也说TCP/IP之OSI七层模型

Posted 2022-11-26 明立

我们在上一章节讨论了计算机网络的发展史，从进程发展的趋势来说，可以理解为无到有，从混乱到趋向稳定。为什么说是从混乱到趋向稳定呢，实际上是因为，我们仍在这个过程中不断得探索着如何去建立一个稳定的网络环境，而非已经到了真正意义上的稳定时代。因此，同志们呐，革命尚未成功，同志们仍需努力啊！
emm，既然说到了从混乱到趋向稳定的过程，那我们今天要唠嗑的OSI七层模型的一个典型——一个从混乱的通信协议中逐步建立起通用的网络模型。同时，它也是一个相对理想的网络模型，可以说是一代信息互联网人汇集起来的智慧结晶了。因此，这也是我们为什么要讨论这个模型的原因——从历史代价中发掘趋势，厘清未来的发展方向。哇，多么崇高的屁话，就不再多说了，下面让我们一起进入历史吧！
在上一章节里，我们阐述了从20世纪70年代起，开始有了计算机通信的尝试。而这个尝试实际上并不是一个人或一个团队来完成的，它的跨度之大，可以理解为所有有识之士的一次共同尝试。在那个群星荟萃的时代里，既有IBM的SNA协议，也有digital的DNA协议，更有诞生于美国国防部的TCP/IP协议可供计算机间的通信。这一切看起来似乎很不错，我们有多个选择。但实际上，群雄割据的结果往往是以一方的胜利为代价。为什么这么说呢？这是因为，给予各协议间的实现不一致，两台不同协议的主机之间往往是不能够进行通信的，就好比打电话，一端是英语，一端是普通话，如果双方都不能正确识别对方的语言，那无疑是对牛弹琴。因此，在那个时间段里，各厂商之间的矛盾在于市场之间的争夺。而谁的协议使用最广泛，则无疑会导致用户群体增加，从而增加市场的份额，因此，各厂商间的消耗战如火如荼（ps：此处无实例，仅做铺垫描述，不敢代表历史啊哈哈哈~），后来，不管是出于用户希望能和其他所有人进行交互的立场也好，还是出于消耗战下带来的高额代价的思考也罢。国际标准化组织ISO在1997年成立了一个委员会，推出了定义网络协议的一个标准化模型-OSI，该模型层共分七层，比较详细地定义了从顶层应用到底层链路的各个协议，换句话说，只要各厂商能依据该模型建立对应的协议，则该协议可适用于所有基于该模型的电脑，而不仅局限于自家产品本身。这看来似乎对当时最大的厂商不利，市场份额被瓜分是个痛点。但如果不做这个改变，那么被中小型厂商联合孤立的代价或许会更惨。而从整个计算机发展历史来看，没有跟随历史潮流作出改变的公司，往往会被历史潮流推倒，这是后话，暂且不提。当我们能肯定的是，时至今日，尽管OSI七层模型仅是个理想模型，并没有谁能真正定义这个模型的实际内容。但却早就了依据该模型而逐步被广泛接受的TCP/IP协议族成了最大赢家，成为了现时的普遍意义上的通用网络协议。那么，这个模型到底包含了什么内容呢？我们来看一下：
说起OSI的结构，毫无疑问，从题目就可以看出，它共分为7层，从下往上分别为：

• 1.物理层：该层的核心是定义了网络传输的机械规范和电气规范，保证了将模拟信号转化为数字信号并且对外传输，核心实际为我们常说的网线，重点在于它是如何保证上述功能得以实现。其中，涉及到两点：第一：数模转换，第二：数据收发。其中，关于第一点，实际上是通过电子信号的高低位来实现的，即我们常说的门的机制。这部分实际上需要和数据链路层发生一定的交互。第二，关于数据收发，则基于通信双方共同遵守的一些在硬件配备上的协议，比如：我们常见的水晶头，实际就基于该层的一个物理协议进行生产的。
• 2.数据链路层：该层的核心实际是数据在传输前的最后一个核心步骤，主要包括数据拆解，包装，纠错等。这里的功能其实围绕一个关键词进行，那就是数据帧。如果有细心的朋友，细心留意下家里电脑的水晶头，其实你会发现，在联网的情况下，我们的水晶头是会有一定的闪烁过程的。这里的闪烁过程，实际上就是物理层在对外收发数据信息。但对数据的发送和解析部分，实际上传输的就是经过解析之后的数据帧。或者你可以这样简单理解，一个闪烁过程，实际上包含了进行的是两次转换，即高门和低门的转换，那这里的高门和地门是谁控制的呢，实际是由底层驱动依据数据帧的比特位进行对换的，因此，物理层的传输数据，我们也称之为比特流。实际上就是基于数据帧而进行的收发规则转换。
• 3.网络层：网络层的概念，实际上是基于多人通信的前提，如果说我们只有两台电脑之间的数据传输，那不用说都知道，数据都是双方之间在传递。但现在变成了三台电脑之间的相互通信呢？我们就要考虑这段信息的目的地是谁的问题了，因此，网络层的核心就是控制数据传输，通过路由寻址的方式，保证数据间的正确传输
• 4.传输层：顾名思义，该层的核心在于数据传输。什么意思呢，举个例子：加入现在A要向B发送一个约10G的数据，在这个过程中，C又想向A发送100m的数据。按道理来说，我才100m的东西，你A收起来很快的，是不是应该先把我的事情处理好了，再去弄其他的事情呢？可是A说不行，我现在发着东西给B，不能停下来接收你的东西！不然我又要重新和B建立联系，再来发送了。所以C只好一直等啊等啊，直到3天3夜之后，A才接收到他的这个请求。可能这样说还觉得问题不是很大，那现在重新比喻一下，A现在和朋友打着游戏，女朋友C打电话过来了，A说，游戏要紧，继续撸。让C在那里等着，直到游戏打完，这时候再去找C，可能A会发现C已经和D在一起了。。。这么说，知道问题的严重性了吧？为了避免这种情况的发生呢？我们可以参考分时策略，把所有的数据分成n个小包，我们在一定的事件内只处理部分的数据信息，比如这一帧，我们对外发送信息，下一帧，我们接收并处理来自外部的数据，这样通过分包的机制，避免了数据传输造成的阻塞，或者因为链接中断导致数据缺失的情况了。而这个，则是传输层的一个核心思想
• 5.会话层：该层的核心是拉起和撤销会话。什么意思呢？比如当A要向B发送一个HeloWorld，那它首先就要先把这个字段划分为数据包，然后去查找路由表，通过路由表获得B的地址，然后呢，再把数据转化成数据帧，最后让网线按照高低门对外发送出去。这么一个过程是不是显得优先繁琐了，既然说每一次的数据交互都是这样的套路，那为什么我不能请个人回来，让他专门负责这件事呢？以后的我只需要和他说，给谁发送什么什么信息就好了，其他的流程他会主动帮我们完成。那这个人，实际就是会话层，它负责维护我们和目标主机的请求和响应。
• 6.表示层：这一层的核心功能是管理不同平台的数据显示。实际上，我们用手机QQ和电脑QQ聊天的时候，虽然明面上我们看到的信息都是一样的，都是一样的表情包一样的语音一样的文字。但实际上，平台间对于数据处理的方式存在很大的差异，为了保证数据间的统一。需要一个层级来针对不同的平台进行对应的数据处理，以保证最后我们所看到的数据是统一的，而避免出现A向B发送了一个“我爱你”，而B确收到了A说的“滚犊子”这样的悲剧发生。
• 7.应用层:最后一个，实际就是前面几个流程的外显，比如QQ，比如邮箱等。实际上我们说的QQ，邮箱，可能是包括了多个应用层。所谓的应用层，是指一整套符合流程规范的协议族。比如FTP,Telnet,DNS，SMTP等，我们基于这些完善的协议族，开发出符合人们使用习惯的各种应用。因此才叫应用层。

好了，以上就是OSI的层级关系以及功能的大概描述。细心观察可以发现，它实际上是基于一个个的功能需求而逐步完善的，并且在这个过程中，每一个层级之间的分工是相对比较明确的，每一层都有对应的拆箱和装箱的协议对应。保证了对同一条数据，能够做到装箱传输，也能通过拆箱重组。保证了一条信息的正确传递过程。而实际上，网络协议出现的初衷，正式基于让所有人间都能正确传递信息这样的一种愿想。因此，如果需要记忆上面七层的内容，不防把它带入到信息传递这一需求中，去分析每一层在这个过程担当了什么角色，自然而然的就会对它们有所了解了。
当然，我们说了，这是个理想模型，之所以是理想模型，是因为它把一些层次之间的功能界限分开了，而实际上，有些地方的功能是可以视作一体的，所以，对于我们常用的TCP/IP，一般依据功能，会划分成4层或5层，这个没有具体的禅定到底是4层还是5层，就好比糖粽子和咸粽子的争论一样，意义不大。因为实际的功能协议都是基于OSI七层模型来确定的。因此也不做过多的描述。
ok，以上就是OSI七层模型的一些讲解。文中为了便于理解，可能会用到一些不是十分专业的的词汇，在表达上可能会有些误解。如果有发现这些错误的地方，烦请斧正，不胜感激~
最好：来一波章节预告：下一章：也说TCP/IP之Socket通信模型，阐述基于OSI思想的一个应用模型，欢迎下次赏脸，日期，emmm，不定~