[网络基础]——计算机网络(OSI)参考模型 详解

🎟️OSI基本概念

参考模型是由国际标准化组织（ISO）开发的一个抽象模型，用于理解和设计网络系统。该模型将网络通信分解成七个独立的层，每一层各司其职，专注于特定的网络功能。这种分层结构使得不同的网络设备和技术可以协同工作。

OSI（开放系统互连）参考模型是一个分层架构，用于标准化计算机网络通信。

先了解什么是分层架构

🎄分层架构

OSI七层模型采用的是一种垂直分层的架构设计:

1.分层结构:

每一层都有自己明确的功能和责任,相互独立且互不干扰。 上层依赖下层提供的服务,下层向上层提供接口。

2.垂直分层:

模型按照功能从上到下划分为7层。 每一层都有自己的协议和接口标准。 相邻层之间通过接口进行交互和传输数据。

3.层间关系:

上层依赖下层提供的服务,下层向上层提供接口。 上层只能访问直接下层的接口,不能越层访问。 每一层内部实现细节对上层是透明的。

优点

种垂直分层的架构设计提供了以下优点:

1. 模块化和灵活性:各层功能独立,可以独立设计、实现和修改。
2. 标准化和可扩展性:各层使用标准化接口,便于系统扩展和新技术的集成。
3. 隔离性和可移植性:上层无需关心下层实现细节,增强了系统的可移植性。
4. 层间协作和可维护性:各层之间通过标准接口进行有序协作,提高系统的可维护性。

⏬️OSI七层模型

基本概念

1. 物理层（Physical Layer）：
   • 功能：传输原始的比特流，定义硬件设备与介质的接口和信号特性。
   • 典型设备：集线器、网线、光纤、无线电波设备。
2. 数据链路层（Data Link Layer）：
   • 功能：负责节点间的数据传输，提供错误检测和纠正，以及流量控制。
   • 典型设备：交换机、网卡、桥接器。
   • 子层：逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）。
3. 网络层（Network Layer）：
   • 功能：处理数据包的路由选择和转发，负责逻辑地址寻址。
   • 典型设备：路由器。
   • 协议：IP（互联网协议）。
4. 传输层（Transport Layer）：
   • 功能：提供端到端的通信，确保数据传输的完整性和可靠性。
   • 协议：TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）。
5. 会话层（Session Layer）：
   • 功能：管理和控制应用程序之间的会话，处理会话建立、维护和终止。
   • 服务：会话管理、对话控制。
6. 表示层（Presentation Layer）：
   • 功能：数据表示形式的转换，包括加密、解密和压缩，确保不同系统之间数据的互操作性。
   • 服务：数据翻译、加密/解密、压缩。
7. 应用层（Application Layer）：
   • 功能：为应用程序提供网络服务和接口，直接与用户进行交互。
   • 协议：HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、DNS（域名系统）。

优点

1. 标准化通信协议：使得不同厂商的设备能够互操作，促进了网络技术的发展。
2. 模块化设计：每一层独立运行，可以单独设计和升级，不影响其他层。
3. 简化故障排除：通过分层模型，网络故障可以被快速定位和解决。

🔅每层的作用

1.物理层

作用：负责物理介质上数据的传输，定义硬件设备的电气、机械、功能和过程特性。

详细介绍：

• 功能：传输原始的比特流（0和1），将数据从一个设备传送到另一个设备。
• 涉及内容：电压电平、传输速率、介质类型（如铜线、光纤、无线电波）、物理连接器。
• 典型设备：集线器、网线、光纤、无线电收发器、网络接口卡（NIC）。

2.数据链路层

作用：确保数据在物理层上传输时的正确性和可靠性，负责点到点之间的帧传输。

详细介绍：

• 功能：帧的封装和解封装、介质访问控制、错误检测和纠正、流量控制。
• 子层：
  • 逻辑链路控制（LLC）子层：负责帧同步、流量控制和错误控制。
  • 介质访问控制（MAC）子层：负责控制对物理介质的访问，提供硬件地址（MAC地址）。
• 典型设备：交换机、桥接器、网卡。

3.网络层

作用：负责数据包的路径选择和转发，提供逻辑地址寻址和路由功能。

详细介绍：

• 功能：逻辑地址（IP地址）分配、路由选择、数据包转发、流量控制、分段和组装。
• 协议：IP（互联网协议）、ICMP（互联网控制报文协议）、IGMP（互联网组管理协议）。
• 典型设备：路由器。

4.传输层

作用：提供端到端的通信和数据传输服务，确保数据传输的完整性和可靠性。

详细介绍：

• 功能：数据分段和重组、连接建立和拆除、流量控制、错误检测和恢复、传输层寻址（端口号）。
• 协议：TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）。
• 典型设备：防火墙、网关。

5.会话层

作用：管理应用程序之间的会话，负责会话建立、维护和终止。

详细介绍：

• 功能：会话管理、对话控制、同步、检查点恢复、会话连接和断开。
• 服务：支持会话建立和终止、会话恢复和故障恢复。
• 应用：远程过程调用（RPC）、会话层协议（如NetBIOS）。

6.表示层

作用：数据表示的转换和处理，确保数据在不同系统之间的互操作性。

详细介绍：

• 功能：数据格式化、翻译、加密和解密、数据压缩和解压。
• 服务：字符编码转换、数据加密和解密（如TLS/SSL）、数据压缩。
• 应用：JPEG、GIF、MPEG、TLS（传输层安全协议）

7.应用层

作用：为应用程序提供网络服务和接口，直接与用户进行交互。

详细介绍：

• 功能：为网络应用程序提供接口，处理用户请求和服务的具体细节。
• 协议：HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、DNS（域名系统）、SNMP（简单网络管理协议）。
• 应用：网页浏览器、电子邮件客户端、文件传输工具、网络管理工具。

📶举例子(送快递)

用送快递的方式来比喻OSI七层模型，可以更形象地理解每一层的作用。让我们把送快递的过程分解成七个步骤

1. 物理层 - 快递公司的物流车辆和道路

作用：负责快递包裹在道路上的实际传输。

比喻：

• 物流车辆和道路：类似于物理层中使用的电缆、光纤和无线电波，这些物理介质用于传输数据。
• 具体操作：快递包裹被装载到物流车辆上，通过道路运输到达目的地。

2. 数据链路层 - 包裹在仓库中的处理

作用：确保包裹在运输过程中的正确处理和无误传递。

比喻：

• 仓库操作：在仓库中，包裹被扫描、打包，并贴上标签，确保每个包裹都有唯一的识别码。
• 具体操作：包裹在仓库内的处理类似于数据链路层的帧封装和错误检测，确保每个包裹（数据帧）正确无误地被传递。

3. 网络层 - 确定最佳运输路径

作用：决定包裹从发件人到收件人的最佳运输路径。

比喻：

• 路径选择：快递公司决定通过哪条路线（如陆运、空运、海运）将包裹送达目的地。
• 具体操作：网络层决定数据包的路由，确保它们能够通过最优路径到达目的地。

4. 传输层 - 确保包裹完整送达

作用：确保包裹的完整性和可靠性，从发件人到收件人。

比喻：

• 运输保证：快递公司为包裹提供保险，确保包裹完整无损地送达，并可以跟踪运输状态。
• 具体操作：传输层负责分段和重组数据，提供错误校正和流量控制，确保数据可靠传输。

5. 会话层 - 协调发货和收货时间

作用：管理和协调发货和收货的时间和过程。

比喻：

• 时间协调：快递公司与发件人和收件人协调发货和收货时间，确保双方在合适的时间进行操作。
• 具体操作：会话层管理会话的建立、维持和终止，确保双方能正确交互。

6. 表示层 - 包裹的包装和格式转换

作用：确保包裹在运输过程中能被正确识别和处理。

比喻：

• 包装和标签：快递公司对包裹进行标准化包装，并贴上格式化标签，确保包裹在不同阶段能被正确识别。
• 具体操作：表示层负责数据格式转换、加密和解密，确保数据在不同系统之间的互操作性。

7. 应用层 - 快递服务的最终交付

作用：直接与用户交互，提供最终的快递服务。

比喻：

• 最终交付：快递员将包裹送到收件人手中，完成整个快递服务过程。
• 具体操作：应用层直接为用户提供服务，如HTTP用于网页浏览、SMTP用于发送电子邮件等。

总结

在送快递的过程中，首先，应用层类似于确定快递服务的最终交付，确保用户需求得到满足。接着，表示层负责对包裹进行包装和格式转换，以确保在运输过程中的识别和处理。然后，会话层协调发货和收货时间，确保快递的及时交付。传输层类似于保证包裹的完整送达，提供保险服务，以确保数据可靠传输。网络层决定最佳运输路径，类似于选择合适的快递路线。数据链路层确保在仓库中的正确处理和无误传递，就像在物流中对包裹进行扫描和打包。最后，物理层负责实际的快递车辆和道路，类似于使用物理介质传输数据，确保包裹顺利到达目的地。每一层都有特定的任务和职责，确保数据能够安全、准确地传输。

理解完上述所说的

那么一个数据在传输过程中，每一层有什么变化呢

这个就要重新认识一个TCP/IP模型了