HCIA Datacom -网络参考模型

HCIA Datacom -网络参考模型

应用和数据

  • 应用的存在 ，是为了满足人们的各种需求，比如访问网页

应用的实现 - 数据

  • OSI参考模型
    • 7、应用层
      • 对应用程序提供接口
    • 6、表示层
      • 进行数据格式的转换，以确保一个系统生成的应用层数据能够被另外一个系统的应用层所识别和理解
    • 5、会话层
      • 在通信双方之间建立、管理和终止会话
    • 4、传输层
      • 建立、维护和取消一次端到端的数据传输过程。控制传输节奏的快慢，调整数据的排序等等
    • 3、网络层
      • 定义逻辑地址；实现数据从源到目的地的转发
    • 2、数据链路层
      • 将分组数据封装成帧；在数据链路上实现数据的点到点、或点到多点方式的直接通信；差错检测
    • 1、物理层
      • 在媒介上传输比特流；提供机械的和电气的规约

网络参考模型与标准协议

  • TCP/IP参考模型

    • 因为OIS协议栈比较复杂，且TCP和IP两大协议在业界被广泛使用，所以TCP/IP参考模型成为了互联网的主流参考模型
    • 应用层 （应用层、表示层、会话层） 应用层（HTTP、Telnet、FTP、SMTP、TFTP、DNS、SNMP、DHCP）
    • 主机到主机房（传输层） 传输层（TCP、UDP）
    • 英特网层 （网络层） 网络层（ICMP、IGMP/IP）
    • 网络接入层 （数据链路层、物理层） 数据链路层（PPPoE/Ethernet、PPP）
    • – （物理层） 物理层
    • TCP/IP标准模型 （OSI模型） TCP/IP对等模型

  • 常见协议标准化组织

    • IETF
      • 负责开发和推广互联网协议（特别是构成TCP/IP协议族的协议）的志愿组织，通过RFC发布新的或者取代老的协议标准
    • IEEE
      • 制定了全世界电子、电气和计算机科学领域30%左右的标准，比较知名的有IEEE802.3、IEEE802.11等
    • ISO
      • 在制定计算机网络标准方面，ISO是起着重大作用的国际组织，例如OIS模型，定义于ISO/IEC7498-1

  • 应用层

    • 为应用软件提供接口，使应用程序能够使用网络服务。应用层协议会指定使用相应的传输层协议，以及传输层所使用的端口等
    • 应用层的PDU被称为Data（数据）
    • 常见应用层协议 - FTP
      • 是一个用于从一台主机传送文件到另一台主机的协议，用于文件的“上传”和“下载”，采用C/S结构
      • -Telnet
      • 数据网络中提供远程登录服务的标准协议，为用户提供了在本地计算机上远程登录设备工作的能力
      • -HTTP
      • 互联网上应用最为广泛的一种网络协议，设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法

  • 传输层

    • 接收来自应用层协议的数据，封装上相应的传输层头部，帮助起建立“端到端”的链接（TCP面向连接的、可靠的传输层通信协议；UDP简单的无连接的传输层协议）
    • 传输层的PDU被称为Segment（段）
    • TCP和UDP - 报文格式
      • image-20240307213818047
    • TCP和UDP - 端口号
      • 客户端使用的源端口一般随机分配，目标端口则由服务器的应用指定；
      • 源端口号一般为系统中未使用的，且大于1023；
      • 目的端口号为服务端开启的应用（服务）所侦听的端口，如HTTP缺省使用80.
    • TCP的建立 - 三次握手
      • syn
      • syn + ack
      • ack
    • TCP的序列号与确认序列号
      • 序列号
      • 确认序列号
    • TCP的窗口滑动机制
      • 通过滑动窗口机制来控制数据的传输速率
    • TCP的关闭 - 四次握手
      • （甲）FIN请求
      • （乙）ACK
      • （乙）FIN请求
      • （甲）ACK

  • 网络层

    • 传输层负责建立主机之间进程与进程之间的链接，而网络层负责数据从一台主机到另外一台主机之间的传递

    • 网络层的PDU被称为Packet（包）

    • 网络层协议工作过程

      • 数据包封窗过程

        • 上层（例如传输层）提交的数据

      • 基于网络层地址的报文转发

  • 数据链路层

    • 位于网络层和物理层之间，可以向网络层的IP、IPv6等协议提供服务。数据链路层的PDU被称为Frame（帧）
    • 以太网（Ethernet）是最常见的数据链路层协议

  • 以太网和MAC地址

    • 以太网
      • 一种广播式数据链路层协议，支持多点接入
      • PC网络接口遵循以太网标准
      • 一个广播域对应一个IP网段
    • 以太网MAC地址
      • media access control地址在网络中年唯一标识一个网卡，每个网卡都需要且会有唯一的一个MAC地址
      • MAC用于在一个IP网段内，寻址找到具体的物理设备
      • 工作在数据链路层的设备。

  • 地址解析协议（ARP）

    • Address Resolution Protocol地址解析协议

    • 根据已知的IP地址解析获得其对应的MAC地址

    • ARP工作原理：

      • Host1 ARP缓存

        • 在发送数据前，设备会先查找ARP缓存，如果缓存表中存在对方设备的MAC地址，则直接采用MAC地址来封装帧，然后将帧发送出去。如果缓存表中不存在相应的信息，则通过ARP来获取。

      • ARP请求

        • 主机1通过发送ARP Request报文来获取主机2的MAC地址
        • 由于不知道目的MAC地址，因此ARP Request报文内的目的端MAC地址为0.
        • ARP Request是广播数据帧，因此交换机收到后，会对该帧执行泛红操作。

      • Host 2ARP缓存

        • 所有的主机接收到该ARP Request报文，都会检查它的目的端IP地址字段与自身的IP地址是否匹配
        • 主机2发现IP地址匹配，则会将ARP报文中的发送端MAC地址和发送端IP地址信息记录到自己的ARP缓存表中

      • ARP响应

        • 主机2通过发送ARP Reply报文来响应主机1的请求
        • 此时主机2已知主机1的MAC地址，因此ARP Reply是单播数据帧

      • Host1 ARP缓存

        • 主机1收到ARP Reply以后，会检查ARP报文中目的端的IP地址字段是否与自己的IP地址匹配
        • 如果匹配，会将ARP报文中的发送端MAC地址和发送端IP地址信息记录到自己的ARP缓存表中

  • ​物理层

    • 数据到达物理层后，物理层会根据物理介质的不同，将数字信号转化为光信号、电信号或者是电磁波信号
    • 物理层的PDU被称为比特流（Bitstream）
    • 负责比特流在介质上的传输
    • 规范了线缆、针脚、电压、接口等物理特性规范
    • 常见的传输介质有：双绞线、光纤、电磁波等

数据通信过程

  • 发送方数据封装

    DATA 应用层 数据Data
    TCP Header 传输层 段segment
    IP Header payload 网络层 包Packet
    Eth Header Payload FCS 数据链路层 帧Frame
    0110010101…. 物理层 位Bit

  • 中间数据网络传输

    PC 交换机 路由器 服务器
    应用层 数据链路层 网络层 应用层
    网络层 物理层 数据链路层 传输层
    数据链路层 物理层 网络层
    物理层 数据链路层
    物理层

  • 接收方数据解封装

    DATA 应用层 数据Data
    TCP Header 传输层 段segment
    IP Header payload 网络层 包Packet
    Eth Header Payload FCS 数据链路层 帧Frame
    0110010101…. 物理层 位Bit