计算机网络 OSI 7层网络模型概述
什么是OSI模型？
OSI模型由ISO于1984年创建，是一个解释计算机之间传输数据过程的参考框架。它分为七层，共同执行专门的网络功能，从而实现更系统的网络方法。
OSI模型的7层是什么？
OSI模型由七个抽象层组成，按自上而下的顺序排列：
- 物理层
- 数据链路层
- 网络层
- 传输层
- 会话层
- 表示层
- 应用层
物理层-第1层
OSI参考模型的最低层是物理层。它负责设备之间的实际物理连接。物理层包含比特形式的信息。它负责将单个比特从一个节点传输到下一个节点。当接收数据时，该层将获得接收到的信号并将其转换为0和1并将其发送到数据链路层，数据链路层将帧重新组合在一起。
物理层的功能
- 位同步：物理层通过提供时钟来提供位的同步。该时钟控制发送器和接收器，从而提供比特级的同步。
- 比特率控制：物理层还定义了传输速率，即每秒发送的比特数。
- 物理拓扑：物理层指定不同的设备/节点如何在网络中排列，即总线、星星或网状拓扑。
- 传输模式：物理层还定义了数据如何在两个连接的设备之间流动。各种可能的传输模式有单工、半双工和全双工。
注意事项：
- 集线器、中继器、调制解调器和电缆是物理层设备。
- 网络层、数据链路层和物理层也称为较低层或硬件层。
数据链路层（DLL）-第2层
数据链路层负责消息的节点到节点传递。这一层的主要功能是确保数据在物理层上从一个节点传输到另一个节点是无错误的。当数据包到达网络时，DLL负责使用其MAC地址将其传输到主机。
数据链路层分为两个子层：
- 逻辑链路控制（LLC）
- 媒体访问控制（MAC）
从网络层接收的数据包根据NIC（网络接口卡）的帧大小进一步划分为帧。DLL还在报头中封装了MAC地址和Receiver的MAC地址。
接收方的MAC地址是通过在线路上发出阿普（地址解析协议）请求来获得的，该请求询问“谁拥有该IP地址？”并且目的地主机将用其MAC地址来应答。
数据链路层的功能
- 成帧：成帧是数据链路层的功能。它为发送方提供了一种方法来传输对接收方有意义的一组比特。这可以通过在帧的开头和结尾附加特殊的位模式来实现。
- 物理寻址：创建帧后，数据链路层在每个帧的报头中添加发送方和/或接收方的物理地址（MAC地址）。
- 错误控制：数据链路层提供错误控制机制，它检测并重新传输损坏或丢失的帧。
- 流量控制：数据速率在两端必须是恒定的，否则数据可能会被破坏，因此，流控制协调在接收确认之前可以发送的数据量。
- 访问控制：当单个通信信道由多个设备共享时，数据链路层的MAC子层有助于确定哪个设备在给定时间对信道具有控制权。
注意事项：
- 数据链路层中的数据包称为帧。
- 数据链路层由主机的NIC（网络接口卡）和设备驱动程序处理。
- 交换机和网桥是数据链路层设备。
网络层-第3层
网络层用于将数据从一台主机传输到位于不同网络中的另一台主机。它还负责数据包路由，即从可用的路由中选择传输数据包的最短路径。发送方和接收方的IP地址由网络层放置在报头中。
网络层的功能
- 路由：网络层协议确定从源到目的地的路由。网络层的这一功能称为路由。
- 逻辑编址：为了唯一地标识互联网上的每个设备，网络层定义了一个编址方案。发送方和接收方的IP地址由网络层放置在报头中。这样的地址唯一地和普遍地区分每个设备。
注意事项：
- 网络层中的数据段称为数据包。
- 网络层由路由器和交换机等网络设备实现。
传输层-第4层
传输层为应用层提供服务，并从网络层获取服务。传输层中的数据称为段。它负责完整消息的端到端传递。传输层还提供成功数据传输的确认，并在发现错误时重新传输数据。
发送方：传输层从上层接收格式化的数据，执行分段，并实现流和错误控制，以确保正确的数据传输。它还在其报头中添加源和目的端口号，并将分段数据转发到网络层。
注意：发送方需要知道与接收方应用程序关联的端口号。
通常，此目标端口号是默认配置的，也可以手动配置。例如，当Web应用程序请求Web服务器时，它通常使用端口号80，因为这是分配给Web应用程序的默认端口。许多应用程序都分配了默认端口。
在接收器侧：传输层从其报头中读取端口号，并将其接收到的数据转发给相应的应用程序。它还执行分段数据的排序和重组。
传输层的功能
- 分段和重组：这一层接受来自（会话）层的消息，并将消息分解为更小的单元。产生的每个数据段都有一个与之相关的报头。目的站的传输层重新组合报文。
- 服务点寻址：为了将消息传递到正确的进程，传输层报头包括一种称为服务点地址或端口地址的地址。因此，通过指定这个地址，传输层确保消息被传递到正确的进程。
传输层提供的服务
- 面向连接的业务
- 无连接服务
1.面向连接的服务：这是一个三阶段的过程，包括
- 连接建立
- 数据传输
- 终止/断开
在这种类型的传输中，接收设备在接收到一个或一组数据包之后向源发送回确认。这种传输方式是可靠和安全的。
2.无连接服务：它是一个单阶段过程，包括数据传输。在这种类型的传输中，接收器不确认收到数据包。这种方法允许设备之间更快的通信。面向连接的服务比无连接的服务更可靠。
注意事项：
- 传输层中的数据称为段。
- 传输层由操作系统操作。它是操作系统的一部分，通过发出系统调用与应用层通信。
- 传输层被称为OSI模型的心脏。
- 设备或协议用途：TCP、UDP NetBIOS、PPTP
会话层-第5层
这一层负责连接的建立、会话的维护和身份验证，并确保安全性。
会话层的功能
- 会话建立、维护和终止：该层允许两个进程建立、使用和终止连接。
- 同步：此层允许进程添加被视为数据中的同步点的检查点。这些同步点有助于识别错误，以便正确地重新同步数据，并且不会过早地切断消息的结尾，从而避免数据丢失。
- 对话控制器：会话层允许两个系统以半双工或全双工方式开始相互通信。
注意事项：
- 所有下面的3层（包括会话层）都集成为TCP/IP模型中的单个层，作为？应用层”。
- 这3层的实现由网络应用程序本身完成。这些也被称为上层或软件层。
- 设备或协议用途：NetBIOS、PPTP。
例如：
让我们考虑一个场景，用户希望通过浏览器中运行的某个Messenger应用程序发送消息。这里的“Messenger”充当应用层，为用户提供创建数据的接口。该消息或所谓的数据被压缩、加密（如果有任何安全数据），并转换为比特（0和1），以便可以传输。
会话层通信
表示层-第6层
表示层也称为转换层。来自应用层的数据在这里被提取，并按照所需的格式进行处理，以通过网络传输。
表示层的功能
- 例如，ASCII到EBCDIC。
- 加密/解密：数据加密将数据转换为另一种形式或代码。加密的数据称为密文，解密的数据称为明文。密钥值用于加密和解密数据。
- 压缩：减少需要在网络上传输的比特数。
注意：设备或协议用途：JPEG、MPEG、GIF
应用层-第7层
在OSI参考模型的最顶层，我们发现了由网络应用程序实现的应用程序层。这些应用程序产生的数据必须通过网络传输。这一层还用作应用服务访问网络和向用户显示接收到的信息的窗口。
示例：应用程序-浏览器、Skype Messenger等。
注：1.应用层也称为桌面层。
2.设备或协议用途：SMTP
应用层的功能
应用层的主要功能如下所示。
- 网络虚拟终端：它允许用户登录到远程主机。
- FTAM-文件传输访问和管理：此应用程序允许用户
访问远程主机中的文件，检索远程主机中的文件，以及管理或
从远程计算机控制文件。 - 邮件服务：提供电子邮件服务。
- 目录服务：此应用程序提供分布式数据库源
以及访问关于各种对象和服务的全局信息。
注：OSI模型作为参考模型，由于发明较晚，因此未在Internet上实现。目前使用的模型是TCP/IP模型。
OSI模型中的数据流是什么？
当我们将信息从一个设备传输到另一个设备时，它会经过OSI模型的7层。首先，数据从发送端向下传播7层，然后在接收端向上爬回7层。
让我们用一个例子来看看：
路飞给他的朋友佐罗发了一封电子邮件。
第1步：路飞与电子邮件应用程序，如Gmail，outlook，等写他的电子邮件发送。(This发生在第7层：应用层）
步骤2：邮件应用程序准备数据传输，如加密数据和格式化传输。(This发生在第6层：表示层）
步骤3：在互联网上的发送者和接收者之间建立连接。(This发生在第5层：会话层）
步骤4：将电子邮件数据分解为更小的段。它增加了序列号和错误检查信息，以保持信息的可靠性。(This发生在第4层：传输层）
步骤5：完成数据包的寻址，以便找到最佳传输路由。(This发生在第3层：网络层）
步骤6：数据包被封装成帧，然后为本地设备添加MAC地址，然后使用错误检测来检查错误。(This发生在第2层：数据链路层）
步骤7：最后，帧以电/光信号的形式通过物理网络介质（如以太网电缆或WiFi）传输。
在电子邮件到达接收者（即Zoro）后，该过程将反转并解密电子邮件内容。最后，邮件将显示在Zoro的电子邮件客户端上。
OSI模型的优点
OSI模型将计算系统的通信定义为7个不同的层。OSI模型的优点包括：
- 它将网络通信分为7层，使其更容易理解和故障排除。
- 它简化了网络通信，因为每一层都有固定的功能和协议。
- 使用OSI模型更容易诊断网络问题。
- 它更容易改进，因为每个层都可以单独获得更新。
OSI模型简介
| 层号 | 图层名称 | 责任 | 资料表格（资料单位） | 器械或方案 |
|---|---|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 帮助识别客户端和同步通信。 | 消息 | SMTP |
| 6 | 表示层 | 来自应用层的数据被提取并以所需的格式进行处理以进行传输。 | 消息 | JPEG、MPEG、GIF |
| 5 | 会话层 | 保护连接、维护、确保身份验证和确保安全性。 | 消息 | 网关 |
| 4 | 传输层 | 从网络层获取服务并将其提供给应用层。 | 段 | 防火墙 |
| 3 | 网络层 | 从一台主机到位于不同网络中的另一台主机的数据传输。 | 分组 | 路由器 |
| 2 | 数据链路层 | 节点到节点的消息传递。 | 帧 | 开关，桥 |
| 1 | 物理层 | 在设备之间建立物理连接。 | 比特 | 集线器，中继器，调制解调器，电缆 |
OSI与TCP/IP模型
OSI模型和TCP/IP模型之间的一些主要区别是：
- TCP/IP模型由4层组成，而OSI模型有7层。OSI模型的第5、6、7层合并为TCP/IP模型的应用层，OSI模型的第1、2层合并为TCP/IP协议的网络接入层。
- TCP/IP模型比OSI模型更古老，因此它是定义如何在线传输数据的基础协议。
- 与OSI模型相比，TCP/IP模型的层边界不那么严格。
- 数据传输需要TCP/IP模型的所有层，但在OSI模型中，某些应用程序可以跳过某些层。只有OSI模型的第1、2和3层是数据传输所必需的。
你知道吗？
TCP/IP协议（传输控制协议/互联网协议）是由美国国防部高级研究计划局（ARPA）在20世纪70年代创建的。
我们已经讨论了什么是OSI模型，什么是OSI模型的层，数据如何在OSI模型的7层中流动，以及TCP/IP协议和OSI协议之间的差异。
OSI模型-常见问题
OSI层还在使用吗？
是的，网络专业人员仍然使用OSI模型来更好地理解数据抽象路径和过程。
OSI模型的最高层是什么？
第7层或应用层是OSI模型的最高层。