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？
此 OSI（开放系统互连）模型 是一个概念参考模型，用于描述数据如何在网络中的系统之间传输。它将通信分为七个部分。tracOSI 模型由 t 层组成，每一层都有明确的职责和特定的协议集。虽然该模型并非完全按照实际网络的图示实现（实际部署的协议栈是 TCP/IP），但 OSI 各层仍然是工程师们用来分析网络问题的标准术语。
OSI 模型的特征
- 只有当存在明显层次的吸收层时，才会形成一个层。trac需要进行治疗。
- 每一层的功能都是根据国际标准化协议选择的。
- 层数应该足够多以区分不同的关注点，但又应该足够少以避免过于复杂。
- 每一层都依赖于它下面的那一层提供基本服务，并向它上面的那一层公开服务。
- 同一层内的更改不应导致其上方或下方的层发生更改。
为什么要使用OSI模型？
- 为理解网络间的通信提供共享词汇。
- 通过将功能分离到独立的网络层，使故障排除更加容易。
- 通过地图帮助工程师吸收新技术ping 将它们叠加到熟悉的图层上。
- 允许您比较不同协议栈之间的功能关系。
OSI模型的历史
- 1970年代末 — ISO 启动了一项制定通用网络标准的计划。
- 1973 — 英国的一项实验性分组交换系统凸显了对更高级别协议的必要性。
- 1983 — OSI 模型最初是以详细的接口规范的形式发布的。
- 1984 — ISO 正式采纳 OSI 架构作为国际标准（ISO 7498）。
OSI模型的7层结构
OSI模型是一种分层参考架构，其中每一层都执行特定的功能。这七层协同工作，将数据从发送方传递到接收方。
- 上层（应用层、表示层、会话层）： 处理应用程序语义，主要在软件中运行。
- 底层（传输层、网络层、数据链路层、物理层）： 涉及数据传输、数据包化、帧封装和物理介质。数据链路层和物理层还包括硬件。
这七层从上到下分别是：
- 应用领域
- 企业介绍
- 时间
- 运输
- 网络
- 数据链接
- 物理性能
网络层结构图。
物理层
此 物理层 它定义了数据连接的电气、机械和物理规范。它通过传输介质传输原始比特，不涉及协议或更高层的语义。PRI（主速率接口）是电信领域中运行于此层的一个示例——了解更多信息，请参阅…… PRI教程.
物理层硬件的例子包括网络适配器、以太网电缆、中继器和网络集线器。
数据链路层
此 数据链路层 它能够检测并纠正物理层可能出现的错误，并管理建立和终止两个直接连接设备之间链路的协议。它将原始比特封装成结构化帧，并处理物理（MAC）寻址。
数据链路层分为两个子层：
- 媒体访问控制（MAC）： 控制设备如何获取共享介质的访问权限以及如何访问它们 transmit 数据。
- 逻辑链路控制（LLC）： 识别并封装网络层协议，并检测错误。
数据链路层的重要功能
- 帧分割：将网络层数据分割成帧。
- 添加包含源地址和目标地址的物理（MAC）地址的头部。
- 提供相邻设备之间的帧逐跳传输。
- 检测错误并重新请求损坏或丢失的帧。
- 提供了一种遍历相互连接的独立网络的机制。
网络层
此 网络层 它提供了在不同网络上的主机之间传输可变长度数据序列的功能和程序方法。它处理逻辑寻址（IP）、路由和数据包转发。
网络层交付本身并不具备可靠性——这是传输层的职责。该层的层管理协议包括：
- 路由协议（OSPF、BGP、RIP）。
- 多播组管理（IGMP）。
- 网络层地址分配（DHCP）。
传输层
此 传输层 它基于网络层构建，提供源机器和目标机器上进程之间的端到端数据传输。它维护服务质量属性，例如顺序性、可靠性和流量控制。
传输层将上层消息分割成段，并进行编号，然后在接收端重新组装。当与 TCP 等可靠协议一起使用时，它能保证无误且按顺序交付；而当与 UDP 一起使用时，则会以丢包为代价来换取速度。
传输层的重要功能
- 对从会话层接收到的消息进行分段，并对每个分段进行编号。
- 使用端口将每个数据段传递给目标机器上的正确进程。
- 确保整个消息无误地送达。transmit必要时进行。
- 管理流量控制，防止快速发送方使慢速接收方过载。
会话层
此 会话层 它控制两台计算机之间的对话（会话）。它建立、管理和终止逻辑连接，在需要时处理身份验证，并支持全双工和半双工对话。它最常用于使用远程过程调用的环境中。
会话层的重要功能
- 建立、维护和结束两个系统之间的会话。
- 使两个系统能够进行受控对话。
- 向数据流添加检查点，以便会话在中断后可以恢复。
表示层
此 表示层 它定义了两个通信实体之间交换数据的格式，并处理压缩和加密。它有时被称为 语法层.
表示层的功能
- 字符集转换（例如，ASCII 到 EBCDIC）。
- 数据压缩以减少传输过程中的比特数。
- 数据加密——例如，使用 TLS 来保护有效载荷的完整性和机密性。
- 为电子邮件和文件传输等服务提供格式支持。
应用层
此 应用层 这是最接近最终用户的一层，也是唯一直接与应用程序交互的层。它本身并不包含应用程序，而是公开应用程序使用的网络服务。
应用层的功能
- 识别沟通伙伴，确定资源可用性，并同步沟通。
- 允许用户登录到远程主机。
- 提供电子邮件服务和目录访问。
- 提供对对象和服务全球信息的分布式数据库访问。
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，会沿着发送端的 OSI 层向下流动，穿过电线，然后再沿着接收端的 OSI 层向上流动。
- 每一层都与其上一层、下一层以及远程系统上的相应对等层进行通信。
- 在下图所示的电路中，第一个系统的数据链路层与同一主机上的网络层和物理层以及远程系统的数据链路层进行通信。
OSI各层支持的协议
| 层 | 姓名 | 通用协议 |
|---|---|---|
| 图层7 | 应用领域 | SMTP、HTTP、HTTPS、FTP、POP3、SNMP、DNS |
| 图层6 | 企业介绍 | MPEG、ASCII、SSL、TLS |
| 图层5 | 时间 | NetBIOS， SAP，RPC |
| 图层4 | 运输 | TCP、UDP、SCTP |
| 图层3 | 网络 | IPv4、IPv6、ICMP、IPsec、ARP、MPLS |
| 图层2 | 数据链接 | 以太网、PPP、帧中继、ATM、HDLC |
| 图层1 | 物理性能 | RS-232、100BaseTX、ISDN、IEEE 802.11（物理信号） |
OSI 和 TCP/IP 的区别
| OSI模型 | TCP/IP 模型 |
|---|---|
| 明确区分接口、服务和协议。 | 没有严格区分服务、接口和协议。 |
| 共有七层。 | 它有四层（应用层、传输层、网络层、网络接入层）。 |
| 使用专用的网络层进行路由。 | 使用单一的互联网层，将路由和寻址结合在一起。 |
| 它具有独立的物理层和数据链路层。 | 将物理层和数据链路层合并为一个网络接入层。 |
| 传输层是面向连接的。 | 此 TCP / IP协议 传输层既有面向连接的（TCP），也有无连接的（UDP）。 |
| 最小 OSI 头部大小约为 5 字节。 | TCP/IP 报头最小大小为 20 字节。 |
OSI 模型的优点
- 将路由器、交换机和其他硬件按照明确的层边界进行标准化。
- 降低复杂性并标准化接口。
- 便于模块化工程设计——供应商可以在不破坏其他层的情况下，对某一层进行创新。
- 保证不同厂商技术的互操作性。
- 加速网络协议的演进。
- 支持面向连接和服务无连接两种模式。
- 仍然是计算机网络教育领域的标准参考模型。
- 具有灵活性，可适应多种协议。
OSI 模型的缺点
- 将现实世界的协议融入 OSI 各层模型可能很繁琐。
- 它只是一个参考模型，并没有定义具体的协议。
- 有些服务在各层之间重复出现（例如，传输层和数据链路层的错误检查）。
- 各层不能并行运行——每一层都要等待前一层的输出。
