OSI七层协议

Posted 2021-12-02 struts-pring

我们都知道互联网的本质是一系列的网络协议，这个协议就叫做OSI协议。按照功能不同分工不同，认为的分为七层。实际上这七层是并不存在的，也就是说没有这些概念，而我们今天提到的七层概念，只是人为的划分而已。目的只是为了让大家更好地理解这些都是用来做什么的。

 

从专业的角度来说，OSI就是一个开放的通信系统互联参考模型，也是一个定义的很好的协议规范。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。OSI的7层从下到上分别是7-应用层、6-表示层、5-会话层、4-传输层、3-网络层、2-数据链路层、1-物理层。

 

1. 七层协议详解

物理层：是参考模型的最低层。该层是网络通信的数据传输介质，由连接不同结点的电缆与设备共同构成。主要跟功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输并监控数据出错率，以便数据流的透明传输。

 

数据链路层：四参考模型的第二层。主要功能是：在物理层提供的服务基础上，在通信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

 

网络层：是参考模型的第三层。主要功能是：为数据在节点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制、网络互连等功能。

 

传输层：是参考模型的第四层。主要功能是：向用户提供可靠地端到端服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题。传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节。因此，它是计算机通信体系结构中关键的一层。

 

会话层：是参考模型的第五层。主要功能是：负责维扩两个结点之间的传输连接，以便确保点到点传输不中断，以及管理数据交换等功能。

 

表示层：是参考模型的第六层。主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方法，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

 

应用层：是参考模型的最高层。主要功能是：为应用软件提供了很多服务，比如文件服务器、数据库服务、电子邮件与其他网络软件服务。

 

2. OSI历史

忘记告诉大家，这个协议是从下到上倒推出来的。

 

我们来回顾一下这段有趣的历史吧~

 

OSI模型最初是因为美国人的两台机器之间有进行通信的需求。

需求1：两个硬件之间如何进行通信，具体就是一台发比特流，另一台能够收到。于是就有了物理层：主要是定义设备标准，如网线的额接口类型、管线的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要租用是传输比特流，就是从1/0转化为电流强弱来进行传输，到达目的之后再转化为1/0，也就是我们常说的数模转换。这一层的数据是比特。

需求2：现在通过电线我能发数据流了，但是我还是希望能通过无线电波，通过其他介质来进行传输。然后我还要保证传输过去的比特流是正确的，需要由纠正错误的功能。

数据链路层：定义了如何让格式化数据进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。

 

需求3：现在我能发正确的比特流数据到另一台计算机了，但是当我发大量数据的时候，可能需要很长时间，例如：一个视频格式的，网络会中断好多次，实际上，即使有了物理层和数据链路层，网络还是经常中断，只是中断的时间是毫秒级别的。

那么，我还需要保证传输大量文件时的准确性。于是，我要对发出去的数据进行封装。就像发快递一样，一个个发送。

于是，发明了传输层（传输层在OSI模型中，是在网络层面上）。

比如TCP，是用于发送大量数据的，我发出去一万个包，另一台电脑就需要告诉我是否接收到一万个包，如果缺少3个包，就告诉我是第1001/234/8888个包丢了，那我再发一次。这样，就能保证对方把这个视频完整接收了。

 

例如UDP，适用于发送少量数据的。我发20个包出去，一般不会丢包，所以 ，我不管你收到多少，在多人互动游戏中，也经常受到UDP协议，因为一般都是简单的额信息，而且有广播的需求。如果用TCP，效率就会很低，因为它会不停地告诉主机我收到20个包，或者18个包，再发我两个！如果同时有1万台计算机都这样做，那么用TCP反而会降低效率，还不如用UDP，主机发出去就算了，丢几个包就卡一下，算了，下次再发包更新。

TCP协议是会绑定IP和端口的协议，下面会介绍IP协议。

需求4：传输层是解决了打包的问题。但是如果我有多台计算机，怎么能找到我要发的那台？或者A要给F发信息，中间要经过B/C/D/E，但是中间还有好多节点，如K/J/Z/Y.我怎么选择最佳路径？这就是路由要做的事情。

于是，发明了网络层，也就是路由器，交换那些具有寻址功能的设备所实现的功能。这一层定义的是IP复制，通过IP地址寻址，所以产生了协议。

需求5：现在已经能够给指定计算机发送正确的封装过的信息了，但是用户级别的体验并不是很好？难道我每次都要调用TCP去打包，然后调用IP协议去找路由，自己去发？当然不行，所以我们要建立一个自动收发包，自动寻址的功能。

于是发明了会话层。会话层的作用就是建立和管理应用程序之间的通信。

需求6：现在我能保证应用程序自动收发包和寻址了，但是我要用Linux给window发包，两个系统语法不一致，就像安装包一样，EXE不能在Linux下用，shell在window也也是不能直接运行的。

于是需要表示层，帮我们解决不同系统之间的通信语法问题。

 

需求7：现在所有必要条件都准备好了，我们可以写个android程序，web程序去实现需求吧。

补充：不知道有没有小伙伴熟悉Socket，这不是一个协议，而是一个通信模型。其实它最初是伯克利加州分校软件研究所，简称BSD发明的，主要是一台电脑两个进程之间进行通信，然后把它用到两台电脑的进程间通信。所以，可以把它简单理解为进程间通信，不是什么高级的东西，主要是这么做的：A发包：发请求包给某个已经绑定的端口；收到B的允许后，正式开始发送，发送完了，高速B要断开连接；收到断开允许后，马上断开，然后发送已经断开信息给B。

 

B收包：绑定端口和IP，然后在这个端口监听接收到A的请求，发给A，并做好接收准备，主要就是清理缓存等待接收新数据；然后正式接收，接收到断开请求，并允许断开，确认断开后，继续监听其他请求。

 

换句话说，socket就是I/O操作，socket并不仅限于网络通信。在网络通信中，它涵盖了网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

 

3. OSI七层协议中每一层的特征

第一层：物理层

机械性能：接口的形状，尺寸的大小，引脚的数目和排列方式等；

电气性能：接口规定信号的电压、电流、阻抗、波形、速率好平衡特性等；

工程规范：接口引脚的意义、特性、标准。

工作方式：确定数据位流的传输方式，如：半双工、全双工等。

物理层协议：美国电子工业协会（EIA）的RS232/RS422/RS423等；

国际电报电话咨询委员会（CCITT）的X.25/X.21等；

物理层的数据单位是位（BIT），典型设备时集线器HUB。

这主要是和硬件有关，与软件关系不大。

第二层：链路层

链路层屏蔽传输介质的物理特征，使数据可靠传送。

内容包括介质访问控制、连接控制、顺序控制、流量控制、差错控制和仲裁协议等。

链路层协议有：协议有面向字符的通讯协议（PPP）和面向位的通讯协议（HDLC）。

仲裁协议：CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)、Token Bus、Token Ring

链路层数据单位是帧，实现对MAC地址的访问，典型设备是交换机SWITCH。

 

第三层：网络层

网络层管理连接方式和路由选择。

连接方式：虚电路和数据报服务。

虚电路是面向连接的，数据通讯一次路由，通过会话建立的一条通路。数据报是非连接的，每个数据报都有路由能力。网络层的数据单位是包，使用的是IP地址，典型设备时路由器Router。

这一层可以进行流量控制，但流量控制更多的是使用第二层或第四层。

 

第四层：传输层

提供端到端的服务，可以实现流量控制、负载均衡。

传输层信息包括端口、控制字和校验和。

传输层协议主要是TCP和UDP。

传输层位于OSI的第四层，这层使用的设备时主机本身。

 

第五层：会话层

会话层主要内容时通过 绘画进行身份验证、绘画管理和确定通讯方式。一旦建立连接，会话层的任务就是管理会话。

 

第六层：表示层

表示层主要是解释通讯数据的意义，如代码转换、格式变换等，使不同的终端可以表示。

还包括加密与解密、压缩与解压等。

 

第七层：应用层

应用层应该是直接面向用户的程序或服务，包括系统程序和用户程序，比如www、FTP、DNS、POP3和SMTP等都是应用层服务。

数据再发送时是数据从应用层至物理层的一个大包的过程，接收时是数据从物理层至应用层的一个解包过程。

从功能角度可以分为三组：1/2层解决网络通信问题，3/4层解决传输问题，5/6/7层处理对应用进程的访问。

从控制角度可分为二组：1/2/3层是通信子网，4/5/6/7是主机控制层。

 

今天之所以会分享一下这种文章，是因为有小伙伴问小编能不能解释一下网络7层协议之间的关系，所以就整理了这么一篇文章，感觉有用的小伙伴记得关注、转发或收藏哦~如果觉得还有什么疑惑，还请在留言区留言，小编看到或者其他小伙伴看到也会及时给出回复的。