HCIA-Access V2.5_2_2网络通信基础_TCP/IP模型结构

TCP/IP模型结构

OSI参考模型VS TCP/IP模型

 OSI参考模型采用分层架构，一共分为七层，由于OSI参考模型和协议比较复杂，所以并没有得到广泛应用，真正得到广泛应用的是TCP/IP，TCP/IP框架跟OSI参考模型差不多，这主要将OIS参考模型中的会话层，表层，应用层都合并为了应用层，另外两个模型中各层使用的协议也是不一样的，对于TCP/IP来说，它并不是指一个协议，而是多个协议的集合，那么具体TCP/IP模型包含哪些协议呢？

TCP/IP分层模型

如图，就列举了TCP/IP各层的功能以及对应的协议，首先是物理层，物理层传送的是二进制比特流，主要定义就是接口和线缆的一些规范。

数据链路层主要实现的就是物理介质访问，它的协议有很多，包括以太网协议，802.3，PPP协议，以及后面学习到的EPON和GPON协议，也是一个二层协议，它们的主要功能是实现物理层访问，像以太网，这就主要通过MAC地址实现介质访问，实现同一网段的数据转发，那么工作在数据链接层的设备有哪些呢？网桥，还有交换机及后面学到的OLT,ONU,它们都是工作在数据链路层。

第三层，网络层主要依靠的就是逻辑的IP地址，实现寻址和路由选择的功能，负责不同网段的数据转发，将数据从源转发到目白地，工作在网络层的设备主要就是路由器，以及三层交换机，传输层主要建立端到端的连接，主要的协议就是TCP,还有 UDP，而对于应用层主要为用户提供程序网络接口，直接为用户提供软件服务，应用层的协议有很多，图中列举了一些，比如Telnet远程登录协议，FTP文件传输协议，每一层的功能虽然不一样的，但是层与层之间是我衔接关系的。

TCP/IP模型的层间通信与数据封装

主机A要把数据传给主机B，是需要每一层进行配合的，那么可以看到主机A把数据发给主机B,必需经过封装和解封装这个过程，什么是数据封装，什么是数据解封装？封装的意思就是协议栈由上往下传递，并且添加各层报关和报文的过程，我们就把它叫做数据封装，而解封装就恰好相反。

那么具体封装过程是如何实现的，假设主要A发了一个Hello这样的一个文字，发送出来之后，从QQ发出来了，那么我们先会交给应用层进行封装，应用层封装完之后交给传输层，转输层会将上层收到数据作为净荷，在基础上加一个TCP的头部或者UDP的头部，然后再交给网络层，网络层会在收到的上层的基础上再加上一个IP头部，然后交给数据链路层，数据链路层也会加上以太网头部，还有尾部，最终变成01这样的一个比特流在物理线路上进行传输，也就是说用户发出了一个Hello这样的文字，先是交给传输层，传输层加上TCP或者是UDP的头部，然后交给网络层，网络层添加P头部，然后交给数据链路层，数据链路层加上以太网的头部，还有尾部，这样的话，最终再变成0101这样的类似的比特流才矣从物理线路上传出去，那么这个过程就叫做数据封装。

而解封装就是协议栈由下往上传，并且剥离各层报头和报文的过程，我们就把它叫做解封装。

物理层的功能

物理层主要定义了电气的一些规范， 当然还定义了一些传输速率，传输距离，还有物理连接方式等，那像我们的 GPON里面，它的传输速率是上行1.25G下行是2.5G,传输距离最大可以支持40公里，连接方式主要采用光纤进行。

数据链路层

 数据链路层主要工作在数据链路层的协议就是以太网，以太网主要依靠MAC地址实现介质访问功能，而数据链路层有的协议又细分为MAC子层和LLC子层，MAC子层指定数据如何通过物理线路进行传输，并与物理层进行通信。而LLC子层，逻辑链路控制子层，它的主要作用识别协议类型并对数据进行封装，通过网络进行传输，那么数据链路层的上层是IP，还是其它的一些协议，就用LLC来识别

数据链路层地址及协议

 

MAC就是机器的名字，MAC地址一共有48位，前24位代表厂商编号，后24位是序列号，前24位一般是需要有统一的机构去分配的，后面的序列号是厂商自己去定义的。

网络层功能与设备

 

网络层的功能主要就是它提供了一个逻辑的IP地址，可以实现不同网段的一个数据转发，工作在网络层的设备就是路由器和三层交换机。

对于路由器来说，它的每一个接口都对应了一个网段，网络中是不能出现重复的网段的，同时，路由器会根据路由表进行数据转发，过来一个数据包，先查看目的地址，在不在自己的路由表里，如果在，则按照路由表进行转发，如果不在，则直接丢弃。

如图，主机A要跟主机B进行通信，中间经过了多台路由器，主机A要想把数据发送出去，首选要进行数据封装，封装伟输层，封装网络层，封装数据链路层，最终变成0101这样的一个比特流，通过物理线路上传输到达路由器A,路由器A这个时候会解封装，解析数据链路层，解析网络层，然后看一下网络层IP地址在不在自己的路由表里面，如果在，那么这个时候才能够转发，结果它在查表的时候发现告诉它应该先转发给路由器B，它在发出去之前需要重新进行封装，封装完之后再交给路由器B,路由器B同样经过解封装，看一下目的地有没有在自己的路由表里，如果在然后向对应的端口进行转发，所以转发到了路由器E，路由器E同样查路由表找到对应的出口，转发到路由器C,路由器C同样查找路由表转发到主机B,主机B收到之后，它就会去看数据链路层，看看MAC地址是不是自己的，看一下网络层的IP地址是不是自己的，最终传给应用层，所以可以看到整个过程中，中间路由器它是不会解析四层协议的，那么整个数据只有到达接收端的时候才会解析应用层的数据，这个就是网络层工作的一个过程。

网络层协议

 网络层主要协议是IP,它屏蔽掉了物理层地址的一些差异性，不管二层使用的是X.25协议，还是以太网协议，还是PPP协议，最后通过路由器互联之后，统一都封装成IP包的形式，所以这个时候路由器就直接通过查路由表进行数据转发，这样的话就使不同的网络互联成为了可能，网络层的协议，其实除了IP协议之外，还有些配合的协议，比如说ARP,RARP，还有ICMP这些协议都是来给IP服务的。比如ARP,地址解析协议，那么它主要在什么情况下使用，我们知道IP，但是不知道MAC的时候，就会发送ARP请求去询问主机对应的MAC地址是多少，那么这个就是ARP，另外数据链路层有MAC地址。

网络层地址

 IPf地址是一个逻辑地址，那么它包含两个部分，主要包含了网络ID和主机ID，通过网络ID和主机ID,就可以唯一标识一台网络设备，通过IP地址采用点分十进制的形式进行表示。

传输层主要协议

 

传输层第一个就是分段数据和数据段合并，应用层过来的报文可能会比较大，那么这个时候我们可以对数据做分段的一个处理，另外传输层的功能就是建立端到端的连接，将数据从一台主机发往另外一台主机，同时对于TCP而言，它是可以保证数据的正确传输的，而对于UDP来说，这是不支持的，所可可以看到它描述的就中可选的，只有TCP支持，而UDP是不支持的。

那么TCP和UDP分别有什么不同，传输层的协议主要就是TCP还有UDP,对于TCP而言，它是面向连接的服务，它在传送数据之前需要通过三次握手建立连接，连接建立成功之后，才能够传送数据，另外对于TCP而言，它的头部里面会有序列号和确认序列号等字段，用来保证数据的可靠性传输，所以它适用于可靠性要求较高的场景。但是它同样也有自己的缺点，因为头部需要携带一些参数，所以导致我们的数据开销较大，不适合于关注效率的场景。第二个就是UDP，UDP提供的接单的无连接的服务，在传送数据之前我们是无需要建立连接的，但是它的缺点就是不保证数据的可靠性传输，基本上没有这些序列号和确认序列号，所以这是没有办法保证数据按照顺序到达目的地的，它的优势是什么呢？开销小，传输效率高，所以通常这是适用于关注效率的应用，像语音协议，我们通常使用SIP或者H248协议，对于语音协议来说，它的传输层使用的是UDP作为传输层协议，那么语音就不要求可靠性了，当然也是需要的，如果语音要求安全性，那么一般由应用层自己来负责，这个就是TCP和UDP的区别。