计算机网络中的 OSI 模型层和协议
布莱斯利奥
什么是OSI模型？
OSI 模型是一种逻辑和概念模型，它定义了开放系统互连和与其他系统通信所使用的网络通信。开放系统互连 (OSI 模型) 还定义了逻辑网络，并通过使用各种协议层有效地描述了计算机数据包传输。
OSI模型的特点
以下是 OSI 模型的一些重要特征：
- 仅在需要明确抽象级别的地方才应创建一个层。
- 各层的功能应按照国际标准化的协议选择。
- 层数应该足够大，这样单独的功能就不会被放在同一层中。同时，层数又应该足够小，这样架构就不会变得太复杂。
- 在 OSI 模型中，每一层都依赖于下一层来执行原始功能。每一层都应该能够为上一层提供服务
- 在一个层中所做的更改不应影响其他层的更改。
为什么是OSI模型？
- 帮助您了解网络通信
- 通过将功能分成不同的网络层，可以更容易地进行故障排除。
- 帮助您了解正在开发的新技术。
- 允许您比较各个网络层上的主要功能关系。
OSI 模型的历史
以下是 OSI 模型历史上的重要里程碑：
- 1970 世纪 XNUMX 年代末，ISO 开展了一项制定网络通用标准和方法的计划。
- 1973年，英国的一个实验分组交换系统发现了定义更高级别协议的需要。
- 1983 年，OSI 模型最初旨在作为实际接口的详细规范。
- 1984年，OSI体系结构被ISO正式采纳为国际标准
OSI 模型的 7 层
OSI 模型是一个分层的服务器架构系统，其中每一层都根据要执行的特定功能进行定义。所有这七层协同工作，将数据从一层传输到另一层。
- 上层：它处理应用程序问题，并且主要仅以软件形式实现。最高层最接近最终系统用户。在此层中，从一个最终用户到另一个最终用户的通信通过使用应用程序层之间的交互开始。它将一直处理到最终用户。
- 下层：这些层处理与数据传输相关的活动。物理层和数据链路层也通过软件和硬件实现。
上层和下层进一步将网络架构划分为以下七个不同的层
- 应用领域
- 企业介绍
- 时间
- 运输
- 网络、数据链路
- 物理层
让我们详细研究每一层：
物理层
物理层可帮助您定义数据连接的电气和物理规范。此级别建立设备与物理传输介质之间的关系。物理层与协议或其他此类高层项目无关。在电信中，物理层运行的技术的一个例子是 PRI（主速率接口）。要了解有关 PRI 及其运作方式，您可以访问这篇信息丰富的文章。
物理层硬件的示例有网络适配器、以太网、中继器、网络集线器等。
数据链路层
数据链路层可纠正物理层可能出现的错误。该层允许您定义协议以建立和终止两个连接的网络设备之间的连接。
它是 IP 地址可理解层，可帮助您定义逻辑寻址，以便识别任何端点。
该层还可以帮助您实现数据包在网络中的路由。它可以帮助您定义最佳路径，从而让数据从源传输到目的地。
数据链路层又细分为两种类型的子层：
- 媒体访问控制 (MAC) 层 - 负责控制网络中的设备如何访问媒体并允许传输数据。
- 逻辑链路控制层-该层负责识别和封装网络层协议并允许您查找错误。
数据链路层的重要功能
- 组帧技术将来自网络层的数据分成几帧。
- 允许您向帧添加标头以定义源和目标计算机的物理地址
- 添加发送方和接收方的逻辑地址
- 它还负责将整个消息从源进程传递到目标进程。
- 它还提供了一个错误控制系统，可以检测重传损坏或丢失的帧。
- 数据链路层还提供了一种通过相互链接的独立网络传输数据的机制。
传输层
传输层建立在网络层之上，用于提供从源计算机上的进程到目标计算机上的进程的数据传输。它使用单个或多个网络托管，并且还维护服务质量功能。
它决定了应该将多少数据发送到哪里以及以什么速率发送。此层基于从应用层收到的消息。它有助于确保数据单元无错误地按顺序传送。
传输层通过流量控制、错误控制和分段或取消分段帮助您控制链路的可靠性。
传输层还提供数据传输成功的确认，并在没有发生错误的情况下发送下一个数据。TCP 是传输层最著名的例子。
传输层的重要功能
- 它将从会话层收到的消息分成几段，并对这些段进行编号以形成序列。
- 传输层确保消息传递到目标机器上的正确进程。
- 它还确保整个消息到达时没有任何错误，否则应该重新传输。
网络层
网络层提供将可变长度的数据序列从一个节点传输到“不同网络”中连接的另一个节点的功能和程序方法。
网络层的消息传递并不能保证任何可靠的网络层协议。
属于网络层的层管理协议有：
- 路由协议
- 多播组管理
- 网络层地址分配。
会话层
会话层控制计算机之间的对话。它帮助您建立、启动和终止本地和远程应用程序之间的连接。
这一层请求根据最终用户的要求建立逻辑连接。这一层处理所有重要的登录或密码验证。
会话层提供对话规则等服务，可以是双工或半双工的。它主要在使用远程过程调用的应用环境中实现。
会话层的重要功能
- 它建立、维护和结束会话。
- 会话层使两个系统能够进行对话
- 它还允许进程向数据流添加检查点。
表示层
表示层允许您定义两个通信实体之间交换数据的形式。它还可以帮助您处理数据压缩和数据加密。
这一层将数据转换为应用程序可以接受的形式。它还格式化和加密应在所有网络上发送的数据。这一层也称为 语法层.
表示层的功能
- 字符代码从 ASCII 到 EBCDIC 的转换。
- 数据压缩：允许减少需要在网络上传输的位数。
- 数据加密：帮助您出于安全目的加密数据 - 例如密码加密。
- 它提供用户界面并支持电子邮件和文件传输等服务。
应用层
应用层与应用程序交互，是 OSI 模型的最高层。应用层是 OSI 层，最接近最终用户。这意味着 OSI 应用层允许用户与其他软件应用程序交互。
应用层与软件应用程序交互以实现通信组件。应用程序对数据的解释始终超出 OSI 模型的范围。
应用层的示例是文件传输、电子邮件、远程登录等应用程序。
应用层的功能包括
- 应用层帮助您识别通信伙伴、确定资源可用性并同步通信。
- 它允许用户登录到远程主机
- 该层提供各种电子邮件服务
- 该应用程序提供分布式数据库源并访问有关各种对象和服务的全局信息。
OSI 模型层之间的交互
从一个计算机应用程序发送到另一个计算机应用程序的信息需要经过 OSI 的每个层。
下面的例子对此进行了解释：
- OSI 模型中的每一层都与其下方的另外两层以及另一个网络计算系统中的对等层进行通信。
- 在下图中，您可以看到第一个系统的数据链路层与系统的网络层和物理层这两个层进行通信。它还可以帮助您与第二个系统的数据链路层进行通信。
各层级支持的协议
| 层 | 名称 | 操作流程概述 |
|---|---|---|
| 图层7 | 应用领域 | SMTP、HTTP、FTP、POP3、SNMP |
| 图层6 | 企业介绍 | MPEG、ASCH、SSL、TLS |
| 图层5 | 时间 | NetBIOS， SAP |
| 图层4 | 运输 | TCP、UDP |
| 图层3 | 网络 | IPV5、IPV6、ICMP、IPSEC、ARP、MPLS。 |
| 图层2 | 数据链接 | RAPA、PPP、帧中继、ATM、光纤电缆等。 |
| 图层1 | 物理 | RS232、100BaseTX、ISDN、11。 |
OSI 与 TCP/IP 之间的差异
以下是 OSI 和 TCP/IP 模型之间的一些重要区别：
| OSI模型 | TCP/IP模型 |
|---|---|
| OSI 模型对接口、服务和协议进行了明确的区分。 | TCP/IP 没有提供服务、接口和协议之间任何明确的区分点。 |
| OSI 使用网络层来定义路由标准和协议。 | TCP/IP 仅使用 Internet 层。 |
| OSI 模型使用两个独立的物理层和数据链路层来定义底层的功能 | TCP/IP 仅使用一个层（链路）。 |
| OSI模型，传输层仅面向连接。 | 一层 TCP/IP模型 既是面向连接的，又是无连接的。 |
| 在OSI模型中，数据链路层和物理层是独立的层。 | 在 TCP 中，数据链路层和物理层组合为单个主机到网络层。 |
| OSI 报头的最小大小为 5 个字节。 | 最小报头大小为 20 字节。 |
OSI 模型的优点
以下是使用 OSI 模型的主要好处/优点：
- 它可以帮助您标准化路由器、交换机、主板和其他硬件
- 降低复杂性并标准化接口
- 促进模块化工程
- 帮助您确保可互操作的技术
- 帮助你加速进化
- 当技术发生变化时，协议可以被新的协议所取代。
- 提供面向连接的服务以及无连接服务的支持。
- 它是计算机网络中的标准模型。
- 支持无连接和面向连接的服务。
- 提供灵活性以适应各种类型的协议
OSI 模型的缺点
以下是使用 OSI 模型的一些缺点/缺点：
- 适应协议是一项繁琐的任务。
- 你只能将其作为参考模型。
- 没有定义任何特定协议。
- 在 OSI 网络层模型中，某些服务在许多层中重复，例如传输层和数据链路层
- 各层不能并行工作，因为每一层都需要等待从前一层获取数据。
结语
- OSI 模型是一个逻辑和概念模型，它定义了网络通信，供开放互连和与其他系统通信的系统使用
- 在 OSI 模型中，仅在需要明确抽象级别的地方才应创建层。
- OSI 层可帮助您了解网络通信
- 1984年，OSI体系结构被ISO正式采纳为国际标准
| 层 | 名称 | 功能 | 操作流程概述 |
|---|---|---|---|
| 图层7 | 应用领域 | 允许访问网络资源。 | SMTP、HTTP、FTP、POP3、SNMP |
| 图层6 | 企业介绍 | 翻译、加密和压缩数据。 | MPEG、ASCH、SSL、TLS |
| 图层5 | 时间 | 建立、管理和终止会话 | NetBIOS， SAP |
| 图层4 | 运输 | 传输层建立在网络层之上，提供从源机器上的进程到目标机器上的进程的数据传输。 | TCP、UDP |
| 图层3 | 网络 | 提供网络互联。将数据包从源移动到目的地 | IPV5、IPV6、ICMP、IPSEC、ARP、MPLS。 |
| 图层2 | 数据链接 | 将比特组织成帧。提供逐跳传输 | RAPA、PPP、帧中继、ATM、光纤电缆等。 |
| 图层1 | 物理 | 通过介质传输比特。提供机械和电气规格 | RS232、100BaseTX、ISDN、11。 |
