網(wǎng)絡(luò)分層

詞語解釋

網(wǎng)絡(luò)分層是指將網(wǎng)絡(luò)中的組件分為不同的層次，以便于更好地管理和控制網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)分層的好處在于可以將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信過程分解為不同層次的簡單任務(wù)，從而更容易實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的功能。網(wǎng)絡(luò)分層的應(yīng)用主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能上，可以將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層等幾個層次，每一層次都有自己的功能。物理層主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的物理連接，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接、電纜的安裝等；數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，包括數(shù)據(jù)的傳輸、檢測和糾錯等；網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇，包括數(shù)據(jù)的路由選擇、路由表的維護等；傳輸層負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，包括數(shù)據(jù)的傳輸、流量控制和確認等；會話層負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的會話管理，包括會話的建立、維護和終止等；表示層負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)表示，包括數(shù)據(jù)的編碼、壓縮和加密等；應(yīng)用層負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用程序，包括文件傳輸、電子郵件、遠程登錄等。網(wǎng)絡(luò)分層的應(yīng)用使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加清晰，各層次的功能更加明確，使網(wǎng)絡(luò)的管理和維護更加容易，從而提高網(wǎng)絡(luò)的效率和性能。

　　網(wǎng)絡(luò)分層就是將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所要完成的數(shù)據(jù)的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)、打包或拆包,控制信息的加載或拆出等工作，分別由不同的硬件和軟件模塊去完成。這樣可以將往來通信和網(wǎng)絡(luò)互連這一復(fù)雜的問題變得較為簡單。

網(wǎng)絡(luò)層次的劃分[編輯本段]
　　ISO提出的OSI（Open System Interconnection）模型將網(wǎng)絡(luò)分為七層，即物理層( Phisical )、數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link)、網(wǎng)絡(luò)層(Network)、傳輸層(Transport)、會話層(Session)、表示層(Presentation)和應(yīng)用層(Application)。

　　1. 物理層(Physical layer)是參考模型的最低層。該層是網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，由連接不同結(jié)點的電纜與設(shè)備共同構(gòu)成。主要功能是：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，負責(zé)處理數(shù)據(jù)傳輸并監(jiān)控數(shù)據(jù)出錯率，以便數(shù)據(jù)流的透明傳輸。

　　2. 數(shù)據(jù)鏈路層(Data link layer)是參考模型的第2層。主要功能是：在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，在通信的實體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包，并采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。

　　3. 網(wǎng)絡(luò)層(Network layer)是參考模型的第3層。主要功能是：為數(shù)據(jù)在結(jié)點之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂�，以及實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能。

　　4. 傳輸層(Transport layer)是參考模型的第4層。主要功能是向用戶提供可靠的端到端(End-to-End)服務(wù)，處理數(shù)據(jù)包錯誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題。傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細節(jié)，因此，它是計算機通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。

　　5. 會話層(Session layer)是參考模型的第5層。主要功能是：負責(zé)維擴兩個結(jié)點之間的傳輸鏈接，以便確保點到點傳輸不中斷，以及管理數(shù)據(jù)交換等功能。

　　6. 表示層(Presentation layer)是參考模型的第6層。主要功能是：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。

　　7. 應(yīng)用層(Application layer)是參考模型的最高層。主要功能是：為應(yīng)用軟件提供了很多服務(wù)，例如文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、電子郵件與其他網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)。

對網(wǎng)絡(luò)分層的理解[編輯本段]
　　許多所謂的網(wǎng)絡(luò)課程都是從教你記住OSI模型中的每一個層的名字和這個模型中包含的每一個協(xié)議開始的。這樣做是不必要的。甚至第5層和第6層是完全可以忽略的。

　　國際標準組織(ISO)制定了OSI模型。這個模型把網(wǎng)絡(luò)通信的工作分為7層。1至4層被認為是低層，這些層與數(shù)據(jù)移動密切相關(guān)。5至7層是高層，包含應(yīng)用程序級的數(shù)據(jù)。每一層負責(zé)一項具體的工作，然后把數(shù)據(jù)傳送到下一層。

　　物理層(也即OSI模型中的第一層)在課堂上經(jīng)常是被忽略的。它看起來似乎很簡單。但是，這一層的某些方面有時需要特別留意。物理層實際上就是布線、光纖、網(wǎng)卡和其它用來把兩臺網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備連接在一起的東西。甚至一個信鴿也可以被認為是一個1層設(shè)備(參見RFC 1149)。網(wǎng)絡(luò)故障的排除經(jīng)常涉及到1層問題。我們不能忘記用五類線在整個一層樓進行連接的傳奇故事。由于辦公室的椅子經(jīng)常從電纜線上壓過，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的情況。遺憾的是，這種故障是很常見的，而且排除這種故障需要耗費很長時間。

　　第2層是以太網(wǎng)等協(xié)議。請記住，我們要使這個問題簡單一些。第2層中最重要的是你應(yīng)該理解網(wǎng)橋是什么。交換機可以看成網(wǎng)橋，人們現(xiàn)在都這樣稱呼它。網(wǎng)橋都在2層工作，僅關(guān)注以太網(wǎng)上的MAC地址。如果你在談?wù)撚嘘P(guān)MAC地址、交換機或者網(wǎng)卡和驅(qū)動程序，你就是在第2層的范疇。集線器屬于第1層的領(lǐng)域，因為它們只是電子設(shè)備，沒有2層的知識。第2層的相關(guān)問題在本網(wǎng)絡(luò)講座中有自己的一部分，因此現(xiàn)在先不詳細討論這個問題的細節(jié)。現(xiàn)在只需要知道第2層把數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成二進制位供1層處理就可以了。在往下講之間，你應(yīng)該回過頭來重新閱讀一下上面的內(nèi)容，因為經(jīng)驗不足的網(wǎng)絡(luò)管理員經(jīng)�；煜�2層和3層的區(qū)別。

　　如果你在談?wù)撘粋€IP地址，那么你是在處理第3層的問題，這是“數(shù)據(jù)包”問題，而不是第2層的“幀”。IP是第3層問題的一部分，此外還有一些路由協(xié)議和地址解析協(xié)議(ARP)。有關(guān)路由的一切事情都在第3層處理。地址解析和路由是3層的重要目的。

　　第4層是處理信息的傳輸層。第4層的數(shù)據(jù)單元也稱作數(shù)據(jù)包（packets）。但是，當(dāng)你談?wù)揟CP等具體的協(xié)議時又有特殊的叫法，TCP的數(shù)據(jù)單元稱為“段（segments）”而UDP的數(shù)據(jù)單元稱為“數(shù)據(jù)報（datagrams）”。這個層負責(zé)獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數(shù)據(jù)單元碎片、亂序到達的數(shù)據(jù)包和其它在傳輸過程中可能發(fā)生的危險。理解第4層的另一種方法是，第4層提供端對端的通信管理。像TCP等一些協(xié)議非常善于保證通信的可靠性。有些協(xié)議并不在乎一些數(shù)據(jù)包是否丟失，UDP協(xié)議就是一個主要例子。

　　現(xiàn)在快要到7層了，我們很想知道第5層和第6層有些什么功能�？梢哉f，它們都是沒有用的。有一些應(yīng)用程序和協(xié)議在5層和6層。但是，對于理解網(wǎng)絡(luò)問題來說，談?wù)撨@些問題沒有任何益處。請大家注意，第7層是“一切”。7層稱作“應(yīng)用層”，是專門用于應(yīng)用程序的。如果你的程序需要一種具體格式的數(shù)據(jù)，你可以發(fā)明一些你希望能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到目的地的格式，并且創(chuàng)建一個第7層協(xié)議。 SMTP、DNS和FTP都是7層協(xié)議。學(xué)習(xí)OSI模型中最重要的事情是它實際代表什么意思。

　　假設(shè)你是一個網(wǎng)絡(luò)上的操作系統(tǒng)。在1層和2層工作的網(wǎng)卡將通知你什么時候有數(shù)據(jù)到達。驅(qū)動程序處理2層幀的出口，通過它你可以得到一個發(fā)亮和閃光的3層數(shù)據(jù)包(希望是如此)。作為操作系統(tǒng)，你將調(diào)用一些常用的應(yīng)用程序處理3層數(shù)據(jù)。如果這個數(shù)據(jù)是從下面發(fā)上來的，你知道那是發(fā)給你的數(shù)據(jù)包，或者那是一個廣播數(shù)據(jù)包(除非你同時也是一個路由器，不過，暫時不用擔(dān)心這個問題)。如果你決定保留這個數(shù)據(jù)包，你將打開它，并且取出4層數(shù)據(jù)包。如果它是TCP協(xié)議，這個TCP子系統(tǒng)將被調(diào)用并打開這個數(shù)據(jù)包，然后把這個7層數(shù)據(jù)發(fā)送給在目標端口等待的應(yīng)用程序。這個過程就結(jié)束了。當(dāng)要對網(wǎng)絡(luò)上的其它計算機做出回應(yīng)的時候，每一件事情都以相反的順序發(fā)生。7層應(yīng)用程序?qū)褦?shù)據(jù)發(fā)送給TCP協(xié)議的執(zhí)行者。然后，TCP協(xié)議在這些數(shù)據(jù)中加入額外的文件頭。在這個方向上，數(shù)據(jù)每前進一步體積都要大一些。TCP協(xié)議在IP協(xié)議中加入一個合法的TCP字段。然后，IP協(xié)議把這個數(shù)據(jù)包交給以太網(wǎng)。以太網(wǎng)再把這個數(shù)據(jù)作為一個以太網(wǎng)幀發(fā)送給驅(qū)動程序。然后，這個數(shù)據(jù)通過了這個網(wǎng)絡(luò)。這條線路中的路由器將部分地分解這個數(shù)據(jù)包以獲得3層文件頭，以便確定這個數(shù)據(jù)包應(yīng)該發(fā)送到哪里。如果這個數(shù)據(jù)包的目的地是本地以太網(wǎng)子網(wǎng)，這個操作系統(tǒng)將代替路由器為計算機進行地址解析，并且把數(shù)據(jù)直接發(fā)送給主機。這個過程確實簡化了。但是，如果你能夠按照這個進程來做，并且理解數(shù)據(jù)包在每一個階段都會發(fā)生什么事情，你就征服了理解網(wǎng)絡(luò)的相當(dāng)大的一部分問題。當(dāng)你開始討論每一個協(xié)議實際上做什么的時候，一切都會變得非常復(fù)雜。如果你剛剛開始學(xué)習(xí)，在你理解復(fù)雜的事情在設(shè)法完成什么任務(wù)之前，請你先忽略這些復(fù)雜的事情。這樣會提高你的學(xué)習(xí)熱情。

小結(jié)
1. 與其苦鉆OSI模型中的各協(xié)議不如好好理解路由器和主機如何利用網(wǎng)絡(luò)棧傳輸數(shù)據(jù)
2. 2層數(shù)據(jù)稱作幀，不包含IP地址。IP地址和數(shù)據(jù)包在3層，MAC地址在2層。
3. 除非你是一臺路由器，通過網(wǎng)絡(luò)棧向上發(fā)來的數(shù)據(jù)是給你的，通過網(wǎng)絡(luò)棧向下發(fā)送的數(shù)據(jù)是你發(fā)送的

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