网络【OSI 七层模型】

OSI 七层模型

OSI七层: 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

OSI：Open System Interconnect：七层模型是一种将计算机网络通信协议划分为七个不同层次的标准化框架。每一层都负责不同的功能，从物理连接到应用程序的处理。通过这种分层结构，可以实现标准化、模块化、互操作性和故障诊断。每一层都有特定的功能和协议。

特点: 下层只和上层有来往关系, 不可跨层传输。

应用层（Application Layer）

功能：

• 提供网络服务和应用程序接口。
• 直接为用户和应用程序提供服务。

设备：

• 通常在应用程序中实现，不涉及具体的硬件设备。

协议：

• 超文本传输协议（HTTP）
• 文件传输协议（FTP）
• 简单邮件传输协议（SMTP）
• 域名系统（DNS）
• 动态主机配置协议（DHCP）

示例：

• HTTP 用于网页浏览。
• FTP 用于文件传输。
• SMTP 用于电子邮件发送。
• DNS 用于域名解析。

表示层（Presentation Layer）

功能：

• 确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取，包括编码、压缩、加密等操作。
• 负责数据的格式化、加密和解密、数据压缩和解压缩。
• 编码和转换：将数据转换为统一的格式，如二进制格式。
• 实现数据的语法和语义转换。
• 数据的封装： 在转换为二进制之后，表示层将数据封装为适合网络传输的格式

设备：

• 通常在操作系统中实现，不涉及具体的硬件设备。

协议：

• 加密协议（如 SSL/TLS）：安全套接字层协议（SSL）、安全传输层协议（TLS）
• 数据格式标准（如 JPEG、MPEG）
• 字符编码（如 ASCII、EBCDIC）

示例：

• SSL/TLS 用于加密 HTTPS 流量。
• JPEG 用于图像数据的压缩和解压缩。

会话层（Session Layer）

功能：

• 管理和控制两个通信系统之间的会话连接，负责建立、维护和终止会话。建立数据通道
• 负责建立、维护和终止会话。
• 实现会话检查点和恢复功能。

设备：

• 通常在操作系统中实现，不涉及具体的硬件设备。

协议：

• 会话控制协议（SCP）
• 远程过程调用（RPC）
• 网络基本输入输出系统（NetBIOS）

示例：

• SCP 用于管理远程会话。
• RPC 用于分布式系统中的远程过程调用。

传输层（Transport Layer）

功能：

• 提供 **端到端 **的通信服务。制定协议
• 确保数据的完整性和可靠传输。
• 处理端口号，区分不同的应用程序。
• 实现流量控制、错误检测和纠正。数据包一旦离开网卡即进入网络传输层 。

设备：

• 通常在操作系统中实现，不涉及具体的硬件设备。

协议：

• 传输控制协议（TCP）
• 用户数据报协议（UDP）

示例：

• TCP 提供可靠的、面向连接的传输服务（如 HTTP、FTP）。
• UDP 提供不可靠的、无连接的传输服务（如视频流、DNS查询）。

网络层（Network Layer）

功能：

• 负责数据包的路由选择和转发。
• 处理逻辑地址（IP地址）。
• 实现路径选择、流量控制和拥塞控制，确保它们能够从源主机到目标主机进行传输。

设备：

• 路由器（Router）

协议：

• 互联网协议（IP）：IPV4 IPV6
• 互联网控制消息协议（ICMP）
• 组管理协议（IGMP）
• 地址解析协议（ARP）
• 路由信息协议（RIP）
• 开放最短路径优先（OSPF）
• 路由协议（vrrp虚拟路由冗余）

示例：

• 路由器根据 IP 地址转发数据包。
• ICMP 用于发送错误消息和网络诊断（如 ping 命令）。

数据链路层（Data Link Layer）

功能：

• 数据链路层是确保物理层传输的数据可靠性的关键，通过帧的封装、传输、接收和错误处理，为网络层提供无误的数据传输服务。
• 提供节点之间的可靠数据传输，负责将原始比特流转换为数据帧。
• 检测和纠正传输中出现的错误。
• 协调发送和接收方的数据传输速率，防止接收方因数据量过大而溢出
• 为帧分配数据链路层地址，即MAC地址，确保数据能够正确地发送到目的地

数据链路层的帧结构：

当数据到达数据链路层时，它被封装在帧（Frame）中。帧包括数据部分和头部、尾部，其中头部包含如源地址、目的地址和错误检测信息。

设备：

• 交换机（Switch）
• 网桥（Bridge）
• 网络接口卡（NIC）

协议：

• 以太网（Ethernet）
• 点对点协议（PPP）
• 帧中继（Frame Relay）
• 高级数据链路控制（HDLC）

示例：

• 交换机根据 MAC 地址转发数据帧。
• PPP 用于拨号连接中的数据链路层通信。

物理层（Physical Layer）

功能：

• 负责在物理介质上传输原始的比特流。
• 定义硬件设备的电气、机械、功能和过程特性。
• 处理信号的传输和接收，包括电压、电流、光信号等。

设备：

• 集线器（Hub）
• 中继器（Repeater）
• 网络接口卡（NIC）
• 电缆（如双绞线、同轴电缆、光纤）

协议和标准：

• IEEE 802.3（以太网）
• RS-232（串行通信标准）
• SONET/SDH（光纤通信标准）

示例：

• 以太网电缆连接计算机和交换机。
• 光纤用于长距离数据传输。

TCP/IP四层模型

TCP/IP：Transmission Control Protocol/Internet Protocol：传输控制协议/网际协议：指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

TCP/IP是在网络的使用中的最基本的通信协议。

TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。

TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。

TCP/IP传输协议是严格来说是一个四层的体系结构，应用层、传输层、网络层和数据链路层都包含其中。

• 应用层：应用层是TCP/IP协议的第一层，是直接为应用进程提供服务的。

（1）对不同种类的应用程序它们会根据自己的需要来使用应用层的不同协议，邮件传输应用使用了SMTP协议、万维网应用使用了HTTP协议、远程登录服务应用使用了有TELNET协议

（2）应用层还能加密、解密、格式化数据

（3）应用层可以建立或解除与其他节点的联系，这样可以充分节省网络资源

• 运输层：作为TCP/IP协议的第二层，运输层在整个TCP/IP协议中起到了中流砥柱的作用。且在运输层中，TCP和UDP也同样起到了中流砥柱的作用
• 网络层：网络层在TCP/IP协议中的位于第三层。在TCP/IP协议中网络层可以进行网络连接的建立和终止以及IP地址的寻找等功能
• 网络接口层：在TCP/IP协议中，网络接口层位于第四层。由于网络接口层兼并了物理层和数据链路层所以，网络接口层既是传输数据的物理媒介，也可以为网络层提供一条准确无误的线路

特点：

TCP/IP协议能够迅速发展起来并成为事实上的标准，是它恰好适应了世界范围内数据通信的需要。它有以下特点：

（1）协议标准是完全开放的，可以供用户免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

（2）独立于网络硬件系统，可以运行在广域网，更适合于互联网。

（3）网络地址统一分配，网络中每一设备和终端都具有一个唯一地址。

（4）高层协议标准化，可以提供多种多样可靠网络服务