OSI 7层开放互连参考模型

前言

开放系统互连 (OSI) 参考模型是一个概念性框架，描述了独立于底层电信网络基础设施的功能。它将数据通信的过程分为七个抽象层，并将协议标准化为适当的网络功能组，以确保通信系统内的互操作性。
OSI 模型最初是为了促进供应商之间的互操作性和为网络通信定义明确的标准而开发。但是，较旧的TCP/IP 模型仍然是当今 Internet 通信的普遍参考框架。
OSI 模型是在19世纪70 年代后期开始开发的，为将不同计算机进行连接，该模型提出了一套标准的组网方法，这些方法在发达国家的网络工作中得到了广泛应用。在 1980 年代，该模型得到了国际标准化组织(ISO) 开放系统互连小组的支持，最终成为国际标准。

OSI开放互连参考模型

OSI开放互连参考模型共7层，现从最底层逐一进行介绍：

1. 物理层

作为OSI 参考模型中最低的一层，物理层的作用是实现计算机节点之间比特流的透明传送
该层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性（机械特性、电气特性、功能特性，过程特性）
该层主要是和硬件有关，与软件关系不大

OSI 模型的最底层涉及以电信号、光信号或电子脉冲形式在网络设备之间物理传输信息的数据通信。物理层负责通过物理介质传输非结构化原始数据流。它定义了一系列方面，包括：

• 电子元器件：机械和物理系统以及网络设备，包括电缆尺寸、信号频率、电压等规格。
• 拓扑：总线结构（Bus）、星状拓扑（Star）、环状拓扑（Ring）、互联结构（Mesh）等；
• 通信模式：单工、半双工、全双工等
• 数据传输性能：例如比特率和比特同步
• 信号调制：交换和与物理传输介质的接口
• 协议：包括 Wi-Fi、以太网等
• 硬件：包括网络设备、天线、电缆、调制解调器和中继器和集线器等中间设备

注意：蓝牙、USB、以太网都包括在内

2. 数据链路层

OSI 模型的第二层涉及网络内节点之间的数据传输，并管理物理连接的设备（例如交换机）之间的连接。从物理层接收的原始数据被同步并打包成数据帧，其中包含在适当节点之间路由信息所需的协议。数据链路层进一步分为两个子层：
逻辑链路控制 (LLC) 子层：负责流量控制（流控）和错误控制（容错），以确保网络节点之间的数据传输无误且准确。
媒体访问控制 (MAC) 子层：负责管理访问控制以便在网络节点之间安全传输数据。数据按顺序传输，并确保在节点之间发送的封装原始数据进行校验。

常见协议：

• 点对点协议（PPP）
• 数据链路层发现协议（LLDP）
• 点对点隧道协议 (PPTP)
• L2TP
• L2F

数据链路层通常也叫做链路层，在物理层和网络层之间。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层协议
在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的 IP数据报组装成帧，在两个相邻节点间的链路上传送帧
每一帧的数据可以分成：报头head和数据data两部分:
head 标明数据发送者、接受者、数据类型，如 MAC地址
data 存储了计算机之间交互的数据
通过控制信息我们可以知道一个帧的起止比特位置，此外，也能使接收端检测出所收到的帧有无差错，如果发现差错，数据链路层能够简单的丢弃掉这个帧，以避免继续占用网络资源

3. 网络层

两台计算机之间传送数据时其通信链路往往不止一条，所传输的信息甚至可能经过很多通信子网
网络层的主要任务就是选择合适的网间路由和交换节点，确保数据按时成功传送
在发送数据时，网络层把传输层产生的报文或用户数据报封装成分组和包，向下传输到数据链路层
在网络层使用的协议是无连接的网际协议（Internet Protocol）和许多路由协议，因此我们通常把该层简单地称为 IP 层

OSI 模型的第三层在多个网络之间组织和传输数据。网络层负责实现数据包的逻辑寻址。根据网络特性、最佳可用路径、流量控制、数据包拥塞和服务优先级等在内的一系列因素，在源网络和目标网络之间选择最佳物理路径路由数据。其他功能包括封装和分段、拥塞控制和错误处理。传出的数据被分成数据包，传入的数据被重新组合成在更高的应用程序级别上可以使用的信息。

网络层硬件包括路由器、桥接路由器、3 层交换机和协议，例如 Internet (IPv4) 协议版本 4 和 Internet 协议版本 6 (IPv6)。

常见协议：

• IP
• ICMP
• IGMP
• IPSec
• IPv4
• IPv6
• RIP
• OSPF
• EGP
• DDP
• GRE
• IPSec VPN

4. 传输层

传输层的主要任务是为两台主机进程之间的通信提供服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题
传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节。因此，它是计算机通信体系结构中关键的一层
其中，主要的传输层协议是TCP和UDP

OSI 模型的第四层确保数据包传输过程中的完整和可靠性。

• 传输层提供错误控制、流量控制和拥塞控制等机制来跟踪数据包，检查错误和重复，并重新发送传递失败的信息。它涉及服务寻址功能，以确保响应特定进程（通过端口地址）发送的数据包。
• 数据包分段和重组确保数据被分割并按顺序发送到目的地，并根据接收顺序重新检查其完整性和准确性。
  常见协议
• TCP
• UDP
• RDP
• SSL VPN
• TLS VPN

5. 会话层

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
该层提供了数据交换的定界和同步功能，包括了建立检查点和恢复方案的方法

作为处理软件级别的三层中的第一层，会话层管理节点之间的会话以协调通信。会话是指网络内两个实体之间的任何交互式数据交换。常见示例包括允许 Internet 用户在特定时间段内访问和浏览网站的 HTTPS 会话。会话层负责一系列功能，包括打开、关闭和重新建立会话活动、特定应用程序和服务器之间通信的身份验证和授权、识别全双工或半双工操作以及同步数据流。

常见协议：

• 远程过程调用协议 (RPC)
• RTPC
• 会话控制协议 (SCP)
• 会话描述协议 (SDP)
• NetBIOS
• PAP
• SOCKS

6. 表示层

表示层的作用是使通信的应用程序能够解释交换数据的含义，其位于 OSI参考模型的第六层，向上为应用层提供服务，向下接收来自会话层的服务
该层提供的服务主要包括数据压缩，数据加密以及数据描述，使应用程序不必担心在各台计算机中表示和存储的内部格式差异

OSI 模型的第六层在应用程序和网络之间转换数据格式。表示层的职责包括：

• 数据转换
• 字符代码翻译
• 数据压缩
• 加密和解密

表示层，也称为语法层，映射数据的语义和语法，以便接收到的信息可用于每个不同的网络实体。例如，我们从基于加密的通信应用程序传输的数据在通过网络发送之前在这一层进行格式化和加密。

在接收端，数据被解密并按原意格式化为文本或媒体信息。表示层还将复杂信息序列化为可传输格式。然后数据流在目的地被反序列化并重新组合成原始对象格式。

常见协议：

• NCP
• NDR
• Tox

7. 应用层

应用层位于 OSI 参考模型的第七层，其作用是通过应用程序间的交互来完成特定的网络应用
该层协议定义了应用进程之间的交互规则，通过不同的应用层协议为不同的网络应用提供服务。例如域名系统 DNS，支持万维网应用的 HTTP 协议，电子邮件系统采用的 SMTP协议等
在应用层交互的数据单元我们称之为报文

应用层涉及应用级别的网络过程。该层直接与最终用户交互，为电子邮件、网络数据共享、文件传输和目录服务以及其他分布式信息服务提供支持。该层识别网络实体，响应最终用户请求的网络请求、确定资源可用性、同步通信并管理特定应用程序的网络要求。应用层还识别应用级别的有关条件，例如与身份验证、隐私、服务质量、网络设备和数据语法相关的约束。

常见协议：

• 文件传输协议 (FTP、TFTP)
• 简单邮件传输协议 (SMTP)
• 域名系统 (DNS)
• Telnet
• SNMP

后记

OSI 模型因其实现复杂，导致网络操作效率低下且速度缓慢而受到许多责备和批评，开发新的OSI 协议势在必行，但因为供应商已经在 TCP/IP 产品上投入了大量资源，并且必须管理与 OSI 模型提供的大量协议和规范选择的互操作性，目前尚未得到广泛支持。

附件

TCP/IP结构对应OSI结构\各层TCP/IP协议簇\常用服务端口号