OSI七层参考模型

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前言

开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect 简称OSI）是国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参考模型，为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。它从低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

目录

正文

一、协议

1.协议的必要性

协议如同人与人对话

“协议”——语言
“通信”——聊天
“数据”——内容

2.数据通信协议

• 计算机网络传输数据过程中，事先决定数据的格式和传输的规定或“约定”，且网络设备遵循这一系列“约定”对数据进行处理——协议。

• 协议使不同厂商的设备、不同CPU、不同操作系统之间，只要遵循相同的协议就能实现通信。

3.不同体系的网络协议

网络体系结构	协议	主要用途
TCP/IP	IP, ICMP, TCP, UDP, HTTP, TELNET, SNMP, SMTP…	互联网、局域网
IPX/SPX(NetWare)	IPX, SPX, NPC…	个人电脑局域网
AppleTalk	DDP, RTMP, AEP, ATP, ZIP…	苹果公司现有产品的局域网
DECnet	DPR,NSP,SCP…	前DEC小型机
OSI	FTAM, MOTIS, VT, CMIS/CMIP, CLNP, CONP…	-
XNS	IDP, SPP, PEP…	施乐公司网络

4.协议的标准化

• ISO:国际标准化组织
  • ( International Organization for Standardization )
• OSI:开放系统互联
  • ( open system interconnection )
• 20世纪70年代后期，ISO推出了OSI参考模型，希望不同供应商的网络之间能够相互协同工作。

二、OSI七层参考模型

1.OSI参考模型

2.应用层（高）

| 层 | 分层名称 | 功能 | 相关规范 | 各层功能概览|
| 7 | 应用层 | 提供应用程序间的通信 | Telnet、FTP、HTTP… | 人机交互界面|
| 6 | 表示层 | 处理数据格式、数据加密等 | ASCII、JPEG... | |
| 5 | 会话层 | 建立、维护和管理会话... | 操作系统、应用程序访问调度 | 隔离不同的应用程序|

3.数据流层

| 层 | 分层名称 | 功能 | 相关规范 | 各层功能概览|
| 4 | 传输层 | 建立主机端到端的连接，区分不同的上层应用，校验 | TCP、UDP、SPX | |
| 3 | 网络层 | 逻辑寻址&路由选择 | IP、IPX... | |
| 2 | 数据链路层 | 介质访问，组合成帧，差错校验 | 802.3/802.2，HDLC... | |
| 1 | 物理层 | 比特流传输 | V0.35 | |

4.物理层

• 定义：
  • 介质类型
  • 连接类型
  • 信令类型

5.物理层设备：集线器（HUB）

• 所有的设备在同一个冲突域中
• 所有的设备在同一个广播域中
• 设备共享相同的带宽
• 节点越多意味着冲突越多
• CSMA/CD被用来避免冲突

6.CSMA/CD

• 先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后再发。

7.单工&双工 工作模式

8.数据链路层功能

• 源和目标的物理地址
• 与帧关联的高层协议 �(Service Access Point)
• 帧顺序
• 数据流控制

9.数据链路层报文

参考资料：链路层常见报文格式及长度

10.数据链路层设备：交换机

• 接口分割冲突域
• 所有设备在同一个广播域中

11.网络层功能

• 定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址
• 定义通过网络的路径
• 多链路连接

12.网络层报文

参考资料：网络层——IP报文头介绍

13.网络层设备：路由器

• 广播信息控制
• 多点发送信息控制
• 路径优化
• 流量管制
• 逻辑寻址
• 提供WAN连接

14.传输层功能

• 区分不同的上层应用
• 建立应用间的端到端连接
• 定义流量控制
• 为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务

15.OSI参考模型的优点

• 促进标准化工作；
• 各层间结构上相互独立，把网络操作分成低复杂性单元；
• 灵活性好，某一层变化不会影响到其他层；
• 各层间通过一个“接口”实现上下层通信；
• 易于实现和维护；
• 便于学习；

16.OSI参考模型的缺陷

• 许多功能在多个层次重复，有冗余感（如流控，差错控制等）
• 各层功能分配不均匀（链路、网络层任务重，会话层任务轻）
• 功能和服务定义复杂，很难产品化（实际应用中几乎没有完全按OSI七层模型设计的产品）

三、OSI参考模型通信过程

1.通信过程类比

2.封装与解封装

• 封装（encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫——封装。
• 封装分为：切片和加控制信息。
• 解封装：封装的逆向过程。

3.数据封装过程

4.数据解封装过程

5.七层通信

6.PDU

• PDU（Protocol Data Unit)：每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。
• 应用（上）层：message 消息
• Transport layer：segment 数据段
• Network layer：packet 数据包
• Data-link layer：frame 数据帧
• Physical layer：bit 比特流

7.设备对比

结语

• 掌握OSI层次模型各层的主要功能；
• 描述数据在源和目标设备间的传送过程；
• 清楚集线器、交换机和路由器在网络中担当的角色和功能；
• 懂得在什么情况下该用什么样的设备；