计算机网络五层结构功能汇总

桃扇骨 2023-10-05 16:32 18阅读 0赞

### 引言 ###

>  *  网上有很多博客介绍过计算机网络五层结构，但专门汇总五层结构功能的博文非常少；
>  *  本文从纵向的角度，清晰概述计算机网络五层结构的功能和特点；
>  *  本文总结了计算机网络五层结构的协议名和专用术语，并对一些结构性问题加以解释；
>  *  本文没有介绍五层结构的实现细节；

#### 五层结构的作用汇总 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>层级名称</th> 
   <th>主要作用和功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>物理层</td> 
   <td>发送和接收比特流；<br> 负责将比特流调制到载波上面（调幅、调频、调相）；<br> 可以用信道复用等技术提升发送速率；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据链路层</td> 
   <td>负责相邻设备间通信，这两个设备间没有交换节点，具体表现为点对点通信（PPP协议）和广播通信（CSMA/CD协议）；<br> 用MAC地址识别参与通信的两个节点（源节点、目的节点），MAC地址是本层及以下层专用；<br> 上层网络层根据目的IP确定下一跳IP地址，数据链路层(交换机)根据下一跳IP地址就能确定下一跳的MAC地址，并将网络层数据报再次封装，加上目的MAC地址，交由物理层传送；<br> 负责帧的差错检测，丢弃错误的帧（只检错不纠错），错误可能是帧丢失、帧重复、帧失序；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>网络层</td> 
   <td>负责不相邻的两个节点间的通信，比如我的电脑和网页服务器之间的通信；<br> 用IP地址识别源地址、目的地址，IP地址是本层及以上层专用；<br> 能够确定转发路线，使得效率最高；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>运输层</td> 
   <td>识别并将数据报正确交付相应的应用程序，识别数据报属于哪个应用程序的方法为看端口；<br>TCP可靠传输，UDP不可靠传输；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>应用层</td> 
   <td>使用得到的报文段，为用户提供各种服务（浏览器、邮件、远程通信）；<br> 向上面向用户（域名给用户看），向下面向运输层和网络层（域名解析给他们看）；</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 五层结构传输单元名称 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>层级名称</th> 
   <th>传输单元名称</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>应用层</td> 
   <td>报文</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>运输层</td> 
   <td>TCP：报文段；<br> UDP：用户数据报；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>网络层</td> 
   <td>分组或IP数据报（简称数据报）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据链路层</td> 
   <td>帧</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>物理层</td> 
   <td>比特</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 各层协议和专用术语汇总 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>层级名称</th> 
   <th>传输单元名称</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>应用层</td> 
   <td>网际组管理协议IGMP：使得连接在本局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（指主机上的进程）参加或退出某个多播组；<br>DNS：域名系统；<br> 简单文件传送协议TFTP；<br> 文件传送协议FTP；<br>NFS：网络文件系统；<br> 动态主机配置协议DHCP：用于自动分配IP地址；<br> 简单网络管理协议SNMP；<br> 简单邮件传送协议SMTP：用于发送邮件；<br> 邮件读取协议POP和IMAP：用于读取邮件；<br> 远程终端协议TELNET；<br> 超文本传送协议HTTP；<br>socket：IP和端口统称套接字，java语言中称为java socket编程；<br>安全外壳SSH（Secure Shell）：不是一种协议，是运用运输层SSL协议构建的一个类似telnet的应用，SSH = TELNET + SSL，和web开发框架中的SSH框架没有任何关系（SSH=Struts+Spring+Hibernate）；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>运输层</td> 
   <td>传输控制协议TCP：面向连接；<br> 用户数据报协议UDP：无连接；<br> 安全套接层SSL：是一种在运输层对网络数据进行加密的协议;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>网络层</td> 
   <td>地址解析协议ARP：已知一台机器的IP地址，需要找出其相对应的硬件MAC地址；<br> 网际控制报文协议ICMP：分为ICMP差错报文和ICMP询问报文，用于主机和路由器报告差错和异常情况，ping命令是在应用层直接使用网络层协议的例子；<br> 内部网关协议IGP：一个自治系统内部使用的路由协议，包括RIP和OSPF协议；<br> 外部网关协议EGP：自治系统间路由协议，包括BGP协议；<br>VPN：虚拟专用网技术，用到了网络地址转换NAT技术；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据链路层</td> 
   <td>PPP：点对点信道所使用的协议；<br>CSMA/CD：广播信道使用的协议；<br>MAC地址；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>物理层</td> 
   <td>传输介质：双绞线、同轴电缆；<br>信道复用技术：频分复用、时分复用、码分复用；<br>宽带接入技术：ADSL（非对称用户数字线）；</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 各层典型设备 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>层级名称</th> 
   <th>设备名称</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>应用层</td> 
   <td>网关：连接两个或多个使用不同协议的网络，充当“协议转换器”，是两个局域网之间的通道；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>运输层</td> 
   <td>暂无</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>网络层</td> 
   <td>路由器：连接不同网络的设备，自动选择设定路由，寻找最佳路径，在某些情况下，路由器也被称做网关；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数据链路层</td> 
   <td>网卡（网络适配器）：当接收帧错误时就丢弃，正确时就交付网络层，内含MAC地址；<br>交换机：相当于多个网桥，将好多计算机连接成一个局域网，负责局域网内部的数据交换，相当于扩展的网桥，允许在还没把数据帧接受完全的情况下转发帧；<br>网桥/桥接器：把一个局域网隔离成许多网段，维护转发表，对收到的帧进行转发、过滤或丢弃（完全接收到一帧后才转发）；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>物理层</td> 
   <td>集线器/转发器：简单转发比特，不维护任何表；</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 几个结构性问题的解释 ####

>  *  为何不能只有MAC地址，IP地址没有行不行？

*  这和”能不能只有数据链路层，没有网络层”的问题一样；
 *  他们处理的是不同层面的事务，前者专注于相邻节点传输、后者则专注于不相邻节点传输；
 *  这是”网络”这个事务由小到大、量变产生质变的必然选择；

>  *  为何不将TCP可靠传输的任务交由网络层负责？

*  其实这是”可靠”怎么理解的问题，如果网络层可靠了，但是在传输层不可靠，数据也无法正确及时的送达应用程序手中；
 *  如果网络层和运输层都保证可靠，协议未免太过复杂，效率降低；
 *  所以只在运输层保证可靠，是在效率、可靠性之间权衡做出的最佳选择；

注：总结太好了，转载[https://changsiyuan.github.io/2015/09/12/2015-9-12-five-layer/?nsukey=dqWDT924aub5wdRRxQzhz0rDzccgK%2Bhc6dNa6el5MvnPq5EW75AsEIn%2Bon8ry5JJrS5vqSfjAQYMaqml7083LbbFRFhqDgYnZ5azat248mVUl2dIx90eWgfZdd9EDFbSf0Qd9IXK3bZF7K2Yv%2FFTlfkjDyXu10yG6ilAjRbIzpDnKZHXgFJ68yISxuRH1ZkQHvWZb%2BBh0cfkdrhbPbNbzg%3D%3D][https_changsiyuan.github.io_2015_09_12_2015-9-12-five-layer_nsukey_dqWDT924aub5wdRRxQzhz0rDzccgK_2Bhc6dNa6el5MvnPq5EW75AsEIn_2Bon8ry5JJrS5vqSfjAQYMaqml7083LbbFRFhqDgYnZ5azat248mVUl2dIx90eWgfZdd9EDFbSf0Qd9IXK3bZF7K2Yv_2FFTlfkjDyXu10yG6ilAjRbIzpDnKZHXgFJ68yISxuRH1ZkQHvWZb_2BBh0cfkdrhbPbNbzg_3D_3D]

我简单做了一下标记

[https_changsiyuan.github.io_2015_09_12_2015-9-12-five-layer_nsukey_dqWDT924aub5wdRRxQzhz0rDzccgK_2Bhc6dNa6el5MvnPq5EW75AsEIn_2Bon8ry5JJrS5vqSfjAQYMaqml7083LbbFRFhqDgYnZ5azat248mVUl2dIx90eWgfZdd9EDFbSf0Qd9IXK3bZF7K2Yv_2FFTlfkjDyXu10yG6ilAjRbIzpDnKZHXgFJ68yISxuRH1ZkQHvWZb_2BBh0cfkdrhbPbNbzg_3D_3D]: https://changsiyuan.github.io/2015/09/12/2015-9-12-five-layer/?nsukey=dqWDT924aub5wdRRxQzhz0rDzccgK%2Bhc6dNa6el5MvnPq5EW75AsEIn%2Bon8ry5JJrS5vqSfjAQYMaqml7083LbbFRFhqDgYnZ5azat248mVUl2dIx90eWgfZdd9EDFbSf0Qd9IXK3bZF7K2Yv%2FFTlfkjDyXu10yG6ilAjRbIzpDnKZHXgFJ68yISxuRH1ZkQHvWZb%2BBh0cfkdrhbPbNbzg%3D%3D