幀通過了FCS校驗，則主機會根據幀頭的Type字段來確定該幀發送到上層那個協議。