物联网数据接入篇-TCP/IP模型(1)

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本文介绍了OSI七层模型的概念和说明,采用 TCP/IP 的四层模型来讲。理解 TCP/IP 四层框架是学习物联网相关协议的基础。

TCP/IP模型

OSI 七层模型是一个理论参考模型,将网络通信划分为七个层次,每一层都有特定的功能。分为:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

TCP/IP 协议模型,将网络通信划分为四个层次,每一层都有特定的功能。分为:网络接口层、网络层、传输层、应用层。

OSI 模型每一层的作用:

第 7 层:应用层

为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件传输、电子邮件、远程登录(虚拟终端)等协议。

比喻

想打电话还是想发邮件,还是想传递东西。每个任务都要用到不同工具

作用域

针对特定应用的协议。

传输信息

数据:应用程序数据

功能描述

电子邮件–电子邮件协议

远程登录–远程登录协议

文件传输–文件传输协议

主要协议

HTTP、FTP、SMTP、DNS、MudBus、OPC、CoAP、

第 6 层:表示层

将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式,或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此它主要负责数据格式的转换。

具体来说,就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式。不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同。因此,使它们保持一致是这一层的主要作用。

比喻

通讯的双方说什么语言,说中文还是英文呀。

作用域

设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换

传输信息

数据:数据表示形式

功能描述

接收不同表现形式的信息,如文字流、图像、声音等。

A 语言–标准语言(网络标准格式)–B 语言

主要协议

表示层虽然没有像传输层或网络层那样广为人知的专门协议,但它支持的功能和服务是通过各种标准和协议实现的。例如,文本和图像文件的编码标准(ASCI、Unicode、JPEG、GIF等),以及数据压缩和加密协议(如TLS/SSL的加密功能)都是表示层处理的范畴。

第 5 层:会话层

负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路),以及数据的分割等数据传输相关的管理。

比喻

邮件已经写好了,什么时候发送,什么时候接收。

作用域

通信管理。负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)管理传输层以下的分层。

传输信息

数据:会话信息

作用描述

应用和应用之间建立会话。何时建立连接,何时断开连接以及保持多久的连接?

主要协议

在 OS1模型Q中,会话层并没有像传输层和网络层那样有明确定义的协议,而是依赖于各种应用程序特定的协议和标准来实现其功能。

第 4 层:传输层

起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理,而无需在路由器上处理。

比喻

交警,保护数据的传输。接线员,让双方能够接上头。

作用域

管理两个节点”之间的数据传输。负责可靠传输(确保数据被可靠地传送到目标地址)。

传输信息

段(Segments,TCP)/数据报(Datagrams,UDP)

作用描述

建立连接、传送数据、断开连接的过程管理。

主要协议

TCP、UDP。

第 3 层: 网络层

将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某个地址。因此这一层主要负责寻址和路由选择。

比喻

寄件人找到收件人所在的小区。

作用域

地址管理与路由选择。

传输信息

数据包,包分组。

作用描述

数据经过哪个路由传递到目标地址。

主要协议

IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP。

第 2 层:数据链路层

负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输。例如与1个以太网相连的2个节点之间的通信。

将0、1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端(数据帧的生成与接收)。

比喻

寄件人找到收件人唯一的收件地址。

作用域

互连设备之间传送和识别数据帧。

传输信息

数据帧,经过封装的比特流

作用描述

数据帧与比特流之间的转换

主要协议

NFC、蓝牙、RFID、2G、3G、4G、5G、NB-IoT、zigbee、Wi-Fi、Z-wave、LoRa、USB、RS232、RS485、以太网

第 1 层: 物理层

比特流与电子信号之间的切换。

比喻

发电磁波,0、1 编码。

作用域

以“0”“1”代表电压的高低、灯光的闪灭。界定连接器和网线的规格。

传输信息

比特流,0 和 1。

作用描述

负责0、1比特流(0、1序列) 与电压的高低、光的闪灭之间的互换。

主要设备

调制解调器、无线电、光纤。这里就不是协议了。在 TCP/IP 七层模型,这一层与数据链路层合并了。

OSI 七层协议表格

后记

这是开篇,写介绍 OSI 七层模型。之后几篇会讲每一层模型对应的主流协议,会采用 TCP/IP 的四层模型来讲。大家也看出来了,上三层的协议可以归位一大类,分小类不好分,下二层也是这样。

理解 TCP/IP 四层框架是学习物联网相关协议的基础。学习协议是做好物联网设备数据接入、监控、报警、下控、运维、数据分析、智控的基础。

接下来几篇会写:物联网数据接入篇-网络接口层的协议(2)、物联网数据接入篇- 网络层和数据传输层协议(3)、物联网数据接入篇- 应用层协议(4)、物联网数据接入篇- 物联网硬件(5)……

我阅读了大量的书籍和文章,汇总出了 TCP/IP 四层框架的主要协议、物联网设备的主要协议。工作量之大,超出预期。我看了 B 站《希赛关于软考网络工程师的全套视频教程》,看了《图解 TCP/IP》,看了大量的文章和视频。又结合之前的物联网行业的从业经验,整理出来这篇文章。

期望大家的鼓励与支持,欢迎大家交流。

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题图来自Unsplash,基于CC0协议。

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