计算机网络|数据流向剖析与分层模型详解

一、网络中的数据流向

在计算机网络中，数据的流向是指数据从发送端到接收端的传输路径。数据流向涉及到多个层次的网络通信模型，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。理解数据流向对于网络通信的设计、管理和故障排除至关重要。下图展示了数据流的简单流向

二、计算机网络通信模型

1.OSI 模型

OSI（Open Systems Interconnection）模型是一个概念模型，它定义了网络通信的七层结构，从下到上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。OSI 模型的每一层都有特定的功能和协议，用于实现数据的传输和通信。

2.TCP/IP 模型

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）模型是实际应用中最广泛的网络通信模型，它将 OSI 模型简化为四层，分别是：网络接口层、网络层、传输层和应用层。TCP/IP 模型的每一层也有特定的功能和协议，用于实现数据的传输和通信。

3.TCP/IP五层模型

3.1 分层架构描述

TCP/IP 五层模型，它是对 TCP/IP 协议族的一种分层架构描述，包括以下五层：
1. 应用层（Application Layer）
功能：这是最接近用户的一层，主要负责为用户提供网络服务，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。应用层协议包括 HTTP（超文本传输协议，用于网页浏览）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）等。
数据单元：应用层的数据单元是消息（Message）。
2. 传输层（Transport Layer）
功能：主要负责在源主机和目的主机的应用程序之间提供端到端的通信服务，确保数据的可靠传输或优化传输效率。这一层有两个重要的协议：TCP（传输控制协议，提供可靠的、面向连接的服务）和 UDP（用户数据报协议，提供不可靠的、无连接的服务）。
数据单元：传输层的数据单元是段（Segment，对于 TCP）或报文（Datagram，对于 UDP）。
3. 网络层（Internet Layer）
功能：负责将分组从源主机发送到目标主机，通过 IP 地址进行寻址和路由选择，使得数据能够跨越不同的网络到达目的地。核心协议是 IP（互联网协议）。
数据单元：网络层的数据单元是分组（Packet）。
4. 数据链路层（Data Link Layer）
功能：负责将网络层传来的分组封装成帧，并将帧从一个节点（如计算机、交换机等）传输到相邻节点，主要处理物理地址（MAC 地址）、差错检测和流量控制等。
数据单元：数据链路层的数据单元是帧（Frame）。
5. 物理层（Physical Layer）
功能：最底层，负责处理物理介质上的比特流传输，包括物理介质的电气特性、机械特性、功能特性和过程特性等，如网线的类型、光纤的规格、无线信号的频段等。

3.2各层地址结构

3.3UDP数据包报头结构

• UDP 报头的定义：UDP 报头本身由 4 个字段组成：源端口（16 位）、目的端口（16 位）、长度（16 位）和检验和（16 位）。这
  4 个字段构成了 UDP 报头，其长度是固定的 8 字节。
• UDP 伪首部的性质：UDP 伪首部是在计算 UDP检验和时临时构造出来的，它并不属于 UDP 报头的实际组成部分。伪首部包含源 IP 地址（32 位）、目的 IP 地址（32位）、全零（8 位）、协议（8 位，对于 UDP 是 17）、UDP 长度（16 位）。
• 伪首部的作用主要是在计算检验和时，让 UDP能够结合 IP 层的信息来增强错误检测能力。

三、总结

计算机网络的层次模型是一种抽象概念，用于规范和解释网络通信的流程。实际上，在数据于物理介质上传输的过程中，是严格遵循这些层次所定义的功能和规则来进行处理的，各层之间相互协作，共同完成数据的传输任务。每一层负责特定功能，分层体系有助于更高效地管理网络，包括网络的构建、维护、优化以及故障排查等工作，同时也为网络技术的不断发展和创新提供了清晰的框架和基础。