OSI 7层模型

分层思想

将一系列复杂过程，通过分解使每阶段功能单一化的过程

  • 使整个流程更加清晰，复杂问题简单化
  • 每一阶段专注处理单一问题，更深入

OSI7层模型意义

本质是要解决互联网通信问题，OSI(Open System interconnection)开放的通信系统互联参考模型。通过国际化定义标准，使全球计算机通信使用同一标准。

层级 层名 解决问题（个人想法） 对应硬件设备
7 应用层 实际提供网络服务 PC/防火墙
6 表示层 将数据编码 PC/防火墙
5 会话层 协调网络数据传输 PC/防火墙
4 传输层 数据添加TCP/UDP包头，指明来、去端口 防火墙
3 网络层 数据添加IP包，指明来、去网络IP地址 路由器
2 数据链路层 数据添加MAC信息，FCS数据校验 交换机
1 物理层 数据的二进制传输 网卡/网线

注：在实际应用过程中表示层与会话层实际协议不多，因此这两层最后合并在应用层中，出现OSI5层模型。

OSI7层模型常用协议及其联系

协议联系图，能够默写

物理层-网络工程

  1. 物理层的传输硬件有网线、网卡、空气等。
  2. 数据信息最基础的单位是bit、Byte、KB、MB、GB、TB、PB。

    1PB = 1024TB
    1TB = 1024GB
    1GB = 1024MB
    1MB = 1024KB
    1KB = 1024Byte
    1Byte = 8bit

  3. 信号类型可以分为电信号（模拟信号、数字信号），光信号。
    • 模拟信号传输中信号会衰减，需要放大器来实现远距离传输。
    • 数字信号传输过程中需要中继器来矫正信号。
    • 模拟信号传输距离比数字信号远，但是数字信号抗干扰能力强。
    • 光纤可以分为单模光纤和多模光纤，单模光纤传输距离更远、抗干扰能力强，带宽更宽，一般用于跨城市传输。
    • 短距离传输中多模光纤与单模光纤差异性小，实际应用中单模光纤黄色，多模光纤为橙色与淡蓝色。
  4. 常见网线（双绞线）有5类线、超5类线、6类线、7类线。
    • 双绞线线头标准有

    T568A:白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕
    T568B:白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕

    • 网线的用途分类：
    1. 交叉线，一端为A一端为B，同种设备之间使用（OSI5层模型中3层以上设备，视为同种设备）
    2. 直通线，两端都是A或者B（一般为B），异种设备之间使用。
    3. 全反线，一段为A，另一端为反A，也称为console线，用于设置交换机，一端为水晶头另一端连接PC机的USB或者VGA线。

数据链路层

数据链路层在OSI5层模型中属于第2层，在中国传输的最大传输单元为1518字节[最大传输单元在一个地区要统一约定，可以在交换机中设置，设置过长（己方数据帧长）对方交换机无法识别，设置过短（对方数据帧长）己方交换机无法识别]。

  1. 帧结构说明

    帧结构图

    帧内容顺序排列 [目标MAC地址 源MAC地址 源IP地址 目标IP地址 源端口号 目标端口号 传输内容 FCS校验]

  2. 工作在数据链路层的硬件设备：网卡、交换机

  3. 交换机工作原理

    1. 收到数据帧之后，将源MAC地址与端口记录在自己的MAC地址表中。
    2. 检查帧中的目标MAC地址，在MAC地址表中进行匹配，匹配成功则单播，匹配失败则除接受端口外进行广播。
    3. MAC地址表默认老化（端口无数据，MAC地址表清除记录）时间是300秒。

  4. 交换机相关概念

    1. 接口标识

      单位 数值
      E 10Mb/s
      F 100Mb/s
      G 1KMb/s
      Te 1GMb/s

    2. 接口速率自适应1000M/100M/10M，自适应速率接口模式可以工作在1000M/100M/10M任一模式。

    3. 端口状态 up/down
      down模式的三种可能：

      1. 人工down
      2. 两端速率不匹配
      3. 双工模式不匹配（双工分为单工、半双工、双工）

    4. 下载思科模拟软件[1]，交换机5大基本工作模式及命令。

      第一次配置网络设备，需要使用console线，在PC需要使用“超级终端”等软件,点击交换机，选择CLI进入命令行。

      模式名称 模式标识 进入命令 模式权限
      用户模式 switch> 进入软件界面直接显示 可以查看交换机基本信息，不能做修改配置
      特权模式 switch# 在用户模式下输入enable 可以查看所有配置，不能做修改配置，但可以测试、保存、初始化配置，是常用模式
      全局配置模式 switch(config)# 在特权模式下输入configure terminal 默认该模式不能查看配置，但可以修改配置，且全局生效
      接口配置模式 switch(config-if)# 在全局配置模式中输入interface f0/1（接口名） 默认该模式不能查看配置，但可以修改配置，且对该接口生效
      console口/线/控制台模式 switch(config-line)# 在全局配置模式中输入line console 0 默认该模式不能查看配置，但可以修改配置，且对console口生效

      其他常用命令/快捷键

      用途 命令/快捷键
      退出至上一级控制模式 exit
      直接退出至特权模式 end
      软件支持命令缩写字母 命令不必写全
      命令支持提示 未写全命令后使用？例如exi？
      命令支持补全（Win只支持路径地址补全） 未写全命令后Tab键
      配置主机名 configure terminal（进入全局配置）-> hostname 设备名
      设置用户密码 line console 0（进入控制台模式）-> password 密码 -> login（设置密码生效，登陆验证）
      设置特权密码 configure terminal（进入全局配置）-> enable password 密码（明文）或者enable secret 密码（密文）
      保存配置设置 enable（特权模式）-> copy running-config startup-config 或者 write
      清空、初始化配置 enable（特权模式）-> erase startup-config
      查看running-config文件信息 enable（特权模式）-> show running-config
      查看startup-config文件信息 enable（特权模式）-> show startup-config
      查看MAC地址表 enable（特权模式）-> show mac-address-table
      查看接口状态列表 enable（特权模式）-> show ip interface brief
      人工关闭接口 interface f0/1（接口名）-> shutdown
      人工打开接口 interface f0/1（接口名）-> no shutdown
      删除配置命令 命令前加no命令，在何种模式配置需在何种模式删除，使用no命令，删除时命令无须加参数，例如hostname sw1 -> no hostname
      其他模式强制使用特权模式命令 命令前加do，例如do sh ip int b
      虚拟软件重启设备 reload
      快速删除光标全所有字符 ctrl+u
      快速定位光标到行首 ctrl+a
      快速定位光标到行尾 ctrl+e
      跳过自动解析功能 ctrl+shift+6

    5. 交换机配置原理
      交换机启动后读取硬盘startup-config文件（初始化交换机无此文件）是否存在，若存在读取startup-config内容至内存中running-config文件，如不存在则创建新running-config。交换机再根据running-config进行配置，配置交换机所输入命令，均是在修改running-config，因此每次修改配置后需要将running-config信息存入startup-config。

    6. 交换机接口状态说明
      交换机一共有两个接口状态，前一个物理状态主要是考虑是否人为关闭接口，后一个协商状态考虑两台设备接口是否协商成功。
      交换机接口状态

    7. 交换机的远程控制
      交换机作为2层网络设备，理论上没有IP协议，为管理方便，厂商都在交换机中内置小型网络设备，对该设备配置IP地址，从而实现交换机的远程管理。

      configure terminal（进入全局配置） -> intface vlan 1（虚拟端口） -> ip address 10.1.1.253 255.255.255.0 -> no shutdown

      配置默认网关

      configure terminal（进入全局配置） -> ip default-gateway 10.1.1.254

      关闭设备自动解析功能（错误命令需要查找很久，建议关闭）：

      configure terminal（进入全局配置） -> no ip domain-lookup

网络层

网络层设备必须手动配置IP地址，手动开启接口（默认关闭）。

  1. 路由器配置
    路由器设备需要手动配置IP地址，手动开启接口。

    用途 命令
    为路由器端口配置IP interface f0/1（接口名）-> ip address 10.1.1.254（IP地址） 255.255.255.0（子网掩码）
    为路由器端口配置路由表 interface f0/1（接口名）-> ip route 10.1.1.0（目标网段） 255.255.255.0（子网掩码）30.1.1.1（下一跳IP地址）2（浮动路由配置管理距离值）
    人工打开接口 interface f0/1（接口名）-> no shutdown
    查看路由表 enable（特权模式）-> show ip route

  2. 路由器的远程控制配置
    路由器可以使用SSH（22）与telnet（23）两种方式远程控制。

    1. 进入全局配置模式configure terminal

    2. 设置远程访问数量line vty 0 4（可以有5个客户端访问）

    3. 开启服务端口transport input telnet/ssh/none/all(telnet/ssh/全部关闭/全部开启)

    4. telnet服务

      设置密码password 密码 -> login -> exit
      telnet客户端访问命令 telnet 10.1.1.254（IP地址）

    5. SSH服务

      修改设备名hostname r1 -> 设置域名ip domain-name r1.qf.com -> 生成秘钥对crypto key generate rsa -> 设置密码password 密码 -> login -> exit
      模拟软件中SSH客户端访问命令 ssh -l r1（用户名/主机名（无用户名时使用）） 10.1.1.254（IP地址）
      实际中SSH客户端访问命令 ssh -l r1@10.1.1.254（IP地址）

    6. 在实际使用中只使用密码不安全，因此需要设置用户名

      取消之前设置密码no password -> no login -> login local -> exit -> 配置用户数据库username xx（用户名） password 123.com（密码）

    7. 路由器的工作原理
      路由：跨越从源主机到目标主机的一个互联网络来转发数据包的过程
      路由表：路由器中维护的路由条目的集合，路由器根据路由表做路径选择
      路由表的形成：

      1. 直连网段配置IP地址，端口UP状态，形成直连路由
      2. 非直连网段需要静态路由或动态路由，将网段添加到路由表中
        1. 静态路由，由管理员手工配置的，是单向的，缺乏灵活性
        2. 默认路由，当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目时，路由器把请求转发到默认路由接口
        3. 静态路由的配置Router(config)# ip route network mask {address | interface}
        4. 默认路由的配置Router （config）# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 address
        5. 浮动路由，在静态路由或者默认路由配置命令最后面加正整数，正整数就表示管理距离值，值越大优先级越低，直连路由默认值为0，静态路由默认值为1，默认路由默认值为+∞

    8. 路由器的工作过程

      1. 一个帧到达路由，路由器首先检查目标MAC地址是否自己，如果不是则丢弃，如果是则解封装，并将IP包送到路由器内部
      2. 路由器检查IP包头中的目标IP，并匹配路由表，如果匹配失败，则丢弃，并向源IP回馈错误信息，如匹配成功，则将IP包路由到出接口。
      3. 封装帧，首先将出接口的MAC地址作为源MAC封装好，然后检查ARP缓存表，检查是否有下一跳的MAC地址，如有，将提取并作为目标MAC地址封装到帧中，如没有，则发送ARP广播请求下一跳的MAC，并获取到对方的mac地址，再记录缓存，并封装帧，最后将帧发送出去。
      4. 路由表配置示意图

文中相关文件下载链接

  1. 思科模拟软件下载地址 ↩︎

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原文地址：https://www.cnblogs.com/sbkill1r/p/13602123.html