《计算机网络基础》OSI模型和TCPIP模型（举一反三考点练）-讲义（广西）

《计算机网络基础》OSI模型和TCPIP模型-讲义 （5）了解 TCP/IP 参考模型的工作原理； （6）掌握 OSI、TCP/IP 体系结构、各层协议（TCP、UDP、IP、ICMP、ARP）及功能； 知识点一 OSI模型 一、发展 1983年国际标准化组织（IS0）形成开放系统互连参考模型的正式文件，即ISO 7489国际标准。 OSI采用了分层的结构化技术，其分层的原则是： （1）层次的划分应该从逻辑上将功能分组，每层应当实现一个定义明确的功能。 （2）每层功能的选择应该有助于制订网络协议的国际化标准。 （3）层次应该足够多，以使每一层小到易于管理，但也不能太多，否则汇集各层的处理开销太大。 （4）各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。 0SI参考模型共有七层，由低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。。 二、物理层 功能： 定义物理连接的特性（如线缆类型、接口标准、信号传输方式）。 传输原始二进制比特流（0 和 1），不关心数据含义。 处理物理信号的编码、调制、同步等（如电压高低、光信号强弱）。 数据单元：比特（Bit） 典型协议 / 标准： IEEE 802.3（以太网物理层）、RS-232（串口标准）、光纤传输标准（如 IEEE 802.3z）。 设备：集线器（Hub）、中继器（Repeater）、物理线缆（双绞线、光纤）。 三、数据链路层 功能： 将比特流组织成 “帧”（Frame），定义帧的格式和边界。 实现相邻节点间的可靠传输，处理错误检测（如 CRC 校验）和流量控制。 管理物理地址（MAC 地址），支持介质访问控制（如 CSMA/CD）。 数据单元：帧（Frame） 子层： 逻辑链路控制层（LLC）：处理上层协议的接口（如 IPX、IP）。 介质访问控制层（MAC）：管理物理地址和信道访问。 典型协议： 以太网（Ethernet）、PPP（点对点协议）、HDLC（高级数据链路控制）。 设备：交换机（Switch）、网桥（Bridge）。 四、网络层 功能： 实现跨网络的通信，通过逻辑地址（如 IP 地址）进行路由和寻址。 处理数据包的分段与重组（当数据超过链路层 MTU 时）。 选择最佳路径（路由算法），支持拥塞控制。 数据单元：数据包（Packet） 典型协议： IP（网际协议）、ICMP（互联网控制消息协议）、OSPF（路由协议）、BGP（边界网关协议）。 设备：路由器（Router）。 五、传输层 功能： 端到端的通信，确保数据可靠传输（如 TCP）或无连接传输（如 UDP）。 实现流量控制、错误恢复（重传机制）和端口寻址（区分应用程序）。 分割上层数据（如将大文件分成段），并在接收端重组。 数据单元：段（Segment，TCP）/ 数据报（Datagram，UDP） 核心协议： TCP（传输控制协议，面向连接，可靠传输） UDP（用户数据报协议，无连接，高效但不可靠） 六、会话层 功能： 建立、管理和终止应用程序之间的会话（逻辑连接）。 支持会话同步（如断点续传时标记检查点）和会话恢复。 典型应用： 远程登录（如 SSH、Telnet）、网络会议的会话管理。 协议：NFS（网络文件系统）的会话管理、SQL 的连接管理（部分功能）。 七、表示层 功能： 处理数据格式转换（如 ASCII 与 Unicode 互转、JPEG 压缩 / 解压缩）。 加密解密（如 HTTPS 的 TLS 加密）和数据压缩（减少传输流量）。 确保不同系统间的数据表示一致（如大端 / 小端字节序转换）。 典型技术： 编码格式（JSON、XML）、加密算法（AES、RSA）、压缩算法（ZIP）。 八、应用层 功能： 直接为用户应用程序提供服务（如文件传输、电子邮件、网页浏览）。 定义应用层协议的规则（如数据格式、交互流程）。 数据单元：消息（Message） 典型协议： HTTP（网页浏览）、FTP（文件传输）、SMTP/POP3/IMAP（电子邮件）、DNS（域名解析）、SSH（安全远程登录）。 示例应用：浏览器、邮件客户端、FTP 工具。 九、核心特点 分层解耦：每层独立实现功能，修改一层不影响其他层（如更换物理层线缆不影响应用层）。 数据封装与解封装： 发送端：从应用层到物理层，每层添加协议头部（Header）或尾部（Footer），形成完整的帧 / 数据包。 接收端：从物理层到应用层，逐层剥离头部，还原数据。 服务接口：下层通过 “服务访问点（SAP）” 为上层提供服务（如传输层通过端口号为应用层提供服务）。 OSI参考模型共分为七层，由低到高的正确排列顺序是（ ） A. 物理层、网络层、数据链路层、传输层、会话层、表示层、应用层 B. 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层 C. 物理层、数据链路层、网络层、传输层、表示层、会话层、应用层 D. 应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层 【答案】B 【解析】OSI七层由低到高依次为：物理层（第1层）、数据链路层（第2层）、网络层（第3层）、传输层（第4层）、会话层（第5层）、表示层（第6层）、应用层（第7层）。口诀：物数网传会表应。A中网络层与数据链路层顺序颠倒；C中表示层与会话层顺序颠倒；D是由高到低的排列。 1.（判断题） 物理层的功能是定义物理连接特性、传输原始二进制比特流，其数据单元是帧。（ ） 【答案】× 【解析】物理层的功能描述正确（定义物理连接特性、传输原始二进制比特流），但其数据单元是比特（Bit），而非帧。帧是数据链路层的数据单元。本题易错点在于功能描述无误，容易让人忽略数据单元的归属错误。各层数据单元对照：物理层→比特、数据链路层→帧、网络层→数据包、传输层→段/数据报、应用层→消息。 2.（单项选择题） 以下关于OSI模型各层的功能、协议与设备的对应关系中，错误的是（ ） A. 物理层——集线器——IEEE 802.3 B. 数据链路层——交换机——PPP C. 网络层——路由器——IP D. 传输层——网桥——TCP 【答案】D 【解析】A正确，集线器工作在物理层，IEEE 802.3是以太网物理层标准；B正确，交换机工作在数据链路层，PPP是数据链路层协议；C正确，路由器工作在网络层，IP是网络层核心协议；D错误，网桥工作在数据链路层，而非传输层。传输层没有专属硬件设备，主要依靠TCP/UDP软件协议实现端到端通信。 3.（填空题） OSI参考模型中与数据传输直接相关的下四层由低到高依次为________、________、________和________。在发送端数据封装过程中，数据从________层向下传递，每经过一层都会添加协议________（Header）或尾部（Footer），最终在物理层转换为________流进行传输。 【答案】物理层；数据链路层；网络层；传输层；应用；头部；比特 1.（判断题） TCP协议工作在传输层，是一种面向连接的可靠传输协议，具备流量控制和错误恢复功能。（ ） 【答案】√ 【解析】TCP（传输控制协议）工作在OSI传输层，核心特性包括：面向连接（通过三次握手建立连接）、可靠传输（确认+重传机制）、流量控制（滑动窗口）、错误恢复。与UDP（无连接，不可靠但高效）形成互补。该知识点是对口考试高频考点。 2.（填空题） 在OSI参考模型中，负责处理数据格式转换、加密解密和数据压缩的是________层；负责建立、管理和终止应用程序之间会话的是________层。TCP/IP协议栈将这两层功能合并到了________层中。 【答案】表示；会话；应用 【解析】表示层（第6层）：处理数据格式转换、加密解密（如TLS）、压缩；会话层（第5层）：建立/管理/终止会话，支持会话同步和断点续传。TCP/IP协议栈只有四层，将OSI的会话层、表示层和应用层合并为应用层。这也是常考的知识点对比。 3.（单项选择题） 以下各组协议中，全部属于应用层协议的是（ ） A. IP、ICMP、OSPF B. TCP、UDP C. HTTP、FTP、DNS D. PPP、HDLC、Ethernet 【答案】C 【解析】A中IP、ICMP、OSPF均属于网络层协议；B中TCP、UDP属于传输层协议；C中HTTP（网页浏览）、FTP（文件传输）、DNS（域名解析）均属于应用层协议，正确；D中PPP、HDLC、Ethernet均属于数据链路层协议。考生需准确记忆每层的典型协议，尤其注意HTTP/HTTPS、FTP、SMTP、DNS都属于应用层。 知识点二 TCP/IP模型 一、TCP/IP 体系结构概述 TCP/IP体系结构是互联网通信的核心框架，将网络通信过程划分为四层，每层专注于特定功能，通过协议协同工作。与OSI七层模型相比更简洁实用，是实际互联网使用的标准模型。 二、四层结构（自上而下） 1. 应用层 直接面向用户，提供网络服务和应用程序接口。核心协议：HTTP（网页传输）、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件发送）、DNS（域名解析）。数据单元为报文（Message）。输入网址时，HTTP协议生成请求报文，交给传输层处理。 2. 传输层 提供端到端（进程到进程）的数据传输服务，两大核心协议： TCP：面向连接，可靠传输。通过三次握手建立连接、四次挥手断开。具备流量控制（滑动窗口）、拥塞控制、字节流服务。头部20字节起，适用于HTTP、FTP、SMTP等可靠性要求高的场景。 UDP：无连接，不可靠但高效。无需建立连接直接发送数据报，保留消息边界，头部仅8字节。适用于DNS查询、视频流、VoIP、网络游戏等实时性要求高的场景。 3. 网络层（互联网层） 负责跨网络的逻辑寻址与路由选择。核心协议： IP：核心路由协议，通过IP地址标识网络节点，实现无连接分组传输。数据报头部包含源/目标IP、TTL（防环路）、协议类型（TCP=6, UDP=17）等字段。 ICMP：传递网络层控制和错误消息。封装在IP数据报中（协议号=1）。ping使用回显请求(类型8)和回显应答(类型0)；traceroute利用TTL超时(类型11)追踪路由。 ARP：介于网络层与数据链路层之间，将IP地址解析为MAC地址。以广播方式发送ARP请求，以单播方式接收ARP应答。注意防范ARP欺骗攻击。 4. 网络接口层 负责物理介质上的数据传输和管理相邻设备间的直接通信。核心协议：以太网（Ethernet）、Wi-Fi、PPP。数据单元为帧（Frame），通过MAC地址标识网络接口卡（NIC）。 三、数据封装与解封装 发送端（自上而下）：应用层消息 → 传输层添加端口号头部形成段/数据报 → 网络层添加IP头部形成数据报 → 网络接口层添加MAC头部封装为帧 → 转换为物理信号发送。 接收端（自下而上）：网络接口层接收信号还原帧并剥离MAC头 → 网络层校验IP头、重组分片后剥离IP头 → 传输层根据端口号确定目标应用、校验完整性后剥离传输层头 → 应用层解析消息呈现给用户。 四、OSI与TCP/IP模型对比 TCP/IP四层对应OSI七层：应用层（合并OSI应用层+表示层+会话层）→ 传输层（对应OSI传输层）→ 互联网层（对应OSI网络层）→ 网络接口层（合并OSI数据链路层+物理层）。 TCP/IP体系结构将网络通信过程划分为四层，由下到上的正确顺序是（ ） A. 应用层、传输层、网络层、网络接口层 B. 网络接口层、网络层、传输层、应用层 C. 网络接口层、传输层、网络层、应用层 D. 网络层、网络接口层、传输层、应用层 【答案】B 【解析】TCP/IP四层由下到上为：网络接口层（第1层）→ 网络层（第2层）→ 传输层（第3层）→ 应用层（第4层）。口诀：接口网传应。A是由上到下；C中网络层与传输层顺序颠倒；D中网络接口层应与网络层互换。 1. （判断题） ICMP协议属于传输层协议，用于在主机和路由器之间传递控制消息和错误报告。（ ） 【答案】× 【解析】ICMP（互联网控制消息协议）属于网络层（互联网层）协议，而非传输层。其功能描述正确（传递控制和错误消息），但层级归属错误。ICMP报文封装在IP数据报中传输（IP协议号=1），常见应用包括ping（回显请求/应答）和traceroute（利用TTL超时）。传输层的核心协议是TCP和UDP。 2.（单项选择题） 以下关于TCP与UDP协议的说法，正确的是（ ） A. TCP是无连接的，UDP是面向连接的 B. TCP头部仅8字节，UDP头部20字节起 C. TCP通过三次握手建立连接，适用于对数据完整性要求高的场景 D. UDP通过确认和重传机制保证数据可靠传输 【答案】C 【解析】A错误，TCP是面向连接的，UDP是无连接的（恰好相反）；B错误，TCP头部20字节起，UDP头部仅8字节；C正确，TCP通过三次握手建立连接，具备确认/重传机制，适用于HTTP、FTP、SMTP等场景；D错误，UDP不保证可靠传输，无确认和重传机制，这是TCP的特性。 3.（填空题） 在TCP/IP体系结构中，发送端数据封装过程自上而下为：________层生成报文后，交给________层添加________号头部并分割为段，再由________层添加IP头部形成数据报，最后由________层封装为帧并转换为物理信号。。 【答案】应用；传输；端口；网络；网络接口 1.（判断题） ARP协议用于将IP地址解析为MAC地址，其请求以广播方式发送，应答以单播方式回复。（ ） 【答案】√ 【解析】ARP（地址解析协议）的核心功能是将IP地址解析为MAC地址。工作过程：源主机发送ARP请求广播帧（目标MAC为全F），询问"谁是IP XX？"；目标主机收到后以单播方式回复自己的MAC地址。需注意防范ARP欺骗攻击，可通过静态绑定ARP表或ARP防火墙进行防护。 2.（填空题） 在ICMP协议中，类型代码为________的消息表示回显请求，类型代码为________的消息表示回显应答。________命令利用这两种ICMP消息来测试网络连通性，该命令发送回显请求并等待回显应答，若收到应答则说明目标________（可达/不可达）。 【答案】8；0；ping；可达 【解析】ping命令是网络诊断最常用的工具：源主机发送ICMP类型8（回显请求），目标主机若在线则回复ICMP类型0（回显应答）。其他常见ICMP类型：类型3（目标不可达）、类型11（TTL超时，traceroute利用此类型追踪路由路径）。ICMP封装在IP数据报中，协议号为1。 3.（单项选择题） 以下各组协议中，全部属于TCP/IP模型应用层协议的是（ ） A. IP、ICMP、ARP B. TCP、UDP C. HTTP、DNS、SMTP D. Ethernet、Wi-Fi、PPP 【答案】C 【解析】A中IP、ICMP属于网络层，ARP介于网络层与数据链路层之间；B中TCP、UDP属于传输层；C中HTTP（网页传输）、DNS（域名解析）、SMTP（邮件发送）均属于应用层协议，正确；D中Ethernet、Wi-Fi、PPP属于网络接口层。考生需熟记各层典型协议归属，尤其注意DNS易被误认为是网络层协议，实际工作在应用层。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $