OSI 模型与TCP/IP、以太网、DDS 开放式系统互联模型(英语:Open System Interconnection Model,缩写:OSI;简称为OSI模型)是一种概念模型,由国际标准化组织提出,一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。定义于ISO/IEC 7498-1。该模型将通信系统中的数据流划分为七个层,从分布式应用程序数据的最高层表示到跨通信介质传输数据的物理实现。每个中间层为其上一层提供功能,其自身功能则由其下一层提供。功能的类别通过标准的通信协议在软件中实现。开放式系统互联模型的开发始于上世纪70年代后期,用以支持各种计算机联网方法的出现。在上世纪80年代,该模型成为国际标准化组织(ISO)开放系统互连小组的工作产品[1]。 知乎上有一个总结非常到位的帖子,建议大家看看这篇文章,我这篇就可以不用看了。 零声Github整理库:一文带你读懂OSI 模型、 TCP/IP 协议模型 1 OSI七层模型 OSI将计算机网络体系结构划分为以下七层:应用层(Application Layer):提供为应用软件而设计的接口,以设定与另一应用软件之间的通讯。例如:HTTP、HTTPS、FTP、Telnet、SSH、SMTP、POP3等。表示层(Presentation Layer):数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式。该层被弃用。应用层的HTTP、FTP、Telnet等协议有类似的功能。传输层的TLS/SSL也有类似功能。会话层(Session Layer):负责在数据传输中设定和维护计算机网络中两台计算机之间的通讯连接。该层被弃用。应用层的HTTP、RPC、SDP、RTCP等协议有类似的功能。传输层(Transport Layer):传输表头(TH)加至资料以形成封包。传输表头包含了所使用的协定等传送资讯。例如:传输控制协定(TCP)、UDP、DCCP、SCTP、TLS/SSL等。网络层(Network Layer):决定数据的路径选择和转寄,将网络表头(NH)加至数据包,以形成封包。网络表头包含了网络资料。例如:互联网协议(IP)、ICMP、IGMP、RARP等。数据链路层(Data Link Layer):负责网络寻址、错误侦测和改错。当表头和表尾被加至数据包时,会形成资讯框(Data Frame)。数据链表头(DLH)是包含了实体位址和错误侦测及改错的方法。数据链表尾(DLT)是一串指示数据包末端的字符串。例如以太网、无线局域网(Wi-Fi)和通用分组无线服务(GPRS)等。物理层(Physical Layer):在区域网络上传送数据帧(Data Frame),它负责管理电脑通讯设备和网络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、网卡、主机介面卡等。
实际应用中,也可以将计算机网络体系分为软件层,中间层以及硬件层[2]。软件层:最接近终端用户,从一个终端用户到另一个终端用户的通信开始于使用应用层之间的交互。硬件层:处理与数据传输相关的活动。物理层和数据链路层需要通过软件和硬件实现。
Network Layers Diagram 2 TCP/IP 2.1 TCP—传输层 传输控制协议(英语:Transmission Control Protocol,缩写:TCP)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中,它完成第四层传输层所指定的功能。用户数据报协议(UDP)是同一层内另一个重要的传输协议[3]。 应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流,然后TCP把数据流分割成适当长度的报文段(通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单(MTU)的限制)。之后TCP把结果包传给IP层,由它来透过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认信息(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据包就被假设为已丢失并进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误,在发送和接收时都要计算校验和。 2.2 IP—网络层 网络协议(英语:Internet Protocol,缩写:IP),又称互联网协议,是用于分组交换数据网络的协议[4]。 IP是在TCP/IP协议族中网络层的主要协议,任务仅仅是根据源主机和目的主机的地址来传送数据。为此目的,IP定义了寻址方法和数据报的封装结构。第一个架构的主要版本为IPv4,目前仍然是广泛使用的互联网协议,尽管世界各地正在积极部署IPv6。 网络协议最为复杂的方面可能就是寻址和路由。寻址就是如何将IP地址分配给各个终端节点,以及如何划分和组合子网。所有网络端点都需要路由,尤其是网际之间的路由器。路由器通常用内部网关协议(Interior Gateway Protocols,IGPs)和外部网关协议(External Gateway Protocols,EGPs)决定怎样发送IP数据包。 2.3 OSI与TCP/IP的区别 OSI与TCP/IP的区别如下:
Differences between OSI & TCP/IP
3 以太网—物理层 以太网(英语:Ethernet)是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问控制的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术,取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET[5]。以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑,但目前的快速以太网(100BASE-T、1000BASE-T标准)为了减少冲突,将能提高的网络速度和使用效率最大化,使用交换机(Switch hub)来进行网络连接和组织。如此一来,以太网的拓扑结构就成了星型;但在逻辑上,以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,即载波多重访问/碰撞侦测)的总线技术。
以太网类型 带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)技术规定了多台电脑共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet,它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网简单。当某台电脑要发送信息时,在以下行动与状态之间进行转换:开始 – 如果线路空闲,则启动传输,否则跳转到第4步。发送 – 如果检测到冲突,继续发送数据直到达到最小回报时间(min echo receive interval)以确保所有其他转发器和终端检测到冲突,而后跳转到第4步。成功传输 – 向更高层的网络协议报告发送成功,退出传输模式。线路繁忙 – 持续等待直到线路空闲。线路空闲 – 在尚未达到最大尝试次数之前,每隔一段随机时间转到第1步重新尝试。超过最大尝试传输次数 – 向更高层的网络协议报告发送失败,退出传输模式。 4 DDS协议 DDS(Data Distribution Service)是以数据为中心的中间件协议和API标准。DDS集成了系统中的各个组件,提供低延时数据连接、高可靠性以及高可扩展体系结构,以适应商业级物联网应用程序的需求[6]。在分布式系统中,中间件是位于操作系统和应用程序之间的软件层。它使系统的各个组件能够更轻松地通信和共享数据。它简化了分布式系统的开发,让软件开发人员专注于应用程序的特定用途,而不是在应用程序和系统之间传递信息的机制。DDS中间件是一个软件层,它将应用层程序从操作系统,网络传输和低级数据格式的详细信息中抽象出来。以不同的编程语言提供了相同的概念和API,从而允许应用程序跨操作系统,语言和处理器体系结构交换信息。底层细节,如数据线格式、发现、连接、可靠性、协议、传输选择、QoS、安全性等都由中间件管理。
DDS是一个以数据为中心的开放式国际互联标准,是一个经过验证的工业物联网数据连接标准。DDS标准主要有以下优点[7]:高性能、可扩展、安全且以数据为中心的发布/订阅抽象模型;具有动态发现服务的完全去中心化架构,可自动在匹配节点之间建立通信;丰富的服务质量 (QoS) 特性,用于控制数据分发各个方面:数据可用性、资源使用情况、可靠性和时延控制;可互操作的数据共享,独立于平台的可扩展数据建模、编码和表示;最新扩展支持RPC、安全、资源受限设备、Web 集成和 OPC UA 集成。
DDS核心规范描述了以数据为中心的发布-订阅(DCPS)模型,该模型用于分布式应用程序通信和集成。该规范定义了应用程序接口 (API) 和通信语义(行为和服务质量QoS),它们能够有效地将信息从信息生产者传递到匹配的信息消费者。DDS规范的目的可以概括为:在正确的时间将正确的信息高效、可靠地传送到正确的地点。版本编号发布时间链接V1.42015年03月http://www.omg.org/spec/DDS/1.4/V1.22006年12月http://www.omg.org/spec/DDS/1.2/V1.12005年12月http://www.omg.org/spec/DDS/1.1/V1.02004年12月http://www.omg.org/spec/DDS/1.0/ 注:规范中文版可参考规范中文版链接。
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