物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入篇-TCP/IP模型(1)
本文介紹了OSI七層模型的概念和說明,采用 TCP/IP 的四層模型來講。理解 TCP/IP 四層框架是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)協(xié)議的基礎(chǔ)。
TCP/IP模型
OSI 七層模型是一個理論參考模型,將網(wǎng)絡(luò)通信劃分為七個層次,每一層都有特定的功能。分為:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。
TCP/IP 協(xié)議模型,將網(wǎng)絡(luò)通信劃分為四個層次,每一層都有特定的功能。分為:網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。
OSI 模型每一層的作用:
第 7 層:應(yīng)用層
為應(yīng)用程序提供服務(wù)并規(guī)定應(yīng)用程序中通信相關(guān)的細(xì)節(jié)。包括文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程登錄(虛擬終端)等協(xié)議。
比喻
想打電話還是想發(fā)郵件,還是想傳遞東西。每個任務(wù)都要用到不同工具
作用域
針對特定應(yīng)用的協(xié)議。
傳輸信息
數(shù)據(jù):應(yīng)用程序數(shù)據(jù)
功能描述
電子郵件–電子郵件協(xié)議
遠(yuǎn)程登錄–遠(yuǎn)程登錄協(xié)議
文件傳輸–文件傳輸協(xié)議
主要協(xié)議
HTTP、FTP、SMTP、DNS、MudBus、OPC、CoAP、
第 6 層:表示層
將應(yīng)用處理的信息轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母袷剑驅(qū)碜韵乱粚拥臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為上層能夠處理的格式。因此它主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。
具體來說,就是將設(shè)備固有的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)傳輸格式。不同設(shè)備對同一比特流解釋的結(jié)果可能會不同。因此,使它們保持一致是這一層的主要作用。
比喻
通訊的雙方說什么語言,說中文還是英文呀。
作用域
設(shè)備固有數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換
傳輸信息
數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)表示形式
功能描述
接收不同表現(xiàn)形式的信息,如文字流、圖像、聲音等。
A 語言–標(biāo)準(zhǔn)語言(網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)格式)–B 語言
主要協(xié)議
表示層雖然沒有像傳輸層或網(wǎng)絡(luò)層那樣廣為人知的專門協(xié)議,但它支持的功能和服務(wù)是通過各種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議實現(xiàn)的。例如,文本和圖像文件的編碼標(biāo)準(zhǔn)(ASCI、Unicode、JPEG、GIF等),以及數(shù)據(jù)壓縮和加密協(xié)議(如TLS/SSL的加密功能)都是表示層處理的范疇。
第 5 層:會話層
負(fù)責(zé)建立和斷開通信連接(數(shù)據(jù)流動的邏輯通路),以及數(shù)據(jù)的分割等數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的管理。
比喻
郵件已經(jīng)寫好了,什么時候發(fā)送,什么時候接收。
作用域
通信管理。負(fù)責(zé)建立和斷開通信連接(數(shù)據(jù)流動的邏輯通路)管理傳輸層以下的分層。
傳輸信息
數(shù)據(jù):會話信息
作用描述
應(yīng)用和應(yīng)用之間建立會話。何時建立連接,何時斷開連接以及保持多久的連接?
主要協(xié)議
在 OS1模型Q中,會話層并沒有像傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層那樣有明確定義的協(xié)議,而是依賴于各種應(yīng)用程序特定的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)其功能。
第 4 層:傳輸層
起著可靠傳輸?shù)淖饔?。只在通信雙方節(jié)點上進(jìn)行處理,而無需在路由器上處理。
比喻
交警,保護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸。接線員,讓雙方能夠接上頭。
作用域
管理兩個節(jié)點”之間的數(shù)據(jù)傳輸。負(fù)責(zé)可靠傳輸(確保數(shù)據(jù)被可靠地傳送到目標(biāo)地址)。
傳輸信息
段(Segments,TCP)/數(shù)據(jù)報(Datagrams,UDP)
作用描述
建立連接、傳送數(shù)據(jù)、斷開連接的過程管理。
主要協(xié)議
TCP、UDP。
第 3 層: 網(wǎng)絡(luò)層
將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)地址。目標(biāo)地址可以是多個網(wǎng)絡(luò)通過路由器連接而成的某個地址。因此這一層主要負(fù)責(zé)尋址和路由選擇。
比喻
寄件人找到收件人所在的小區(qū)。
作用域
地址管理與路由選擇。
傳輸信息
數(shù)據(jù)包,包分組。
作用描述
數(shù)據(jù)經(jīng)過哪個路由傳遞到目標(biāo)地址。
主要協(xié)議
IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP。
第 2 層:數(shù)據(jù)鏈路層
負(fù)責(zé)物理層面上互連的、節(jié)點之間的通信傳輸。例如與1個以太網(wǎng)相連的2個節(jié)點之間的通信。
將0、1序列劃分為具有意義的數(shù)據(jù)幀傳送給對端(數(shù)據(jù)幀的生成與接收)。
比喻
寄件人找到收件人唯一的收件地址。
作用域
互連設(shè)備之間傳送和識別數(shù)據(jù)幀。
傳輸信息
數(shù)據(jù)幀,經(jīng)過封裝的比特流
作用描述
數(shù)據(jù)幀與比特流之間的轉(zhuǎn)換
主要協(xié)議
NFC、藍(lán)牙、RFID、2G、3G、4G、5G、NB-IoT、zigbee、Wi-Fi、Z-wave、LoRa、USB、RS232、RS485、以太網(wǎng)
第 1 層: 物理層
比特流與電子信號之間的切換。
比喻
發(fā)電磁波,0、1 編碼。
作用域
以“0”“1”代表電壓的高低、燈光的閃滅。界定連接器和網(wǎng)線的規(guī)格。
傳輸信息
比特流,0 和 1。
作用描述
負(fù)責(zé)0、1比特流(0、1序列) 與電壓的高低、光的閃滅之間的互換。
主要設(shè)備
調(diào)制解調(diào)器、無線電、光纖。這里就不是協(xié)議了。在 TCP/IP 七層模型,這一層與數(shù)據(jù)鏈路層合并了。
OSI 七層協(xié)議表格
后記
這是開篇,寫介紹 OSI 七層模型。之后幾篇會講每一層模型對應(yīng)的主流協(xié)議,會采用 TCP/IP 的四層模型來講。大家也看出來了,上三層的協(xié)議可以歸位一大類,分小類不好分,下二層也是這樣。
理解 TCP/IP 四層框架是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)協(xié)議的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)協(xié)議是做好物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)接入、監(jiān)控、報警、下控、運(yùn)維、數(shù)據(jù)分析、智控的基礎(chǔ)。
接下來幾篇會寫:物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入篇-網(wǎng)絡(luò)接口層的協(xié)議(2)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入篇- 網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)傳輸層協(xié)議(3)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入篇- 應(yīng)用層協(xié)議(4)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入篇- 物聯(lián)網(wǎng)硬件(5)……
我閱讀了大量的書籍和文章,匯總出了 TCP/IP 四層框架的主要協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的主要協(xié)議。工作量之大,超出預(yù)期。我看了 B 站《希賽關(guān)于軟考網(wǎng)絡(luò)工程師的全套視頻教程》,看了《圖解 TCP/IP》,看了大量的文章和視頻。又結(jié)合之前的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的從業(yè)經(jīng)驗,整理出來這篇文章。
期望大家的鼓勵與支持,歡迎大家交流。
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