OSI模型七层结构

OSI模型七层结构

一、物理层（Physical Layer）

• 定义与功能：物理层是 OSI 模型的最底层，主要负责处理物理介质上的信号传输。它定义了物理设备之间的机械、电气、功能和规程特性。例如，规定了网线的接口类型（如 RJ - 45 接口）、光纤的接口标准、传输介质的电气特性（如电压、信号的频率等）。简单来说，物理层确保了原始的比特流能在不同的物理设备之间进行可靠的传输。

• 作用举例：在以太网中，物理层决定了网络电缆的类型（如同轴电缆、双绞线或光纤）以及网络设备之间的连接方式，使得数据能够以物理信号（如电信号或光信号）的形式在网络中传递。

常见协议：

• 该层定义了物理设备和传输介质的规格，如电缆的类型、连接器的形状、信号的电压等。物理层的协议确保了数据能够在不同的物理设备之间以比特流的形式进行传输。例如，RS-232 协议是一种常见的物理层协议，用于串行通信。

二、数据链路层（Data Link Layer）

• 定义与功能：数据链路层主要负责将物理层接收到的原始比特流组合成帧（frame），并进行错误检测和纠正。它通过 MAC（Media Access Control）地址来识别网络中的不同设备。这一层还包括了介质访问控制子层，用于控制多个设备对共享介质的访问，例如在以太网中使用 CSMA/CD（ Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议来避免数据冲突。

• 作用举例：在 Wi - Fi 网络中，数据链路层负责将无线信号转换成数据帧，并通过 MAC 地址来识别连接到该 Wi - Fi 接入点的不同设备，确保数据能够准确地在设备之间传输，并且在发生错误时能够进行重传等操作。

常见协议：

• 802.2：除了逻辑链路控制功能外，还负责将网络层的数据封装成帧，并提供帧的错误检测和纠正机制。它可以确保数据在数据链路层的可靠传输。

• 802.3：以太网协议不仅定义了帧格式和介质访问控制方法，还包括了一些扩展功能，如全双工通信、流量控制等。它是目前最广泛使用的局域网技术之一。

• ATM：异步传输模式具有高度的灵活性和可扩展性，可以支持不同类型的业务，如语音、数据、视频等。它采用虚电路的方式进行数据传输，提供服务质量保证。

• HDLC：高级数据链路控制协议具有可靠的数据传输机制，包括帧的定界、顺序控制、错误检测和纠正等。它广泛应用于通信领域，如广域网和专用网络。

• FRAME RELAY：帧中继协议是一种简化的分组交换技术，它减少了数据链路层的协议开销，提高了传输效率。它适用于中高速数据传输的应用场景。

三、网络层（Network Layer）

• 定义与功能：网络层主要负责将数据从源节点传输到目标节点，主要功能包括寻址（IP 地址）、路由选择和数据包的转发。它能够根据网络的拓扑结构和当前的网络状态，选择最优的路径来传输数据。网络层还可以对不同类型的网络（如局域网、广域网）进行互联。

• 作用举例：在互联网中，当你从一台计算机发送数据到另一台位于不同地理位置的计算机时，网络层的 IP 协议会为数据包添加源 IP 地址和目的 IP 地址，然后通过路由器等网络设备根据 IP 地址进行路由选择，使数据包能够跨越多个网络最终到达目的地。

常见协议：

• IP：网际协议是互联网的核心协议，它负责将数据包从源地址路由到目的地址。IP 协议提供了无连接的数据报服务，不保证数据包的可靠传输。此外，IP 协议还包括了 IP 地址的分配和管理、子网划分等功能。

• IPX：互联网分组交换协议主要用于 Novell NetWare 网络环境，它提供了类似于 IP 的网络层功能，包括寻址、路由和数据包的传输。IPX 协议支持多种网络拓扑结构，如总线型、星型和环型等。

• APPLETALK：苹果公司开发的网络协议族，用于苹果计算机之间的网络通信。APPLETALK 协议包括网络层的路由和寻址功能，以及上层的应用层协议，如文件共享协议、打印协议等。

• ICMP：网际控制报文协议用于在 IP 网络中传递控制消息，如错误报告、网络拥塞控制等。ICMP 协议可以帮助网络管理员诊断和解决网络故障。

• ARP ：一种将 IP 地址解析为 MAC 地址的协议。在局域网中，当一个设备知道目标设备的 IP 地址，但需要发送数据帧时，必须知道目标设备的 MAC 地址，因为数据链路层是通过 MAC 地址来进行帧的传输的。ARP 协议通过广播询问的方式来查找与指定 IP 地址对应的 MAC 地址。

• RARP： ARP 协议的逆过程，它主要用于将 MAC 地址解析为 IP 地址。在一些特殊的网络环境中，设备可能知道自己的物理地址，但不知道自己的 IP 地址，这时候就需要使用 RARP 协议来获取 IP 地址

四、传输层（Transport Layer）

• 定义与功能：传输层提供了端到端（end - to - end）的通信服务，确保数据能够准确无误地在不同主机的应用程序之间传输。它主要包括两种协议：TCP（Transmission Control Protocol）和 UDP（User Datagram Protocol）。TCP 是一种可靠的、面向连接的协议，通过三次握手建立连接，提供流量控制、拥塞控制和错误恢复等功能；UDP 是一种不可靠的、无连接的协议，它不保证数据的可靠传输，但具有传输效率高、实时性好的特点。

• 作用举例：对于文件传输应用（如 FTP），通常使用 TCP 协议，以确保文件数据能够完整、准确地从源端传输到目的端。而对于实时视频流或在线游戏等应用，为了追求实时性，往往会使用 UDP 协议，即使丢失一些数据包，也不会对整体的体验造成太大影响，因为后续的数据会很快补充进来。

常见协议：

• TCP：传输控制协议是一种可靠的、面向连接的传输层协议。它通过三次握手建立连接，确保数据的可靠传输。TCP 协议提供了流量控制、拥塞控制和错误恢复等功能，适用于对数据可靠性要求较高的应用场景，如文件传输、电子邮件等。

• UDP：用户数据报协议是一种不可靠的、无连接的传输层协议。它不保证数据的可靠传输，但具有传输效率高、实时性好等特点。UDP 协议适用于对实时性要求较高的应用场景，如视频会议、在线游戏等。

• SPX：顺序包交换协议主要用于 Novell NetWare 网络环境，它提供了可靠的数据传输服务。SPX 协议与 IPX 协议一起使用，构成了 Novell NetWare 网络的传输层协议。

五、会话层（Session Layer）

• 定义与功能：会话层主要负责建立、管理和终止会话。它协调不同主机之间的会话过程，使得不同应用程序之间能够进行有序的通信。例如，它可以确定会话的开始和结束时间，控制会话的暂停和恢复等。

• 作用举例：在远程桌面连接的应用场景中，会话层负责建立用户本地计算机与远程服务器之间的会话，管理会话的全过程，包括连接建立、数据传输过程中的交互以及最后会话的终止。

常见协议：

• RPC：远程过程调用协议允许程序在不同的计算机上调用远程过程，实现分布式计算。RPC 协议提供了一种透明的方式，使得程序员可以像调用本地过程一样调用远程过程。

• SQL：结构化查询语言在数据库通信中，会话层可以使用 SQL 来建立和管理数据库连接，执行数据库操作。SQL 协议提供了一种标准化的方式来访问和管理数据库。

• NFS：网络文件系统协议允许不同计算机之间共享文件和目录。会话层在 NFS 中负责建立和管理文件共享会话，确保文件的可靠传输和访问控制。

• X WINDOWS：一种图形用户界面系统，会话层在 X WINDOWS 中负责建立和管理用户与图形界面的交互会话。它提供了一种远程显示和控制的机制，使得用户可以在不同的计算机上使用图形界面应用程序。

• ASP：动态服务器页面技术在 Web 开发中，会话层可以使用 ASP 来管理用户的会话状态，例如保存用户的登录信息、购物车内容等。ASP 协议提供了一种服务器端脚本技术，使得开发人员可以动态生成 Web 页面内容。

六、表示层（Presentation Layer）

• 定义与功能：表示层主要负责处理数据的表示、转换和加密等功能。它将应用层的数据转换为适合网络传输的格式，或者将接收到的数据转换为应用层能够理解的格式。这一层还涉及数据的加密和解密、压缩和解压等操作。

• 作用举例：在网页浏览中，浏览器和服务器之间传输的数据可能会经过表示层的加密处理（如使用 SSL/TLS 协议），以确保数据的安全性。同时，表示层也会对数据进行格式转换，例如将文本、图像等数据转换为适合网络传输的二进制格式。

常见协议：

• ASCLL：美国信息交换标准代码是一种常用的字符编码标准，用于表示文本数据。它定义了 128 个字符的编码，包括字母、数字、标点符号等。

• PICT：一种图形文件格式，常用于苹果计算机系统中。它支持多种颜色模式和图像分辨率，可以用于存储和传输图像数据。

• TIFF：标签图像文件格式是一种通用的图像文件格式，支持多种图像压缩算法和色彩模式。TIFF 格式具有良好的兼容性和扩展性，可以用于存储和传输高质量的图像数据。

• JPEG：联合图像专家组制定的图像压缩标准，广泛应用于数字图像的存储和传输。JPEG 格式采用有损压缩算法，可以在一定程度上减小图像文件的大小，同时保持较好的图像质量。

• MIDI：乐器数字接口用于在电子乐器之间传输音乐数据。MIDI 协议定义了音乐事件的编码方式，如音符的按下、松开、音量变化等。它可以用于音乐创作、演奏和录制等领域。

• MPEG：动态图像专家组制定的视频压缩标准，广泛应用于数字视频的存储和传输。MPEG 格式采用有损压缩算法，可以在一定程度上减小视频文件的大小，同时保持较好的视频质量。

七、应用层（Application Layer）

• 定义与功能：应用层是 OSI 模型的最顶层，它直接面向用户的应用程序和服务。这一层提供了各种网络应用服务，如文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP、POP3 等）、网页浏览（HTTP）等。应用层协议定义了应用程序之间通信的规则和格式。

• 作用举例：当你使用浏览器访问网页时，浏览器通过 HTTP 协议（应用层协议）向 Web 服务器发送请求，服务器根据请求返回相应的网页内容。这个过程就是应用层协议在起作用，使得用户能够通过网络使用各种应用服务。

常见协议：

• HTTP：超文本传输协议是用于在 Web 浏览器和 Web 服务器之间传输超文本数据的协议。它定义了请求和响应的格式，以及各种 HTTP 方法，如 GET、POST、PUT 等。HTTP 协议是互联网上最常用的应用层协议之一。

• FTP：文件传输协议用于在不同计算机之间传输文件。它提供了文件上传、下载、删除等功能，支持匿名和用户认证两种访问方式。FTP 协议是一种可靠的文件传输协议。

• SNMP：简单网络管理协议用于网络设备的管理和监控。它定义了管理信息库（MIB）和管理协议，使得网络管理员可以通过 SNMP 协议获取网络设备的状态信息、配置参数等，并对网络设备进行远程管理和控制。

• SMTP： 是一种用于电子邮件传输的互联网标准协议，是在邮件发送方和接收方的邮件服务器之间以及不同的邮件服务器之间可靠地传输电子邮件的规则

• POP3：是 TCP/IP 协议族中的一员，由 RFC1939 定义，主要用于支持使用客户端远程管理在服务器上的电子邮件

OSI 七层模型的主要作用是提供了一个标准化的网络通信框架，使得不同厂商的网络设备和软件能够相互兼容和通信。它有助于网络工程师和开发人员更好地理解网络通信的过程，方便对网络故障进行定位和排除，同时也为网络协议的开发和优化提供了理论基础。