OSI 参考模型

OSI 从上到下分为 7 层：

  • 应用层：应用层协议定义的是应用进程间的通信和交互的规则，不同的网络应用需要不同的应用层协议
  • 表示层：把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式
  • 会话层：在数据传输中设置和维护电脑网络中两台电脑之间的通信连接
  • 传输层：向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务
  • 网络层：基于网络层地址（IP地址）进行不同网络系统间的路径选择
  • 数据链路层：在不可靠的物理介质上提供可靠的传输
  • 物理层：在局域网上透明地传送比特，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异

TCP/IP 参考模型

从上到下分为 4 层，对应于 OSI 中的 5 层：

  • 应用层：对应于 OSI 参考模型的应用层，为用户提供所需要的各种服务。定义的是应用进程间的通信和交互的规则，不同的网络应用需要不同的应用层协议。协议包括 SMTP、HTTP、FTP 等
  • 传输层：对应于 OSI 参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的、通用的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。“通用的”是指不同的应用可以使用同一个运输层服务。协议包括 TCP、UDP 等
  • 网络层（或网际互联层）：对应于 OSI 参考模型的网络层，主要解决主机到主机的路由问题。协议包括 IP、ICMP 等
  • 网络接入层：对应于 OSI 参考模型的物理层和数据链路层，负责相邻的物理节点间的可靠数据传输。协议包括 ARP、IEEE 802.2 等

比较 TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型

共同点：

  • 都采用了层次结构的概念
  • 都能够提供面向连接和无连接的通信服务机制

不同点：

  • OSI 采用了七层模型，而 TCP/IP 是四层
  • OSI 是一个在协议开发前设计的、有清晰概念的模型；TCP/IP 是先有协议集然后建立的、事实上得到广泛应用的弱模型，功能描述和实现细节混在一起
  • OSI 的网络层既提供面向连接的服务，又提供无连接的服务；TCP/IP 的网络层只提供无连接的网络服务
  • OSI 的传输层只提供面向连接的服务；TCP/IP 的传输层即提供面向连接的服务 TCP，也提供无连接的服务 UDP

集线器、网桥、交换机、路由器

  • 网线是物理层的硬件
  • 集线器（Hub）是物理层的硬件，连接所有的线路，广播所有信息
  • 网桥（Bridge）是数据链路层的硬件。网桥隔离两个端口，不同的端口形成单独的冲突域，减少网内冲突。网桥在不同或相同类型的 LAN 之间存储并转发数据帧，根据 MAC 头部来决定转发端口，显然是数据链路层的设备
  • 交换机（Switch）是数据链路层的硬件，相当于多端口的网桥。交换机内部存储 MAC 表，只会将数据帧发送到指定的目的地址
  • 路由器（Router）是网络层的硬件，根据 IP 地址进行寻址，不同子网间的数据传输隔离

比特、帧、数据包、数据段、报文

PDU：Prtocol data unit，协议数据单元，指对等层协议之间交换的信息单元。PDU 再往上就是数据（data）。

在 OSI 模型里，PDU 和底下四层相关：

  • 物理层———比特（Bit）
  • 数据链路层———帧（Frame）
  • 网络层———分组、数据包（Packet）
  • 传输层———数据段（Segment）

第五层或以上为数据（data）。也有一种说法是，应用层的信息称为消息、报文（message），表示完整的信息。

MSL、TTL、RTT 是什么？

MSL（Maximum segment lifetime）：报文最大生存时间。它是任何 TCP 报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。实际应用中常用的设置是 30 秒，1 分钟和 2 分钟。

  • 应用场景：TCP 四次挥手时，需要在 TIME-WAIT 状态等待 2MSL 的时间，可以保证本次连接产生的所有报文段都从网络中消失。

TTL（Time to live）：IP 数据报在网络中可以存活的总跳数，称为“生存时间”，但并不是一个真正的时间。该域由源主机设置初始值，每经过一个路由器，跳数减 1，如果减至 0，则丢弃该数据包，同时发送 ICMP 报文通知源主机。取值范围 1-255，如果设置的 TTL 值小于传输过程中需要经过的路由器数量，则该数据包在传输中就会被丢弃。

RTT（Round trip time）：客户端到服务端往返所花时间。RTT 受网络传输拥塞的变化而变化，由 TCP 动态地估算。