计算机网络中的 OSI 模型层和协议
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什么是 OSI 模型
OSI 模型是一个逻辑和概念模型，它定义了系统使用的网络通信，该系统对与其他系统的互连和通信开放。开放系统互连（OSI 模型）还定义了一个逻辑网络，并通过使用各种协议层有效地描述了计算机数据包传输。
OSI 模型的特点
以下是 OSI 模型的一些重要特征：
- 仅应在需要明确抽象级别的地方创建层
- 应根据国际标准化协议选择每一层的功能
- 层数应该很大，这样不同的功能不应该放在同一层。同时，它应该足够小，这样架构就不会变得非常复杂
- 在 OSI 模型中，每一层都依赖于下一层来执行原始功能。每个级别都应该能够为下一个更高层提供服务
- 在一层中进行的更改不应需要在其他层中进行更改
为什么选择 OSI 模型
- 帮助您了解网络上的通信
- 通过将功能分成不同的网络层，故障排除更容易
- 帮助您了解新技术的开发
- 允许您比较各种网络层上的主要功能关系
OSI 模型的历史
以下是 OSI 模型历史上的重要里程碑：
- 在 1970 年代后期，ISO 实施了一项计划来制定通用的网络标准和方法
- 1973 年，英国的一个实验性分组交换系统确定了定义更高级别协议的要求
- 1983 年，OSI 模型最初旨在成为实际接口的详细规范
- 1984年，OSI架构被ISO正式采用为国际标准
OSI 模型的 7 层
OSI 模型是一个分层的服务器架构系统，其中每一层都根据特定的功能进行定义来执行。所有这七层协同工作，将数据从一层传输到另一层。
- The Upper Layers: 它处理应用程序问题，并且大多仅在软件中实现。最高的是最接近最终系统用户。在这一层中，从一个终端用户到另一个终端用户的通信开始于使用应用层之间的交互。它将一直处理到最终用户
- The Lower Layers: 这些层处理与数据传输相关的活动。物理层和数据链路层也在软件和硬件中实现
上层和下层进一步将网络架构分为七个不同的层，如下所示
- Application
- Presentation
- Session
- Transport
- Network, Data-link
- Physical layers
让我们详细研究每一层：
物理层
物理层可帮助您定义数据连接的电气和物理规范。该级别建立了设备和物理传输介质之间的关系。物理层与协议或其他此类更高层项目无关。
物理层中的硬件示例包括网络适配器、以太网、中继器、网络集线器等。
数据链路层
数据链路层纠正可能发生在物理层的错误。该层允许您定义协议以在两个连接的网络设备之间建立和终止连接。
它是 IP 地址可理解层，可帮助您定义逻辑寻址，以便识别任何端点。
该层还可以帮助您通过网络实现数据包的路由。它可以帮助您定义最佳路径，从而使您可以将数据从源带到目的地。
数据链路层细分为两类子层：
- 媒体访问控制 (MAC) 层 - 它负责控制网络中的设备如何访问媒体并允许传输数据。
- 逻辑链路控制层——该层负责标识和封装网络层协议，并允许您发现错误。
数据链路层的重要功能
- 帧将来自网络层的数据分成帧
- 允许您向帧添加标头以定义源机器和目标机器的物理地址
- 添加发送者和接收者的逻辑地址
- 它还负责将整个消息的源进程传递到目标进程
- 它还提供了一个错误控制系统，在该系统中检测重传损坏或丢失帧
- 数据链路层还提供了一种通过链接在一起的独立网络传输数据的机制
传输层
传输层建立在网络层之上，以提供从源机器上的进程到目标机器上的进程的数据传输。它使用单个或多个网络托管，并且还保持服务质量功能。
它决定了应将多少数据发送到何处以及以何种速率发送。该层建立在从应用层接收到的消息之上。它有助于确保数据单元按顺序无误地交付。
传输层通过流量控制、错误控制以及分段或取消分段帮助您控制链路的可靠性。
传输层还提供数据传输成功的确认，并在没有发生错误的情况下发送下一个数据。 TCP 是传输层最著名的例子。
传输层的重要功能
- 它将从会话层接收到的消息划分为段，并对它们进行编号以形成序列
- 传输层确保将消息传递到目标机器上的正确进程
- 它还确保整个消息到达时没有任何错误，否则应该重新传输
网络层
网络层提供了将可变长度数据序列从一个节点传输到连接在“不同网络”中的另一个节点的功能和程序手段。
网络层的消息传递不提供任何保证是可靠的网络层协议。
属于网络层的层管理协议有：
- routing protocols（路由协议）
- multicast group management（组播组管理）
- network-layer address assignment（网络层地址分配）
会话层
会话层控制计算机之间的对话。它可以帮助您在本地和远程应用程序之间建立启动和终止连接。
该层请求应根据最终用户的要求建立的逻辑连接。该层处理所有重要的登录或密码验证。
会话层提供对话规则等服务，可以是双工或半双工。它主要在使用远程过程调用的应用程序环境中实现。
会话层的重要功能
- 它建立、维护和结束一个会话
- 会话层使两个系统能够进入对话
- 它还允许进程向数据流添加检查点
表示层
表示层允许您定义数据在两个通信实体之间交换的形式。它还可以帮助您处理数据压缩和数据加密。
该层将数据转换为应用程序接受的形式。它还对应该通过所有网络发送的数据进行格式化和加密。该层也称为 syntax layer
表示层的功能
- 从 ASCII 到 EBCDIC 的字符代码转换
- 数据压缩：允许减少需要在网络上传输的比特数
- 数据加密：帮助您出于安全目的加密数据，例如密码加密
- 它为电子邮件和文件传输等服务提供用户界面和支持
应用层
应用层与应用程序交互，是 OSI 模型的最高层次。应用层是最接近最终用户的OSI层。这意味着 OSI 应用层允许用户与其他软件应用程序进行交互。
应用层与软件应用程序交互以实现通信组件。应用程序对数据的解释总是超出 OSI 模型的范围。
应用层的示例是文件传输、电子邮件、远程登录等应用程序。
应用层的功能
- 应用层帮助您识别通信伙伴、确定资源可用性和同步通信
- 它允许用户登录到远程主机
- 该层提供各种电子邮件服务
- 此应用程序提供分布式数据库源和对有关各种对象和服务的全局信息的访问
OSI 模型层之间的交互
从一个计算机应用程序发送到另一个计算机应用程序的信息需要通过每个 OSI 层。
这在下面给出的示例中进行了解释：
- OSI 模型中的每一层都与位于其下方的其他两层及其在另一个网络计算系统中的对等层进行通信
- 在下图中，您可以看到第一个系统的数据链路层与系统的网络层和物理层两层进行通信。它还可以帮助您与第二个系统的数据链路层进行通信
各级支持的协议
| Layer | Name | Protocols |
|---|---|---|
| Layer 7 | 应用层 | SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP |
| Layer 6 | 表示层 | MPEG, ASCH, SSL, TLS |
| Layer 5 | 会话层 | NetBIOS, SAP |
| Layer 4 | 传输层 | TCP, UDP |
| Layer 3 | 网络层 | IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS. |
| Layer 2 | 数据链路层 | RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Fiber Cable, etc. |
| Layer 1 | 物理层 | RS232, 100BaseTX, ISDN, 11. |
OSI 和 TCP/IP 之间的差异
以下是 OSI 和 TCP/IP 模型之间的一些重要区别：
| OSI Model | TCP/IP model |
|---|---|
| OSI 模型明确区分了接口、服务和协议 | TCP/IP 没有在服务、接口和协议之间提供任何明确的区分点 |
| OSI 使用网络层来定义路由标准和协议 | TCP/IP 仅使用 Internet 层 |
| OSI 模型使用两个独立的物理层和数据链路层来定义底层的功能 | TCP/IP 仅使用一层（链路） |
| OSI 模型中，传输层只是面向连接的 | TCP/IP 模型的一层既是面向连接的，也是无连接的 |
| 在 OSI 模型中，数据链路层和物理层是分开的层 | 在 TCP 中，数据链路层和物理层结合为一个单一的主机到网络层 |
| OSI 标头的最小大小为 5 个字节 | 最小标头大小为 20 字节 |
OSI 模型的优点
以下是使用 OSI 模型的主要好处/优点：
- 它可以帮助您标准化路由器、交换机、主板和其他硬件
- 降低复杂性并标准化接口
- 促进模块化工程
- 帮助您确保可互操作的技术
- 助您加速进化
- 当技术发生变化时，协议可以被新协议取代。
- 为面向连接的服务和无连接的服务提供支持。
- 它是计算机网络中的标准模型。
- 支持无连接和面向连接的服务。
- 提供适应各种类型协议的灵活性
OSI 模型的缺点
以下是使用 OSI 模型的一些缺点/缺点：
- 协议的拟合是一项繁琐的任务
- 您只能将其用作参考模型
- 没有定义任何特定的协议
- 在 OSI 网络层模型中，一些服务在传输层和数据链路层等许多层中重复出现
- 层不能并行工作，因为每一层都需要等待从前一层获取数据
概括
- OSI 模型是一个逻辑和概念模型，它定义了由开放的系统使用的网络通信，以便与其他系统进行互连和通信
- 在 OSI 模型中，层应该只在需要明确抽象级别的地方创建
- OSI 层可帮助您了解网络上的通信
- 1984年，OSI架构被ISO正式采用为国际标准
| Layer | Name | 功能 | 协议 |
|---|---|---|---|
| Layer 7 | 应用层 | 允许访问网络资源 | SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP |
| Layer 6 | 表示层 | 翻译、加密和压缩数据 | MPEG, ASCH, SSL, TLS |
| Layer 5 | 会话层 | 建立、管理和终止会话 | NetBIOS, SAP |
| Layer 4 | 传输层 | 传输层建立在网络层之上，以提供从源机器上的进程到目标机器上的进程的数据传输 | TCP, UDP |
| Layer 3 | 网络层 | 提供网络互联。将数据包从源移动到目标 | IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS. |
| Layer 2 | 数据链路层 | 将 bits 组织成帧。提供跳到跳交付 | RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Fiber Cable, etc. |
| Layer 1 | 物理层 | 通过介质传输 bits 。提供机械和电气规格 | RS232, 100BaseTX, ISDN, 11. |
