计算机网络OSI模型、TCP/IP模型与5G协议

一、 OSI参考模型

国际标准化组织（ISO）在1984年颁布了开放系统互连参考模型（OSI），这是一个开放式的体系结构，将网络分为了七层。这七层分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

1.1 七层模型的功能

分层	功能
应用层	网络服务与最终用户的一个接口
表示层	数据的表示、安全、压缩
会话层	建立、管理、压缩
传输层	定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验
网络层	进行逻辑地址的寻址，实现不同网络之间的路径选择
数据链路层	建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能
物理层	建立、维护、断开物理连接

七层模型中的不同的每一层都有各自不同的功能，但是他们之间又相互联系，紧密配合，使网络空间得以正常运行。

1.2 七层模型每层的定义与解释

应用层 ：网络服务与最终用户的一个接口
人机交互窗口，把人的语言输入到计算机当中。例如，在QQ的对话窗口输入字符

表示层： 数据的表示、安全、压缩
将接收到的数据翻译成二进制数组成的计算机语言，并对数据进行压缩和解压、数据加密和解密等工作

会话层 ：建立、管理、中止会话
管理是否允许不同机器上的用户之间建立会话连接关系

传输层 ：定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验
将上层应用数据分片并加上端口号封装成数据段，或通过对报文头中的端口识别，实现网络中不同主机上的用户进程之间的数据通信

网络层：进行逻辑地址寻址,实现不同网络之间的路径选择
将上层数据加上源和目的方的逻辑(IP)地址封装成数据包，实现数据从源端到目的端的传输

数据链路层：建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能
将上层数据加上源和目的方的物理(MAC)地址封装成数据帧， MAC地址是用来标识网卡的物理地址，建立数据链路；当发现数据错误时，可以重传数据帧。

物理层：建立、维护、断开物理连接
报文头部和上层数据信息都是由二进制数组成的，物理层将这些二进制数字组成的比特流转换成电信号在网络中传输

网络层及以下的通信为点对点通信
传输层的通信为端到端通信

根据图片可以看出：
应用层、表示层和会话层属于应用层面；
传输层和网络层属于逻辑层面；
数据链路层和物理层属于硬件层面。

网络层及以下的通信为点对点的通信，可以理解为主机对主机的通信。
传输层的通信则为端对端的通信，可以理解为同一软件在不同终端上的通信。
注意：IP地址可变更，而MAC地址具有唯一性，不可变更。

但是随着时代的发展，OSI七层模型逐渐被TCP/IP五层模型（原本TCP/IP协议是四层，这里是加上了物理层）所取代，即将OSI七层模型中的应用层，表示层和会话层合并成应用层。如下图所示：

二、网络协议（适用于5G）

三种协议族:(TCP、UDP、IP)

TCP (传输控制协议)：协议应用的端口及其协议功能-----传输更加稳定可靠
80 　HTTP (超文本传输协议)：用于浏览器和web服务器之间的请求和响应的交互
21 　FTP (文件传输协议) ：用于控制连接FTP服务器
53 　DNS (域名系统) ：用于连接DNS服务器
25 　SMTP (简单邮件传输协议) ：用于发送邮件
110 　POP3 (邮局协议版本3) ：用于接收邮件
22 　SSH (安全外壳协议) ：用于计算机之间的远程加密登录

UDP (用户数据报协议)：协议应用的端口及其协议功能------传输效率更高
69 　TFTP (简单文件传输协议) ：用于小文件的传输
53 　DNS (域名系统) ：用于解析DNS
111　 RPC (远程调用协议) ：用于远程过程调用
161 　SNMP (简单网络管理协议) ：用于网络设备的管理
123　 NTP (网络时间协议) ：用于网络时间同步

IP (网际协议)：协议及其功能
ARP(地址解析协议)：用于在局域网中根据IP地址获取物理地址
RARP (逆地址解析协议) ：用于在局域网中通过ARP表根据物理地址请求IP地址
ICMP (网际控制报文协议) ：用于验证网络是否畅通
IGMP (网际组管理协议) ：用于主机与组播路由器之间组播通信

三、各层的PDU协议数据单元

层	数据单元
传输层	数据段
网络层	数据包
数据链路层	数据帧
物理层	比特流（Bits）

四、传输数据的封装与解封装

1.1 封装过程

因每一层的传输数据单元不同，所以需要封装TCP报文头部，以此使下一层能够看懂识别。
传输层：传输层有TCP/IP两个协议，TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP协议传输更加稳定可靠，UDP协议传输效率更高。所以，上层数据到达传输层后需要封装TCP头部或者UDP头部。
网络层：同理，上层数据到达这里需要封装IP头部。
TCP/IP定义了网络互联协议（IP）(英文是Internet Protocol)。而IP又由四个支撑协议组成：ARP(地址解析协议)，RARP(逆地址解析协议)，ICMP（网际控制报文协议）和IGMP（网际组管理协议）。
数据链路层：同理，上层数据到此需要封装MAC头部。
物理层：到达物理层就直接由计算机通过信号接收了。

下图就是封装的过程：

1.2 解封装过程

解封装就是将封装过程逆向进行，这边就不赘述了。可以通过下图直观了解。

下图为解封装过程：