阅读互联网:OSI/RM模型、路由器、网桥、中继器、网关

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本文将借助通俗易懂的语言和直观的网络图，对互联网与互联网、网络互连原理(OSI七层网络和协议模型)、网络互连设备(网络互连、路由器、网桥、中继器、网关)及其原理进行详细的梳理和总结，让读者和朋友对互联网中的网络技术知识有一个深刻的了解！

本文的章节如下

互联网和互联网——互联网不是互联网 OSI/RM七层网络模型——原理、功能、协议、OSI全协议框图 四大网络互连设备——连接互联网子网的中间系统 物理层互连设备.中继器 数据链路层互连设备-网桥 网络层互连设备-路由器 高级协议互连设备-网关

< p >互联网设备和协议

一、互联网和互联网

互联网在国际标准中通常被称为互联网(小写)，指的是能够相互通信的终端设备网络。因此，互联网本质上是一个更大的网络，由多个相互连接和相互交流的小网络组成。就实现而言，只要任意两个或更多设备能够相互通信，就可以实现互联网。根据网络覆盖范围的大小，互联网可以分为局域网、城域网和广域网。(注:事实上，在局域网和城域网之间还有另一层网络:实际实施时的接入网接入网可以提供各种用户服务承载能力，具有复用、交叉连接和传输功能，最终实现服务的透明传输，读者可以简单理解)

< p >互联网示意图

互联网在国际标准中统称为互联网(一级资本)。它是一个国际超级计算机互联网，起源于美国，以前被称为阿帕网，是一种互联网。互联网与世界各地的计算机网络相连。该网站规模达数百万甚至数千万，网络设备达到数亿，并且拥有海量的信息和数据。它是一个没有中心的互联网，可以提供人们需要的各种信息和数据。

互联网与互联网的区别在于互联网没有范围(只有一个)，根据功能可以分为三层:底层网络、中间层网络和骨干网络。互联网使用统一的TCP/IP协议在世界上任何两个网络设备之间进行通信，而互联网使用各种通信协议(ICMP/IGRP/EGP/...)因此，为了访问互联网，独立的网络设备必须安装TCP/IP协议并拥有自己的外部网络地址(全球网络设备唯一标识符:IP地址)

< p >互联网示意图

二。现场视察/记录管理七层网络模型

本节将向读者和朋友详细介绍开放系统互连七层网络参考模型的原理和功能。尽管现场视察七层模型尚未完全实施，但它已被国际电报电话咨询委员会(CCITT)确认为国际网络标准。理解OSI模型不仅有利于下文对网络互联设备的理解，也有利于读者和朋友学习和掌握网络技术。

开放系统互连/参考模型是一个开放系统互连参考模型，在英语中完全称为开放系统互连/参考模型。经过多年的发展和完善，国际标准化组织(ISO)已经对OSI/RM进行了详细的规定和描述，OSI/RM定义了一套完整的网络功能框架，并对体系结构进行了分层规划，如下图所示:

1

注意:通信子网协议用于传输层以下

现场视察/资源管理七层网络模型

分层的理论基础

0 OSI/RM网络模型:

上层根据其下层的服务提供高级网络服务。 最高级别为运行分布式应用程序提供网络服务。

OSI/RM网络模型分层的目的:

模块化网络结构 保持层间的独立性 分解降低了复杂网络问题的分析难度

OSI/RM网络参考模型是在每层协议开发之前设计的。它具有很强的通用性，是许多网络模型的基础。现场视察/记录管理模型将在下面逐层详细描述

物理层

物理层定义了通信设备接口的物理特性，包括机械特性、电气特性、功能特性等。，可以实现数据链路的物理连接物理层是最接近设备电路的层，它规定了物理设备的传输特性，包括0/1信号的表示、接口标准(大小、数量等)。)，通信介质(双绞线、同轴电缆、光纤等。)，等等。

物理层的传输单元是比特，用于实现透明的比特流传输，即接口接收到的比特数据与发送出去的比特流数据一致。

数据链路层

数据链路层是一个“虚拟”概念，可以理解为无错误的数据通道。这种“无错误”是由数据链路层的特殊处理功能保证的。这些无错误的处理对上层是透明的。最终实现是错误控制，包括处理损坏帧、丢失帧、重复帧等。

数据链路层的传输单元是一个帧，它可以将物理层比特流封装成帧，同时实现差错控制和流量控制

网络层

网络层属于互联网中的通信子网。它可以将传输层的数据分析成分组，或者将数据链路层的帧打包成分组，用于节点之间的分组交换传输。可以根据网络的特定负载自适应地调整交换路径，并且还考虑了分组数据的监控(分组计数统计)。

网络层的传输单元是数据包，用于防止网络拥塞或拥塞(拥塞控制)

传输层

传输层不关注底层网络实现的细节，可以有效地将底层数据传输到会话层。通信中常用的复用和解复用大多在传输层中实现，例如波分复用/解复用、电交叉/光交叉等。在光通信中。传输层的处理对上层是透明的。

传输层的传输单元是一条消息，用于确保端到端的可靠数据传输。

会话层

上面的

会话层属于OSI/RM模型的上层，将通过示例进行解释。关于会话层的原理和功能，请参见以下示例:

< p >会话层

假设主机Y有一个共享文件夹，主机X需要会话层来访问该文件夹。具体步骤是

会话建立:主机x通过FTP/SFTP和其他工具访问主机y的IP地址。此时，主机x需要输入主机y的帐号和密码。如果输入正确，可以访问主机x的共享文件夹。当主机x打开主机y的共享文件时，会话直接在两台主机之间建立。该过程包括认证、认证等。会话维护:假设主机y将FTP/SFTP的连接断开时间设置为30分钟，主机x只需要1分钟就可以从y的共享文件夹中复制一个文件，然后主机x关闭y上的文件夹窗口，此时主机x只关闭一个进程，不关闭会话，并且在连接建立后的30分钟内，不需要身份验证和其他操作就可以第二次访问主机y，这就是会话管理功能会话断开:会话将在两种情况下自动断开:主机y重新启动或连接超时如果主机Y在主机X与主机Y建立连接后30分钟内重新启动，则再次访问Y时仍需要进行身份验证；如果主机x和y的连接时间超过30分钟，再次访问y也需要身份验证。

表示层

考虑到不同主机架构中的差异所导致的不同数据表示，需要转换和翻译不同主机的数据，因此表示层可以发挥这样的作用。表示层的主要功能是本地化和翻译底层数据，包括数据的表示形式和语法，以便为应用层提供直接可用的数据。

例如，主机A使用GBK编码数据，主机B使用UTF-8编码。当A和B相互交互时，表示层需要将彼此的数据编码转换成自己的编码格式

应用层

的应用层是OSI/RM网络模型的最高层。所有底层都为应用层提供服务，而应用层直接为用户提供服务，并提供分布式应用，如各种应用程序。应用层包括常用的传输协议:超文本传输协议、文件传输协议、电子邮件协议版本、域名解析协议等

★OSI/RM完整协议框图

现场视察/记录管理完整协议框图

在了解OSI/RM七层网络模型之后，下面将重点介绍基于此的互联网中的四种网络互连设备

三个或四个主要的网络互连设备

在

的前一篇文章中已经详细描述了互联网，本节不再重复。

因为互联网是由多个网络和不同的技术(数据包长度、错误控制方法、协议差异等)组成的。)和不同的服务(连接的、未连接的等。)会导致直接的网络差异。因此，要实现异构网络之间的互联互通，需要解决许多异构问题。如何在保持原有网络架构(OSI/RM网络模型)的同时构建统一的互联网通信系统，需要各种网络互联技术和设备

< p >异构网络互连

组成互联网的网络称为子网，连接这些子网的设备或中间网络称为中间系统。中间系统可以是设备或协调网络。目的是通过兼容不同的网络特性来实现异构网络的数据通信。以下重点介绍中间系统中的网络互连设备

网络互连设备的功能也是连接不同的子网。根据其工作协议，它可分为四类:

中继器-物理层互连设备 网桥-数据链路层互连设备 路由器-网络层互连设备 网络网关-高级(网络层以上)互连设备

< p >四个网络设备

本质上是一个协议转换设备。下面将详细描述每个网络互连设备的原理和应用。

注意:以下“网段”是指不包含任何网络互连设备的子网

四、物理层互连设备——中继器

在使用物理介质传输数字/模拟信号时会遇到问题:由于噪声的影响，物理线路中的信号传输距离有限。这时，如果你想增加传输距离而不扩大噪音的影响，中继器成为一个有效的解决方案。

中继器可以再生和重发接收到的信号。再生和重发信号的过程不会对中继器接收的数据产生任何改变。该过程仅分离并存储接收数据中的有效数据(不重构/放大噪声)，然后在另一端重构并传输。中继器接收和发送的信号没有区别。通过中继器，一个终端段的数据可以远距离传输到另一个段。以下是:

< p >中继器原理和应用图

理论上可以使用中继器将网络链路扩展到任何长度，但在实际使用中，考虑到成本等各种因素，中继器的数量是有限的，因此中继器实际上不能任意扩展通信链路距离。

五、数据链路层互联设备——网桥

网桥的功能类似于中继器，只是网桥位于OSI/RM模型的数据链路层，网桥将分析接收到的数据，并根据帧中的地址信息决定是将帧数据转发到目标网段还是局域网网段，因此网桥通常会连接到局域网

在上图中网桥的应用示例中，网桥通过检查接收到的帧数据的目的地址和源地址来判断帧数据是否属于与发送站相同的网段。如果它属于同一个网段，它将不会转发该帧，否则，它将转发该帧，从而节省网桥资源除了帧转发和过滤功能，网桥还可以分解高负载的网络，从而减少网络的繁忙情况，提高通信效率。具体来说，在两个网段之间添加一个网段，并通过网桥连接。因此，该网桥不仅可以执行上述功能，还可以执行通信隔离，提高网络可靠性电桥的原理和应用实例见下图:

< p >桥接原理和应用示例

注意:使用网桥时，应注意两个网段的第3层以上的较高层协议是相同的，否则通过网桥的通信将是不可能的。

六、网络层互连设备——路由器

路由器工作在网络层，适用于大型复杂的网络环境。因为网络层传输分组数据并包含大量信息，所以路由器的数据处理比网桥更困难、更慢。然而，就功能而言，路由器比网桥具有更强的互连能力，这主要取决于强大的路由算法。在实际应用中，需要根据特定的网络环境和要求来选择路由器或网桥。

路由器在使用时，对其较低的三层没有相同的协议要求。如果下面三层有不同的协议，路由器可以自己完成协议转换，从而消除网络层的协议差异。然而，像网桥一样，路由器必须确保其上层采用相同的协议。

路由器的原理和应用示例，请参见下图:

< p >路由器原理和应用示例

注意:网络层地址称为逻辑地址，也称为软件地址，即DSA在上图中；数据链路层地址称为物理地址，也称为硬件地址，即上图中的DHA

七、高层协议互联设备——网关

网关是OSI/RM网络模型中的高级互连设备，它可以使用网络层上的不同协议来互连异构子网。因此，网关的功能是转换和兼容不同的高层协议，包括传输层、会话层、表示层和应用层，从而实现异构网络设备的通信。网关的原理和应用示例如下图所示:

< p >网关原理和应用示例

在

的四种网络互连设备中，网关是最复杂的。因为需要处理多层协议转换，所以使用网关的网络效率不高，并且通常用于特定的专用网络。

摘要

基于OSI/RM开放系统七层网络参考模型，对互联网和网络互联设备进行了详细介绍，并通过图片和文本对应用进行了图形化说明，希望能帮助读者学习和工作！

如果

的文字有任何错误，请批评并改正！

参考

《计算机网络管理技术的应用与实践》-杨晓淼，2017 计算机网络(第七版)-谢希仁，2017 “网络互连技术:路由、交换和远程访问”——张，安志远，2009 “互联网互联技术:路由与交换”——沈海娟，2006 “路由器及其应用技术”——李连业、张伟，2004 计算机网络路由研究综述——闵·华英，2003 “互联网技术”——胡禄平，2000年