OSI 七层网络模型

OSI 七层网络模型

OSI七层模型概念、数据传输过程中的单位、通讯方式、通讯机制、帧结构

OSI

• OSI - 国际标准化组织ISO 于1981年正式推荐了一个网络系统结构–七层参考模型，叫做开放系统互连模型(Open System Interconnection，OSI)。

• OSI的作用：
  降低复杂性
  标准化接口
  简化模块化设计
  确保技术的互操作性
  加快发展速度
  简化教学

(1)physical 物理层：(二进制传输)

• 主要为启动、维护以及关闭物理链路定义了电气规范、机械规范、过程规范和功能规范。

• 物理层主要功能：
  ①为数据端设备提供传送数据的通路
  ②传输数据
  物理层要形成合适数据传输的实体，为数据传输服务。
     一是保证数据能在其上正确通过。
     二是提供足够的带宽（带宽是指每秒钟能够通过的比特数(Bit)），以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点、一点到多点，串行或并行，半双工或全双工，同步或异步的需要。

(2)data link 数据链路层：(访问介质)

• 定义如何格式化数据以便于进行传输以及如何控制对网络的访问
• 支持错误检测
• 链路层是为网络层提供数据传送服务的
  数据链路层定义了物理地址，用来标识网络中网络设备的唯一标识–MAC地址
  MAC（媒体访问控制）地址是物理地址，世界唯一，出厂设定。
• 数据链路层主要功能：
  ①链路连接的建立，拆除，分离。
  ②帧定界和帧同步。链路层的数据传输单元是帧 ，协议不同，帧的长短和界面有差别，但是无论如何必须对帧进行定界。
  ③顺序控制，指对帧的收发顺序的控制
  ④差错检测和恢复。还有链路标识，流量控制等等。

(3)network 网络层：(数据传输)

• 路由数据包

• 选择传递数据的最佳路径

• 支持逻辑寻址和路径选择

• 网络层为建立网络连接和为上层提供服务
  MAC地址不具有可管理性，逻辑地址具有可管理性；逻辑地址依赖于底层物理地址进行通信；网络地址就是逻辑地址即IP地址；通过IP地址可以区分不同的网络

• 网络层主要功能：
  ①路由选择和中继
  ②激活，终止网络连接
  ③在一条数据链路上复用多余网络连接，采用分时复用技术
  ④差错检测与恢复
  ⑤排序，流量控制
  ⑥服务选项
  ⑦网络管理

(4)transport 传输层：(端到端连接)

• 确保数据传输的可靠性

• 建立、维护和终止虚拟电路

• 通过错误检测与恢复

• 信息流控制来保障可靠性

• 传输层功能：
  ①电话交换网,分组交换网,公用数据交换网，局域网等通信子网都可互连,但它们提供的吞吐量,传输速率,数据延迟通信费用各不相同，传输层采用分流/合流，复用/解复用技术来调节这些通信子网的差异,使会话层感受不到。
  ②传输层还要具备差错恢复，流量控制等功能。

(5)session 会话层：(主机间通信)

• 建立、管理和终止在应用程序之间的会话

• 会话层功能：
  ①将会话地址映射为运输地址
  ②选择需要的运输服务质量参数(QOS)
  ③对会话参数进行协商
  ④识别各个会话连接
  ⑤传送有限的透明用户数据

(6)presention 表示层：(数据表示)

• 确保接收系统可以读出该数据

• 格式化数据

• 构建数据

• 协商用于应用层的数据传输语法

• 提供加密

(7)application 应用层：(网络进程访问应用层)

• 为应用进程（例如：电子邮件、文件传输和终端仿真）提供网络服务

• 提供用户身份验证

• OSI 七层模型：
  

数据报文的封装

• 发送方：
  

• 接收方：
  

• 综上：
  ①用户数据到达OSI每一层，每一层都会在前面添加一些属于自的头部信息。
  ②FCS：校验位，数据链路层将前面的数据总体做一个计算，得出一个数据放在FCS处。 数据接收方以同样的算法得出校验位的值与FCS比较。检验数据的完整性。
  ③接收方反过来，拆读报文。

数据传输过程中的单位

• PDU: Protocol Data Unit,协议数据单元是指对等层次之间传递的数据单位

• 物理层的 PDU是数据位 bit

• 数据链路层的 PDU是数据帧 frame

• 网络层的PDU是数据包 packet

• 传输层的 PDU是数据段 segment

• 其他更高层次的PDU是消息 message

三种通讯机制

• 单工：单向传输；收音机

• HD(Half Duplex)–半双工：轮流双向传输；对讲机

• FD(Full Duplex)–全双工：同时双向；手机

• 全双工效率最高，半双工效率减半

三种通讯方式

• UNICAST单播：目标计算机只有一台计算机，并不代表其他主机收不到

• MULTCAST多(组)播：目标为一些计算机，并不代表其他主机收不到

• BROADCAST广播：目标是所有主机，存在干扰的可能性

    ~]# ifconfig
    物理网卡：ens33   lo：回环网卡，虚拟网卡
    ens33: flags=4163  mtu 1500
        支持广播，组播，也支持单播
    lo: flags=73  mtu 65536
        <..>不支持广播和多播

查询物理网卡特性和工作状态：mii-tool 和 ethtool <以下命令内容部分显示>
    ~]# mii-tool -v ens33
    ens33: negotiated 1000baseT-FD flow-control, link ok  
        目前物理网卡工作状态为：千兆全双工模式  具有流控制   
                 具有流控制表示中间的网络速度可调节          
    product info: Yukon 88E1011 rev 3                  
    basic mode:   autonegotiation enabled     
    capabilities: 1000baseT-FD 100baseTx-FD 100baseTx-HD 10baseT-FD 10baseT-HD
    .....

    ~]# ethtool ens33
        Supported link modes:   10baseT/Half 10baseT/Full 
        ......
        Link detected: yes

帧结构※※※※※

• Ethernet Frame结构 （以太网的帧结构）
  
  以太网是工作在数据链路层的，以太网定义了帧的标准格式：
     8个字节：7个字节的前导信息+1个字节的SOF(帧开始的分隔符)
     6个字节：6个字节的目标MAC地址
     6个字节：6个字节的源MAC地址
     2个字节：2个字节的上层协议类型（2代以太网）（1代以太网为2个字节的长度）
     DATA字节：数据的字节范围（46-1500）注：此时的数据包含了数据链路层以上层的封装头部
     4个字节：4字节的校验位；FSC
     注意： 前8个字节和最后4个字节一般不关心；一般关心中间的部分；
  MAC地址：eg：00:0c:29:05:29:6e
  
  广播： 目标MAC地址全是1(brd ff:ff:ff:ff:ff:ff)
  单播： 目标MAC地址为具体设备的MAC(00:0c:29:05:29:6e)
  多播/组播：目标MAC的前三位的高八位的最后一位可以区分多播和单播