2024年2月10日发(作者：魏正清)
ISO网络七层模型
ISO 七层模型
OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。
70年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但它们都属于专用的。
为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准。
国际标准化组织ISO 于1981年正式推荐了一个网络系统结构----七层参考模型，叫做开放系统互连模型(Open System Interconnection，OSI)。由于这个标准模型的建立,使得各种计算机网络向它靠拢, 大大推动了网络通信的发展。下面我简单的介绍一下这7层及其功能。
OSI的7层从上到下分别是：
7 应用层
6 表示层
5 会话层
4 传输层
3 网络层
2 数据链路层
1 物理层
其中高层，既7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，既3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。
（1）应用层：与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例：telnet，HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。
（2）表示层：这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。
（3）会话层：他定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向小时的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。（4）传输层：这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。
（5）网络层：这层对端到端的包传输进行定义，他定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由
实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX等。
（6）数据链路层：他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。
（7）物理层：OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802.3等。
二：TCP/IP分层模型（大学的教科书中用这个五层模型）
1、应用层：确定进程之间通信的性质以满足用户需求；应用层协议如支持万维网应用的http协议、支持电子邮件的smtp协议、支持文件传送的ftp协议等等 .
2、运输层：负责主机间不同进程的通信；协议有面向连接的TCP（传输控制协议）、无连接的UDP（用户数据报协议）；数据传输的单位称为报文段或用户数据报
3、网络层：负责分组交换网中不同主机间的通信；作用有二：发送数据时，将运输层中的报文段或用户数据报封装成IP数据报；选择合适路由
4、数据链路层：负责将网络层的IP数据报组装成帧
5、物理层：透明地传输比特流
三：TCP/IP分层模型（四层）
TCP/IP分层模型（TCP/IP Layening Model）被称作因特网分层模型(Internet Layering Model)、因特网参考模型(Internet Reference Model)。下图表示了TCP/IP分层模型的四层。
┌────────┐┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐
│ ││Ｄ│Ｆ│Ｗ│Ｆ│Ｈ│Ｇ│Ｔ│Ｉ│Ｓ│Ｕ│ │
│ ││Ｎ│Ｉ│Ｈ│Ｔ│Ｔ│Ｏ│Ｅ│Ｒ│Ｍ│Ｓ│其│
│第四层，应用层 ││Ｓ│Ｎ│Ｏ│Ｐ│Ｔ│Ｐ│Ｌ│Ｃ│Ｔ│Ｅ│ │
│ ││ │Ｇ│Ｉ│ │Ｐ│Ｈ│Ｎ│ │Ｐ│Ｎ│ │
│ ││ │Ｅ│Ｓ│ │ │Ｅ│Ｅ│ │ │Ｅ│它│
│ ││ │Ｒ│ │ │ │Ｒ│Ｔ│ │ │Ｔ│ │
└────────┘└─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘
┌────────┐┌─────────┬───────────┐
│第三层，传输层 ││ ＴＣＰ │ ＵＤＰ │
└────────┘└─────────┴───────────┘
┌────────┐┌─────┬────┬──────────┐
│ ││ │ＩＣＭＰ│ │
│第二层，网间层 ││ └────┘ │
│ ││ ＩＰ │
└────────┘└─────────────────────┘
┌────────┐┌─────────┬───────────┐
│第一层，网络接口││ＡＲＰ／ＲＡＲＰ │ 其它 │
└────────┘└─────────┴───────────┘
图2.2 ＴＣＰ／ＩＰ四层参考模型
TCP/IP协议被组织成四个概念层，其中有三层对应于ISO参考模型中的相应层。ICP/IP协议族并不包含物理层和数据链路层，因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能，必须与许多其他的协议协同工作。
TCP/IP分层模型的四个协议层分别完成以下的功能：
第一层
网络接口层
网络接口层包括用于协作IP数据在已有网络介质上传输的协议。实际上TCP/IP标准并不定义与ISO数据链路层和物理层相对应的功能。相反，它定义像地址解析协议(Address Resolution
Protocol,ARP)这样的协议，提供TCP/IP协议的数据结构和实际物理硬件之间的接口。
第二层
网间层
网间层对应于OSI七层参考模型的网络层。本层包含IP协议、RIP协议(Routing Information
Protocol，路由信息协议)，负责数据的包装、寻址和路由。同时还包含网间控制报文协议(Internet
Control Message Protocol,ICMP)用来提供网络诊断信息。
第三层
传输层
传输层对应于OSI七层参考模型的传输层，它提供两种端到端的通信服务。其中TCP协议(Transmission Control Protocol)提供可靠的数据流运输服务，UDP协议(Use Datagram Protocol)提供不可靠的用户数据报服务。
第四层
应用层
应用层对应于OSI七层参考模型的应用层和表达层。因特网的应用层协议包括Finger、Whois、FTP(文件传输协议)、Gopher、HTTP(超文本传输协议)、Telent(远程终端协议)、SMTP(简单邮件传送协议)、IRC(因特网中继会话)、NNTP（网络新闻传输协议）等，这也是本书将要讨论的重点。
TCP/IP通信设计程序
对于通信设计，我们一般可以根据用例很轻松的设计出一个通信范例出来。然而，据此就认为TCP/IP编程很容易就不对了。TCP/IP编程是一门很
重要的学问。其复杂性主要体现在通信方式和报文格式的多样性上。
一，通信方式，主要有两类：
1， 一个Client方连接一个Server方，称为点对点。
2， 多个Client方连接一个Server方，这个就是我们通常的并发服务器。
二，连接方式
1， 长连接
Client与Server方先建立通讯连接，连接建立以后不断开，然后再进行报文的发送和接收。这种方式由于通信连接一直存在，可以使用
下面的命令查看连接是否建立：
netstat -f inet | grep 端口号。 这种方式通常用于点对点通信。
2， 短连接
Client 方与Server方每进行一次报文收发交易时才进行通信连接，交易完成以后就断开连接。此种连接方式适用于多个客户端和一个Server的
的那种连接方式。
三， 报文发送和接收方式
1， 异步
报文发送和接收是分开的，相互独立的，互不影响。这种方式又分为两种情况：
1), 异步双工： 接收和发送在同一个子程序中，有两个不同的子进程分别负责发送和接收；
2), 异步单工： 接收和发送由两个不同的应用程序来完成。
2，同步
报文发送和接收是同步进行，即报文发送后等待接收返回报文。 同步方式一般要考虑超时的问题，即报文发出去以后
不能无限等待，需要设定超时时间。超过该时间，发送方不再等待，读返回报文，直接通知超时返回。
实际通信方式是这三类通信方式的组合。比如书上的范例一般是同步短连接的Client/Server应用程序。
其中，异步长连接双工是最为复杂的一种通信方式。有时候经常会出现在不同银行，不同城市的两套系统上进行通信。
四，报文格式
通信的报文格式多样性更多，相应的必须设计相应的读写报文和发送报文的函数。
（一）阻塞与非阻塞方式
1，非阻塞方式
读函数不停地进行读动作，如果没有报文接收到，等待一段时间以后超时返回，这种方式需要设置超时时间。
2，阻塞方式
如果没有报文接收到，则函数一直处于等待状态，直到有报文到达。
（二）循环读写方式
1，一次性直接读写报文
一次性发送的报文，全部都读写完。
2，不指定长度循环读
一般发生在短连接进程中，受网络路由的限制，一次较长的报文在传输的过程中被分解成好几个包。一次读取可能
不能够完全读完报文，这就需要循环的反复读，直到读完为止。
3，带长度报文循环读写
这种情况一般是在长连接进程中，由于长连接中没有条件能够判断循环读什么时候结束，所以必须加上长度报文头。
读函数先读取报文头的长度，再根据这个长度去读取实际的报文。
通常的Web服务器都是采用的长连接，即客户端一次请求完后，不关闭连接，保持一段时间的连接。下次客户端再次请求时，
不用创建新的连接，复用所保持的连接即可。
2024年2月10日发(作者：魏正清)
ISO网络七层模型
ISO 七层模型
OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。
70年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但它们都属于专用的。
为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准。
国际标准化组织ISO 于1981年正式推荐了一个网络系统结构----七层参考模型，叫做开放系统互连模型(Open System Interconnection，OSI)。由于这个标准模型的建立,使得各种计算机网络向它靠拢, 大大推动了网络通信的发展。下面我简单的介绍一下这7层及其功能。
OSI的7层从上到下分别是：
7 应用层
6 表示层
5 会话层
4 传输层
3 网络层
2 数据链路层
1 物理层
其中高层，既7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，既3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。
（1）应用层：与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例：telnet，HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。
（2）表示层：这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。
（3）会话层：他定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向小时的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。（4）传输层：这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。
（5）网络层：这层对端到端的包传输进行定义，他定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由
实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX等。
（6）数据链路层：他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。
（7）物理层：OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802.3等。
二：TCP/IP分层模型（大学的教科书中用这个五层模型）
1、应用层：确定进程之间通信的性质以满足用户需求；应用层协议如支持万维网应用的http协议、支持电子邮件的smtp协议、支持文件传送的ftp协议等等 .
2、运输层：负责主机间不同进程的通信；协议有面向连接的TCP（传输控制协议）、无连接的UDP（用户数据报协议）；数据传输的单位称为报文段或用户数据报
3、网络层：负责分组交换网中不同主机间的通信；作用有二：发送数据时，将运输层中的报文段或用户数据报封装成IP数据报；选择合适路由
4、数据链路层：负责将网络层的IP数据报组装成帧
5、物理层：透明地传输比特流
三：TCP/IP分层模型（四层）
TCP/IP分层模型（TCP/IP Layening Model）被称作因特网分层模型(Internet Layering Model)、因特网参考模型(Internet Reference Model)。下图表示了TCP/IP分层模型的四层。
┌────────┐┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐
│ ││Ｄ│Ｆ│Ｗ│Ｆ│Ｈ│Ｇ│Ｔ│Ｉ│Ｓ│Ｕ│ │
│ ││Ｎ│Ｉ│Ｈ│Ｔ│Ｔ│Ｏ│Ｅ│Ｒ│Ｍ│Ｓ│其│
│第四层，应用层 ││Ｓ│Ｎ│Ｏ│Ｐ│Ｔ│Ｐ│Ｌ│Ｃ│Ｔ│Ｅ│ │
│ ││ │Ｇ│Ｉ│ │Ｐ│Ｈ│Ｎ│ │Ｐ│Ｎ│ │
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│第三层，传输层 ││ ＴＣＰ │ ＵＤＰ │
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│第二层，网间层 ││ └────┘ │
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│第一层，网络接口││ＡＲＰ／ＲＡＲＰ │ 其它 │
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图2.2 ＴＣＰ／ＩＰ四层参考模型
TCP/IP协议被组织成四个概念层，其中有三层对应于ISO参考模型中的相应层。ICP/IP协议族并不包含物理层和数据链路层，因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能，必须与许多其他的协议协同工作。
TCP/IP分层模型的四个协议层分别完成以下的功能：
第一层
网络接口层
网络接口层包括用于协作IP数据在已有网络介质上传输的协议。实际上TCP/IP标准并不定义与ISO数据链路层和物理层相对应的功能。相反，它定义像地址解析协议(Address Resolution
Protocol,ARP)这样的协议，提供TCP/IP协议的数据结构和实际物理硬件之间的接口。
第二层
网间层
网间层对应于OSI七层参考模型的网络层。本层包含IP协议、RIP协议(Routing Information
Protocol，路由信息协议)，负责数据的包装、寻址和路由。同时还包含网间控制报文协议(Internet
Control Message Protocol,ICMP)用来提供网络诊断信息。
第三层
传输层
传输层对应于OSI七层参考模型的传输层，它提供两种端到端的通信服务。其中TCP协议(Transmission Control Protocol)提供可靠的数据流运输服务，UDP协议(Use Datagram Protocol)提供不可靠的用户数据报服务。
第四层
应用层
应用层对应于OSI七层参考模型的应用层和表达层。因特网的应用层协议包括Finger、Whois、FTP(文件传输协议)、Gopher、HTTP(超文本传输协议)、Telent(远程终端协议)、SMTP(简单邮件传送协议)、IRC(因特网中继会话)、NNTP（网络新闻传输协议）等，这也是本书将要讨论的重点。
TCP/IP通信设计程序
对于通信设计，我们一般可以根据用例很轻松的设计出一个通信范例出来。然而，据此就认为TCP/IP编程很容易就不对了。TCP/IP编程是一门很
重要的学问。其复杂性主要体现在通信方式和报文格式的多样性上。
一，通信方式，主要有两类：
1， 一个Client方连接一个Server方，称为点对点。
2， 多个Client方连接一个Server方，这个就是我们通常的并发服务器。
二，连接方式
1， 长连接
Client与Server方先建立通讯连接，连接建立以后不断开，然后再进行报文的发送和接收。这种方式由于通信连接一直存在，可以使用
下面的命令查看连接是否建立：
netstat -f inet | grep 端口号。 这种方式通常用于点对点通信。
2， 短连接
Client 方与Server方每进行一次报文收发交易时才进行通信连接，交易完成以后就断开连接。此种连接方式适用于多个客户端和一个Server的
的那种连接方式。
三， 报文发送和接收方式
1， 异步
报文发送和接收是分开的，相互独立的，互不影响。这种方式又分为两种情况：
1), 异步双工： 接收和发送在同一个子程序中，有两个不同的子进程分别负责发送和接收；
2), 异步单工： 接收和发送由两个不同的应用程序来完成。
2，同步
报文发送和接收是同步进行，即报文发送后等待接收返回报文。 同步方式一般要考虑超时的问题，即报文发出去以后
不能无限等待，需要设定超时时间。超过该时间，发送方不再等待，读返回报文，直接通知超时返回。
实际通信方式是这三类通信方式的组合。比如书上的范例一般是同步短连接的Client/Server应用程序。
其中，异步长连接双工是最为复杂的一种通信方式。有时候经常会出现在不同银行，不同城市的两套系统上进行通信。
四，报文格式
通信的报文格式多样性更多，相应的必须设计相应的读写报文和发送报文的函数。
（一）阻塞与非阻塞方式
1，非阻塞方式
读函数不停地进行读动作，如果没有报文接收到，等待一段时间以后超时返回，这种方式需要设置超时时间。
2，阻塞方式
如果没有报文接收到，则函数一直处于等待状态，直到有报文到达。
（二）循环读写方式
1，一次性直接读写报文
一次性发送的报文，全部都读写完。
2，不指定长度循环读
一般发生在短连接进程中，受网络路由的限制，一次较长的报文在传输的过程中被分解成好几个包。一次读取可能
不能够完全读完报文，这就需要循环的反复读，直到读完为止。
3，带长度报文循环读写
这种情况一般是在长连接进程中，由于长连接中没有条件能够判断循环读什么时候结束，所以必须加上长度报文头。
读函数先读取报文头的长度，再根据这个长度去读取实际的报文。
通常的Web服务器都是采用的长连接，即客户端一次请求完后，不关闭连接，保持一段时间的连接。下次客户端再次请求时，
不用创建新的连接，复用所保持的连接即可。