OSI 七层协议模型和 TCP/IP 四层模型

夏日阳光
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2019年10月5日21:30:03 评论 252 3158字阅读10分31秒

互联网的本质就是一系列的网络协议,这个协议就叫OSI协议,按照功能不同及分工不同,人为的将网络协议划分为七层。实际上这个七层是不存在的,只是人为的划分而已。区分出来的目的只是让你明白哪一层是干什么用的。

OSI 七层协议模型和 TCP/IP 四层模型

1、概述

OSI模型(Open System Interconnection Reference Model,缩写为OSI),全名“开放式系统互联通信参考模型”,是一个试图使各种计算机在全世界范围内互联为网络的标准框架。1983年国际标准组织(ISO)发布了著名的ISO/ICE 7489标准,它定义了网络互联的七层框架,也就是开放式系统互联参考模型。

2、为什么需要协议

什么是协议(protocol)?通俗的来讲,协议是一种双方都明白或者必须遵守的事先约定,比如说长城上放狼烟,是因为人们已经预先设定好狼烟这个物理信号代表了“敌人入侵”这一抽象信号。这样一个“狼烟=敌人入侵”就是一个简单的协议。协议可以更复杂,比如摩尔斯码(Morse Code),使用短信号和长信号的组合,来代表不同的英文字母。

同样,计算机之间的通信也要遵循不同层次的协议,来实现计算机的通信。早期的计算机网络,都是由各厂商自己规定一套协议,IBM,Apple,和MicroSoft都有自己的网络协议,比如MicroSoft的两台电脑用网线连起来,互相说话能听懂。但是MicroSoft和Apple的电脑连接起来说话就听不懂了,想想你和我微信聊天,我是MicroSoft电脑,你是Apple电脑,你发送的消息到我这里显示不了或者解析成另一个意思,这样通讯就不能进行了(通过上面的图我们可以看到,表示层就是消除不同设备之间固有数据格式差异的)。

为了把全世界的所有不同类型的计算机都连接起来,就必须规定一套全球通用的协议,为了实现这个目标,互联网协议簇(Internet Protocol Suite)就成为了通用协议标准。互联网协议包含了上百种协议,但是最重要的两个协议是TCP和IP协议,而我们通常把基于TCP和IP协议的所有协议统称为”TCP/IP协议(蔟)”。

3、OSI七层协议模型

互联网的实现,分成好几层,每一层都有自己的功能,就像建筑物一样,每一层都靠下一层支持。我们在下图中已经大致标出了每一层的功能。 OSI模型就是这样的一个分层,它是一个由国际标准化组织提出的概念模型,试图提供一个使各种不同的计算机和网络在世界范围内实现互联的标准框架。它将计算机网络体系结构划分为七层,每层都可以提供抽象良好的接口。

OSI 七层协议模型和 TCP/IP 四层模型

第一层:物理层(PhysicalLayer)

规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性,用以建立、维护和拆除物理链路连接。具体地讲,机械 特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等;电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率 距离限制等;功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义,即定义了DTE和DCE之间各个线路的功能;规程特性定义了利用信号线进行bit流传输的一组 操作规程,是指在物理连接的建立、维护、交换信息是,DTE和DCE双放在各电路上的动作系列。在这一层,数据的单位称为比特(bit)。属于物理层定义的典型规范代表包括:EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。

第二层:数据链路层(DataLinkLayer)

在物理层提供比特流服务的基础上,建立相邻结点之间的数据链路,通过差错控制提供数据帧(Frame)在信道上无差错的传输,并进行各电路上的动作系列。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括:物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层,数据的单位称为帧(frame)。数据链路层协议的代表包括:SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。

第三层:网络层

在 计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路,也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点, 确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包,包中封装有网络层包头,其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。如 果你在谈论一个IP地址,那么你是在处理第3层的问题,这是“数据包”问题,而不是第2层的“帧”。IP是第3层问题的一部分,此外还有一些路由协议和地 址解析协议(ARP)。有关路由的一切事情都在这第3层处理。地址解析和路由是3层的重要目的。网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。在这一层,数据的单位称为数据包(packet)。网络层协议的代表包括:IP、IPX、RIP、OSPF等。

第四层:传输层(处理信息)

第4层的数据单元也称作数据包(packets)。但是,当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法,TCP的数据单元称为段 (segments)而UDP协议的数据单元称为“数据报(datagrams)”。这个层负责获取全部信息,因此,它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的 数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。第4层为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明的、可靠的数据传输服务。所为透明的传输是指在通信过程中 传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。传输层协议的代表包括:TCP、UDP、SPX等。

第五层:会话层

这一层也可以称为会晤层或对话层,在会话层及以上的高层次中,数据传送的单位不再另外命名,而是统称为报文。会话层不参与具体的传输,它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

第六层:表示层

这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法,转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩, 加密和解密等工作都由表示层负责。

第七层:应用层

应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层协议的代表包括:Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。

4、TCP/IP四层模型

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的简写,中文译名为输控制协议/互联网络协议)协议是Internet最基本的协议,简单地说,就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

第一层:网络接口层

对实际的网络媒体的管理,定义如何使用实际网络(如Ethernet、Serial Line等)来传送数据,对应OSI中的数据链路层、物理层。

第二层:网络层

负责提供基本的数据封包传送功能,让每一块数据包都能够到达目的主机(但不检查是否被正确接收),如网际协议(IP)。

第三层:传输层

在此层中,它提供了节点间的数据传送服务,如传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)等,TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中,这一层负责传送数据,并且确定数据已被送达并接收。

第四层:应用层

应用程序间沟通的层,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,对应OSI中的应用层、表示层、会话层。

OSI 七层协议模型和 TCP/IP 四层模型

5、OSI七层和TCP/IP四层的关系

OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念,TCP/IP借鉴了OSI的这些概念建立TCP/IP模型。
OSI先有模型,后有协议,先有标准,后进行实践;而TCP/IP则相反,先有协议和应用再提出了模型,且是参照的OSI模型。
OSI是一种理论下的模型,而TCP/IP已被广泛使用,成为网络互联事实上的标准。

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