1-2：网络初识之了解OSI和TCP/IP及网络分层（物理层，数据链路层，网路层，传输层，应用层）

Posted 2021-05-16 快乐江湖

文章目录

• 一：生活中的协议分层
• • （1）生活中的分层1——汉堡包
  • （2）生活中的分层2——打电话
• 二：网络分层
• • （1）OSI七层模型
  • （2）TCP/IP分层模型

一：生活中的协议分层

（1）生活中的分层1——汉堡包

汉堡包属于一种快餐，之所以称之为快餐，是因为它的制作效率高，在一定时间内可以满足不同口感，搭配出不同风格的食物。之所以这样是因为汉堡包采用了分层结构，想要替换哪一步就替换那一部分，每一层与每一层互不干扰

这样带来的好处就是解耦，在软件设计中我们经常提到高内聚，低耦合，汉堡包所做的目的就是这样，我们学习C++也是这样，在C语言中所有代码都是通过调用接口完成，耦合性太强，中间一旦一个环节出现错误，满盘皆输。但是增加了类之后，类于类之间互不干扰，就像STL中的vector，它可以放自定义类型，vector一定能保证它的插入删除接口是不出现错误的，那么最终如果仍然产生问题的话，就一定是你的自定义了类型有问题了

（2）生活中的分层2——打电话

如下图，有两个人通过通信设备进行交谈。在这个过程中，他们使用的语言协议作为麦克风的音频输入，在通信设备那一层转换为电信号，然后将电信号传送到另一个人的通信设备，再向上转化为我们可识别的内容，依次完成通信

上图中反应的就是：上层需要使用下层接口完成通信，而下层需要将数据通过某种方式翻译后反馈给上层

如下图，在实际生活中，我们与人交谈可以使用座机也可以使用手机，并且在通信设备不变的情况下，也可以使用英语交流（前提是双方都采用这种“协议”）

这样做带来的好处就是下层只负责能将数据正确翻译给上层，而上层负责会使用这些接口（就像会使用手机一样），依次达到通信

上面的例子其实只涉及到了两层，实际的协议分层相较它还是比较复杂的，但是所体现的思想是一致的。

二：网络分层

（1）OSI七层模型

OSI将协议分为如下7层，协议规定了每一层各自的作用，也就是说每一层应该干什么

需要注意的是这只是一种参考模型，实际的网络协议如TCP/IP在设计时思想上基本一致，但是还是存在区别

• 物理层：负责0,1比特流（0,1序列）与电压的高低，光的闪灭之间的互换
• 数据链路层：负责物理层面上互连的，节点之间的通信传输。关键设备就是交换机
• 网络层：解决跨网络的通信问题，主要负责寻址和路由选择。关键设备就是路由器
• 传输层：保证传输的稳定，可靠和效率等问题
• 会话层：负责建立和断开通信连接，以及数据的分割等数据传输相关的管理
• 表示层：主要负责数据格式的转换
• 应用层：为应用程序提供服务并规定应用程序通信的相关细节

也就是说按照OSI的规定，完成通信应该是下面这样的

（2）TCP/IP分层模型

OSI规定的七层模型太过负责，所以TCP/IP协议将网络分为了下面5层（TCP/IP协议是一组协议的集合的代表，只不过这两个协议太过著名，就以他们的名字命名了）。
在TCP/IP协议中，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络或者接口完成自己的需求。

• 物理层: 负责光/电信号的传递方式. 比如现在以太网通用的网线(双绞 线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤, 现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等. 集线器(Hub)工作在物理层.
• 数据链路层:: 负责设备之间的数据帧的传送和识别. 例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作. 有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层.
• 网络层:: 负责地址管理和路由选择. 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层.
• 传输层:: 负责两台主机之间的数据传输. 如传输控制协议 (TCP), 能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机.
• 应用层:: 负责应用程序间沟通。如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等我们的网络编程主要就是针对应用层

可以看出：OSI参考模型注重“通信协议必要的功能是什么”，TCP/IP则强调“在计算机上实现协议应该开发哪种程序”。也就是说操作系统承担了网络协议中非常重要的角色