通信原理之OSI七层参考模型（一）

1、什么是计算机网络

谈计算机通信原理当然离不开计算机网络，那么什么是计算机网络。官方定义：计算机网络是由两台或两台以上的计算机通过网络设备连接起来所组成的一个系统，在这个系统中计算机与计算机之间可以进行数据通信、数据共享及协同完成某些数据处理的工作。

其实说白了就是，计算机组成的网络或者说在这个网络系统中有很多计算机，这里的计算机不仅仅指我们的电脑，其实指的是所有在网络中的网络设备，比如手机，平板电脑等。

2、计算机之间如何进行通信

有了计算机等设备，也就得考虑如何连接起来他们，这就是他们之间该如何通信的问题。对计算机来说，就是一个硬件设备，如何让计算机与计算机连接起来，必需需要软件的支撑。那么支持计算机通讯的软件是什么呢？就是计算机网络参考模型。这个计算机网络参考模型就是计算机网络软件。最经典的当然是国际化标准的OSI（Open System InterConnect 开放式系统互联）参考模型。它是通过一个机器上的一个应用进程与另一个机器上的进程进行信息交互。下面我们了解下这个模型。

2.1、OSI七层模型

上面我们已经知道，计算机和计算机之间是通过两个软件进程连接起来的。但想让这两个进程之间进程通信，还需解决很多问题。OSI参考模型解决此问题是，首先就是分层，简单的来说，这两个进程之间的通信是通过七大部分来完成，也就是OSI七层参考模型。每一层都完成网络当中的一个独立任务。

下面是七层模型图：

这张图看起来确实复杂，让我们分解来看，主机A和主机B都的进程都分七层处理，下面首先了解下各层什么作用。

（1）物理层

在OSI参考模型中，物理层（Physical Layer）是参考模型的最低层，也是OSI模型的第一层。物理层的主要功能是：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。实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。使其上面的数据链路层不必考虑网络的具体传输介质是什么。“透明传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化。物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和规程特性。如规定使用电缆和接头的类型、传送信号的电压等。在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理，单位是bit。理解着确实难，不过总之一句话，就是把最初的电流什么，为上一层提供物理连接。保证电流的透明化等。

（2）数据链路层

Datalink Layer，OSI参考模型的第二层，它控制网络成和物理成的通信，是一个桥梁，其主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。说白了就是保证传输的可靠性。为了保证传输，从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始数据，还包括发送方和接收方的物理地址以及检错和控制信息。其中的地址确定了帧将发送到何处，而纠错和控制信息则确保帧无差错到达。如果在传送数据时，接收点检测到所传数据中有差错，就要通知发送方重发这一帧。

数据链路层的功能独立于网络和它的节点和所采用的物理层类型，也不关心是否正在运行Word 、Excel或使用Internet 。有一些连接设备，如交换机，由于它们要对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。感觉挺难懂的，简单总结为保证数据传输的可靠性，还有纠错和重发机制等。

（3）网络层

Network Layer，OSI参考模型的第三层。其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。

网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中节点A 到另一个网络中节点B 的最佳路径。由于网络层处理，并智能指导数据传送，路由器连接网络各段，所以路由器属于网络层。网络负责在源机器和目标机器之间建立它们所使用的路由。这一层本身没有任何错误检测和修正机制，因此，网络层必须依赖于端端之间的由DLL提供的可靠传输服务。

简单的来说就是在网络中找到一条路径，一段一段地传送，由于数据链路层保证两点之间的数据是正确的，因此源到目的地的数据也是正确的，这样一台机器上的信息就能传到另外一台了。但计算机网络的最终用户不是主机，而是主机上的某个应用进程。这个过程由传输层实现。

（4）传输层

Transport Layer，OSI参考模型的第四层。传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。除此之外，传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割。例如，以太网无法接收大于1500字节(Byte)的数据包。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片，同时对每一数据片安排一序列号，以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。该过程即被称为排序。工作在传输层的一种服务是TCP/IP协议套中的TCP(传输控制协议)，另一项传输层服务是IPX/SPX协议集的SPX(序列包交换)。

网络层交给传输层后，传输层必需标识了服务是哪个进程请求的，要交给谁的问题。我把东西交你时，希望通知你一下，就是会话层的工作。

（5）会话层

Session Layer，OSI参考模型的第五层。负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。

通知有人给你打好招呼，以便进行通话。就像现在我和你说话，你耳朵听到了也能理解，但如果下面是外国人，他听到了我的声音，他理解了吗？他不能理解。那对于计算机网络来言，客户机发了一个请求给服务器，服务器应该能理解这个请求到底是什么，所以接下去的问题是你怎么样理解？这个理解有两个层次，我讲中国话，他只能懂英文，那么这当中应该有一个翻译。把汉语翻译成英语，这样的工作就交给下一层表示层来做了。

（6）表示层

Presentation Layer，OSI参考模型中的第六层。应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。表示层管理数据的解密与加密，如系统口令的处理。例如：在Internet上查询你银行账户，使用的即是一种安全连接。你的账户数据在发送前被加密，在网络的另一端，表示将对接收到的数据解密。除此之外，表示层协议还对图片和文件格式信息进行解码和编码。

（7）应用层

Application Layer，OSI参考模型中的最高层，即第七层。应用层也称为应用实体(AE)，它由若干个特定应用服务元素(SASE）和一个或多个公共应用服务元素(CASE)组成。每个SASE提供特定的应用服务，例如文件运输访问和管理(FTAM)、电子文电处理(MHS)、虚拟终端协议(VAP)等。CASE提供一组公共的应用服务，例如联系控制服务元素(ACSE)、可靠运输服务元素(RTSE)和远程操作服务元素(ROSE)等。主要负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序，应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。

举个例子来理解：我这边说的是普通话，对面对方只能动英文，对方通过表示层把我的话翻译成了普通话，但未必对面就某些特殊汉子，词组的意思。那么就需要专业知识和领域知识，学习后才能听懂。应用层就是干这个的。对于计算机来讲，每一个应用都有它特定的表达方式。

总结下：

1.物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后再转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。

2.数据链路层：定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。

3.网络层：在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。Internet的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加，而网络层正是管理这种连接的层。

4.传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号(WWW端口80等)，如：TCP(传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据)，UDP(用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）。主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。

5.会话层：通过传输层(端口号：传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求(设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名)。

6.表示层：可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。例如，PC程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机使用扩展二一十进制交换吗(EBCDIC)，而另一台则使用美国信息交换标准码（ASCII）来表示相同的字符。如有必要，表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。

7.应用层：是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序(例如电子邮件、文件传输和终端仿真)提供网络服务。