11 计算机网络层次间的关系

11计算机网络层次间的关系演讲人学习目标（1）理解同一协议层在不同设备间直接交互数据（如两台主机传输层通过TCP协议通信）。（2）知道对等层需遵循协议规范（如HTTP请求/响应格式）实现数据传输。（3）了解数据从应用层到物理层逐层添加头部（如IP头、MAC头）的封装逻辑。（4）明确传输层（段）、网络层（包）、链路层（帧）的结构差异及功能（如IP包含路由信息）。（5）掌握接收端从物理层到应用层逐层解析并移除头部（如网络层拆IP头后传递至传输层）。（6）理解封装后的数据通过对等层交互完成传输（如发送方封装后，接收方对等层拆封处理）。01对等层通信1.对等层通信对等层通信是指在网络通信过程中，源端（发送端）OSI（开放系统互连）模型的每一层都必须与目的端（接收端）的对应层进行通信。这种通信方式确保了数据能够按照协议规定的格式和流程在网络中传输。每一层的协议都负责处理该层的数据单元，即PDU，以确保数据能够准确无误地传递到目的端的对等层，如图5-3所示。图5-3对等层通信1.对等层通信1.PDU（协议数据单元）PDU是对等层次之间传递的数据单位。在分层网络结构中，如OSI模型或TCP/IP模型中，每一层都有自己的PDU。PDU不仅包含了来自上层的数据（即SDU），还包含了当前层为了实现数据传输而附加的协议控制信息（PCI）。PDU的具体形式取决于其所处的网络层次：①在物理层，PDU是数据位（bit）。②在数据链路层，PDU是数据帧（frame）。③在网络层，PDU是数据包（packet）。④在传输层，PDU是数据段（segment）。⑤在更高层次，PDU通常被简单地称为数据（data）。PDU的封装和解封装过程是实现网络通信的关键步骤。在发送端，数据从高层逐层向下封装成PDU，每个层次的PDU都包含了下一层所需的所有信息。在接收端，PDU则逐层向上解封装，最终还原成原始数据。1.对等层通信2.SDU（服务数据单元）SDU是层与层之间交换的数据单位，它代表了为完成用户所要求的功能而传送的数据。在网络通信过程中，SDU是PDU的数据部分，即去除了协议控制信息（PCI）后的数据内容。SDU的长度可能大于或小于PDU，因此在实际传输过程中，可能需要将多个SDU合并成一个PDU，或者将一个SDU分割成多个PDU进行传输。同层交互：一台计算机上的协议创建报头，如果需要的话还要创建尾部，其目的是和另一台计算机上的相同层相同协议进行通信。邻接层交互：仅在一台计算机上，发生在网络模型的邻接两层之间。交互的过程包括封装和解封装时的数据交换，以及较低层的协议如何为较高层的协议提供服务。02数据封装和拆封1.数据封装和拆封1.数据封装数据封装是指将原始数据（如文本、图像、视频等）按照网络协议的要求，逐层添加相应的控制信息（如头部、尾部等），最终形成一个适合在网络中传输的数据包的过程。这个过程通常发生在数据发送端，并按照从应用层到物理层的顺序逐层进行，如图5-4所示。图5-4数据封装1.数据封装和拆封数据封装的具体步骤（以OSI模型为例）：（1）应用层：将原始数据（如用户输入的文本）转换为计算机能直接识别的二进制形式，并可能添加一些应用层特有的控制信息（如文件类型、格式等）。（2）传输层：在传输层，数据被分割成较小的数据段（或称为传输单元），每个数据段前面都会添加传输层的头部信息，包括源端口号和目标端口号等，以便接收端能够正确地将数据送达到相应的应用程序。（3）网络层：在网络层，数据段被封装成数据包，并添加网络层的头部信息，主要包括源IP地址和目标IP地址，以便实现数据的路由和转发。（4）数据链路层：数据包在网络中传输时，还需要通过数据链路层进行进一步的封装。在这一层，数据包会被封装成数据帧，并添加数据链路层的头部和尾部信息，包括源MAC地址和目标MAC地址等，以便实现数据的物理传输和差错控制。（5）物理层：在物理层，数据帧被转换为适合在物理介质（如双绞线、光纤等）上传输的比特流。这一层主要负责数据的物理传输，包括信号的调制、解调、编码、解码等。数据沿着协议栈向下传输时，每一层都添加一个报头，并将封装后的内容作为数据传递给下一层，直到达物理层，数据被转换为比特，通过介质进行传输。1.数据封装和拆封2.数据拆封数据拆封是数据封装的逆过程，它发生在数据接收端。当数据包到达接收端时，会按照从物理层到应用层的顺序逐层去除控制信息，最终还原出原始数据，如图5-5所示。图5-5数据拆封1.数据封装和拆封数据拆封的具体步骤（以OSI模型为例）：（1）物理层：接收端首先通过物理层将接收到的比特流转换为数据帧，并去除物理层的头部和尾部信息。（2）数据链路层：在数据链路层，接收端会检查数据帧的MAC地址，如果目标MAC地址与接收端的MAC地址相匹配，则继续拆封；否则，数据帧将被丢弃。接下来，接收端会去除数据链路层的头部和尾部信息，将数据帧还原为数据包。（3）网络层：在网络层，接收端会检查数据包的IP地址，如果目标IP地址与接收端的IP地址相匹配，则继续拆封；否则，数据包将被转发到下一跳。接下来，接收端会去除网络层的头部信息，将数据包还原为数据段。（4）传输层：在传输层，接收端会根据端口号将数据段送达相应的应用程序。在此过程中，接收端会去除传输层的头部信息，并将数据段还原为原始数据。（5）应用层：最后，在应用层，接收端将二进制数据转换为原始的数据形式（如文本、图像、视频等），并呈现给用户。数据封装和拆封是计算机网络通信中不可或缺的两个过程。它们确保了数据能够在不同的网络层次间正确、高效地传输，并实现了网络通信的可靠性和安全性。02本讲小结本讲小结本任务聚焦于计算机网络的核心模型，包括OSI参考模型、TCP/IP模型、计算机网络层次间的关系以及网络协议。通过深入学习，我们理解了OSI参考模型如何将网络通信过程划分为七个逻辑层次，每个层次都承担着特定的功能和责任。TCP/IP模型则作为更为实用的网络模型，简化了OSI模型