001 七层OSI参考模型

一、什么是七层OSI参考模型

OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互连。是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系，一般称为OSI参考模型或七层模型。

二、OSI参考模型的划分

OSI定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层），即OSI开放系统互连参考模型。

每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻层的接口通信。OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。

三、七层详解

1、物理层

物理层（physical layer）：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。

物理层是传输的媒介，在线路中将0/1转换成电信号和光信号。

相当于是邮局与邮局之间的搬运工。

物理层规定了电平、速度和电缆针脚。

作用：承载比特流的传输

特点：看得见，摸得着。比如集线器（hub），中继器，网线，光纤，光猫，双绞线，同轴电缆等

2、数据链路层

数据链路层（data link layer）：采用差错控制与流量控制的方法，使得有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

数据链路层，又称数链层；相互直连的设备之间需要使用地址实现物理传输，而这个地址就是MAC地址，也叫物理地址（注：任何一个网络设备都有一个唯一的身份识别码，这个识别码就是MAC地址，MAC地址是一串十六进制的12位数字编码）。

相当于邮局中的拆箱工人。

数据链路层将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址 (以太网使用MAC地址)来访问介质,并进行差错检测。

数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层（MAC）。

MAC子层处理CSMA/CD算法、数据出错校验、成帧等；LLC子层定义了一些字段使上次协议能共享数据链路层。在实际使用中，LLC子层并非必需的。

MAC子层的主要任务是解决共享型网络中多用户对信道竞争的问题，完成网络介质的访问控制；

LLC子层的主要任务是建立和维护网络连接，执行差错校验、流量控制和链路控制。
数据链路层的具体工作是接收来自物理层的位流形式的数据，并封装成帧，传送到上一层；同样，也将来自上层的数据帧，拆装为位流形式的数据转发到物理层；并且，还负责处理接收端发回的确认帧的信息，以便提供可靠的数据传输。

数据在经过数据链路层的时候会封装上帧头和帧尾，这时候我们把这个数据叫做数据帧，这个帧头帧尾里包含了源设备的mac地址和目的主机的mac地址，我们的二层就是依靠mac地址转发数据的。

作用：控制数据帧在物理链路上传输

设备：网桥，交换机，网卡等都是数据链路层设备

协议：PPP,HDLC,Ethernet,FDDI（令牌网）

Mac地址：网络设备的身份证，全球唯一。

3、网络层

网络层(network layer)：实现路由选择、分组、转发与拥塞控制等功能，为“分组”传输选择“最佳”的路由。

网络层的作用是寻址（ip地址就在网络层），将数据从发送端主机发送到接收端主机时，通过IP寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。就是通常说的IP层。这一层就是我们经常说的IP协议层。IP协议是Internet的基础。

相当于邮局中集散中心的分拨排序工人，例如：邮件从沈阳发到上海，邮件先到沈阳集散中心，再到北京集散中心，再到上海集散中心；每个集散中心都可以看成一个ip地址。

网络层（Network Layer）是OSI模型的第三层，它是OSI参考模型中最复杂的一层，也是通信子网的最高一层。它在下两层的基础上向资源子网提供服务。其主要任务是：通过路由选择算法，为报文或分组通过通信子网选择最适当的路径。该层控制数据链路层与传输层之间的信息转发，建立、维持和终止网络的连接。具体地说，数据链路层的数据在这一层被转换为数据包，然后通过路径选择、分段组合、顺序、进/出路由等控制，将信息从一个网络设备传送到另一个网络设备。
一般地，数据链路层是解决同一网络内节点之间的通信，而网络层主要解决不同子网间的通信。例如在广域网之间通信时，必然会遇到路由（即两节点间可能有多条路径）选择问题。

在实现网络层功能时，需要解决的主要问题如下：
寻址：数据链路层中使用的物理地址（如MAC地址）仅解决网络内部的寻址问题。在不同子网之间通信时，为了识别和找到网络中的设备，每一子网中的设备都会被分配一个唯一的地址。由于各子网使用的物理技术可能不同，因此这个地址应当是逻辑地址（如IP地址）。
交换：规定不同的信息交换方式。常见的交换技术有：线路交换技术和存储转发技术，后者又包括报文交换技术和分组交换技术。
路由算法：当源节点和目的节点之间存在多条路径时，本层可以根据路由算法，通过网络为数据分组选择最佳路径，并将信息从最合适的路径由发送端传送到接收端。
连接服务：与数据链路层流量控制不同的是，前者控制的是网络相邻节点间的流量，后者控制的是从源节点到目的节点间的流量。其目的在于防止阻塞，并进行差错检测。

作用：为数据在节点之间传输创建逻辑链路，并分组转发数据

协议：ip，ipx，icmp

设备：路由器，防火墙

数据在到达网络层的时候叫做数据包，就是说我们同网段的终端进行互访的时候交换机会查mac地址表互访，但是不同网段进行互访的时候，因为数据链路层的协议看不懂ip地址，所以将数据交给我们的三层协议去进行处理。

4、传输层

传输层（transport layer）：向高层用户提供可靠的“端——端”的通信服务，向高层屏蔽下层数据通讯的据体细节

传输层的一个重要作用是保证数据传输的可靠性，用于将建立和断开连接的实际行动，传输层为确保所有数据到达目标地址，会在通信两端计算机之间进行确认，如果数据没有到达或已损坏会负责进行重发。

相当于公司中跑邮局的送信工人。

传输层建立了主机端到端的链接，传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。我们通常说的，TCP UDP就是在这一层。端口号既是这里的“端”。

OSI下3层的主要任务是数据通信，上3层的任务是数据处理。而传输层（Transport Layer）是OSI模型的第4层。因此该层是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起到承上启下的作用。
该层的主要任务是：向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输。传输层的作用是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文。该层常见的协议：TCP/IP中的TCP协议、Novell网络中的SPX协议和微软的NetBIOS/NetBEUI协议。
传输层提供会话层和网络层之间的传输服务，这种服务从会话层获得数据，并在必要时，对数据进行分割。然后，传输层将数据传递到网络层，并确保数据能正确无误地传送到网络层。因此，传输层负责提供两节点之间数据的可靠传送，当两节点的联系确定之后，传输层则负责监督工作。综上，传输层的主要功能如下：
传输连接管理：提供建立、维护和拆除传输连接的功能。传输层在网络层的基础上为高层提供“面向连接”和“面向无接连”的两种服务。
处理传输差错：提供可靠的“面向连接”和不太可靠的“面向无连接”的数据传输服务、差错控制和流量控制。在提供“面向连接”服务时，通过这一层传输的数据将由目标设备确认，如果在指定的时间内未收到确认信息，数据将被重发。
监控服务质量。

作用：建立连接，处理数据包错误，数据包次序

协议：tcp，udp

两个应用程序建立连接之后，传输层为他们处理数据在发送的时候产生的数据包错误，数据包次序，进行重传。数据包在传输层处理的时候叫做数据段。

5、会话层

会话层（session layer）：两个通信计算机之间的进程通信，管理数据交换。

会话层属于传输层的领导，决定采用何种连接方法以保证两端进行高效的数据交换是会话层的主要责任，管理传输层什么时间建立连接，什么时间断开连接。

相当于公司中收寄信、写信封拆信封的秘书。

会话层就是负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。

会话层（Session Layer）是OSI模型的第5层，是用户应用程序和网络之间的接口，主要任务是：向两个实体的表示层提供建立和使用连接的方法。将不同实体之间的表示层的连接称为会话。因此会话层的任务就是组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。
用户可以按照半双工、单工和全双工的方式建立会话。当建立会话时，用户必须提供他们想要连接的远程地址。而这些地址与MAC（介质访问控制子层）地址或网络层的逻辑地址不同，它们是为用户专门设计的，更便于用户记忆。域名（DN）就是一种网络上使用的远程地址例如：www.3721.com就是一个域名。会话层的具体功能如下：
会话管理：允许用户在两个实体设备之间建立、维持和终止会话，并支持它们之间的数据交换。例如提供单方向会话或双向同时会话，并管理会话中的发送顺序，以及会话所占用时间的长短。
会话流量控制：提供会话流量控制和交叉会话功能。
寻址：使用远程地址建立会话连接。l
出错控制：从逻辑上讲会话层主要负责数据交换的建立、保持和终止，但实际的工作却是接收来自传输层的数据，并负责纠正错误。会话控制和远程过程调用均属于这一层的功能。但应注意，此层检查的错误不是通信介质的错误，而是磁盘空间、打印机缺纸等类型的高级错误。

6、表示层

表示层（presentation layer）：处理两个通信的计算机系统的数据表示方式，完成数据格式的变换，加密与解密，压缩与恢复

表示层是进行“统一的网络数据格式”和“某一台计算机或某一款软件特有的数据格式”之间的相互转换的分成。

相当于替老板写信的助理（可以进行内容加密处理）。

表示层（Presentation Layer）是OSI模型的第六层，它对来自应用层的命令和数据进行解释，对各种语法赋予相应的含义，并按照一定的格式传送给会话层。其主要功能是“处理用户信息的表示问题，如编码、数据格式转换和加密解密”等。表示层的具体功能如下：
数据格式处理：协商和建立数据交换的格式，解决各应用程序之间在数据格式表示上的差异。
数据的编码：处理字符集和数字的转换。例如由于用户程序中的数据类型（整型或实型、有符号或无符号等）、用户标识等都可以有不同的表示方式，因此，在设备之间需要具有在不同字符集或格式之间转换的功能。
压缩和解压缩：为了减少数据的传输量，这一层还负责数据的压缩与恢复。
数据的加密和解密：可以提高网络的安全性。

7、应用层

应用层（application）：为应用软件提供多种网络服务，例如：万维网，文件传输，电子邮件等其他服务

每一个网络应用都对应不同的协议，这些协议就属于应用层。

常见应用层的网络服务协议有：HTTP，HTTPS，FTP，POP3、SMTP等。

老板就是我们所述的用户，而他要发送的商业报价单，就是应用层提供的一种网络服务，当然，老板也可以选择其他服务，比如说，发一份商业合同，发一份询价单，等等。

应用层（Application Layer）是OSI参考模型的最高层，它是计算机用户，以及各种应用程序和网络之间的接口，其功能是直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。它在其他6层工作的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用者之间的联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外，该层还负责协调各个应用程序间的工作。
应用层为用户提供的服务和协议有：文件服务、目录服务、文件传输服务（FTP）、远程登录服务（Telnet）、电子邮件服务（E-mail）、打印服务、安全服务、网络管理服务、数据库服务等。上述的各种网络服务由该层的不同应用协议和程序完成，不同的网络操作系统之间在功能、界面、实现技术、对硬件的支持、安全可靠性以及具有的各种应用程序接口等各个方面的差异是很大的。应用层的主要功能如下：
用户接口：应用层是用户与网络，以及应用程序与网络间的直接接口，使得用户能够与网络进行交互式联系。
实现各种服务：该层具有的各种应用程序可以完成和实现用户请求的各种服务。

四、OSI7层模型的小结

由于OSI是一个理想的模型，因此一般网络系统只涉及其中的几层，很少有系统能够具有所有的7层，并完全遵循它的规定。

在7层模型中，每一层都提供一个特殊的网络功能。从网络功能的角度观察：下面4层（物理层、数据链路层、网络层和传输层）主要提供数据传输和交换功能，即以节点到节点之间的通信为主；第4层作为上下两部分的桥梁，是整个网络体系结构中最关键的部分；而上3层（会话层、表示层和应用层）则以提供用户与应用程序之间的信息和数据处理功能为主。简言之，下4层主要完成通信子网的功能，上3层主要完成资源子网的功能。

五、参考资料

1，https://www.cnblogs.com/du-z/p/10799661.html

2，https://www.cnblogs.com/qishui/p/5428938.html

3，https://blog.csdn.net/yaopeng_2005/article/details/7064869?utm_source=app&app_version=4.10.0

4，https://mp.weixin.qq.com/s/sPTRKVb_Rl8IN_vEAMzXJg