TCP/IP基础之参考模型

Posted 2021-04-25 中兴文档

当我们吃完早饭穿着新装，来到我们每天工作的小空间，你是否会很熟练地打开网络查看新闻，又或者开启私人邮箱看看有没有领导给你布置新的任务呢？我想答案是肯定的。这庞大的网络背后却是遵循着固定的模型结构，OSI七层参考模型就是这种模型的理论结构，网络中实际使用的是TCP/IP四层结构模型，我们先介绍OSI参考模型。

OSI参考模型

OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）是ISO（国际化标准组织）在1985年研究的网络互联模型。该体系结构标准定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层）。在这一框架下进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互连性、互操作性和应用的可移植性。

在介绍每一层的功能之前，我们先探讨一下是根据什么来分成这七层的呢？

其中包含以下五项原则：

1. 网路中各节点都有相同的层次；

2. 不同节点的同等层具有相同的功能；

3. 同一节点内相邻层之间通过接口通信；

4. 每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；

5. 不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。

有了这五项原则，各个公司、机构或者个人在网络互联的时候就变得轻而易举了。下面我们详细介绍一下每一层的功能，并将每一层对应公司邮局模型中的角色扮演。

物理层（Physical Layer）：物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。它主要关心的是通过物理链路从一个节点向另一个节点传送比特流，物理链路可能是铜线、卫星、微波或其他的通讯媒介。它关心的问题有：多少伏电压代表1？多少伏电压代表0？时钟速率是多少？采用全双工还是半双工传输？总的来说物理层关心的是链路的机械、电气、功能和规程特性。

这一层相当于邮局中的搬运工人。

这一层相当于邮局中的装拆箱工人。

网络层（Network Layer）：网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。

这一层相当于邮局中的排序工人。

传输层（Transport Layer）：传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。传输层传送的协议数据单元称为段或报文。

这一层相当于公司中跑邮局的送信职员。

会话层（Session Layer）：会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。

这一层相当于公司中收寄信、写信封与拆信封的秘书。

表示层（Presentation Layer）：表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。

这一层相当于公司中演示稿件、替老板写信的助理。

应用层（Application Layer）：应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。

这一层就是公司的老板了。

TCP/IP参考模型

这个体系结构在它的两个主要协议出现以后，被称为TCP/IP参考模型（TCP/IP Reference Model）。TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议，Internet网络体系结构以TCP/IP为核心。

基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，分别是：网络接入层、网际互连层、传输层和应用层。

应用层：应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

传输层：传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。

TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不可靠的、无连接的数据传输服务。

IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。

区别与联系

那么OSI参考模型与TCP/IP参考模型的异同点在哪里呢？

• OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构，但OSI采用的七层模型，而TCP/IP是四层结构。

• TCP/IP参考模型的网络接口层实际上并没有真正的定义，只是一些概念性的描述。而OSI参考模型不仅分了两层，而且每一层的功能都很详尽，甚至在数据链路层又分出一个介质访问子层，专门解决局域网的共享介质问题。

• TCP/IP的网络互联层相当于OSI参考模型网络层中的无连接网络服务。

• OSI参考模型与TCP/IP参考模型的传输层功能基本相似，都是负责为用户提供真正的端对端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。所不同的是TCP/IP参考模型的传输层是建立在网络互联层基础之上的，而网络互联层只提供无连接的网络服务，所以面向连接的功能完全在TCP协议中实现，当然TCP/IP的传输层还提供无连接的服务，如UDP；相反OSI参考模型的传输层是建立在网络层基础之上的，网络层既提供面向连接的服务，又提供无连接的服务，但传输层只提供面向连接的服务。

• 在TCP/IP参考模型中，没有会话层和表示层，事实证明，这两层的功能可以完全包容在应用层中。

• OSI参考模型的抽象能力高，适合于描述各种网络；而TCP/IP是先有了协议，才制定TCP/IP模型的。

• OSI参考模型的概念划分清晰，但过于复杂；而TCP/IP参考模型在服务、接口和协议的区别上不清楚，功能描述和实现细节混在一起。

• TCP/IP参考模型的网络接口层并不是真正的一层；OSI参考模型的缺点是层次过多，划分意义不大但增加了复杂性。

• OSI参考模型虽然被看好，由于没把握好时机，技术不成熟，实现困难；相反，TCP/IP参考模型虽然有许多不尽人意的地方，但还是比较成功的。

如果读者有兴趣的话，可以进一步去查看和学习相关协议的官方说明文档。