一篇文章让你通俗理解OSI七层模型（TCP/IP模型）

最近，看到了网上一些关于网络协议和OSI七层协议的一些文章，对网络这块，了解也深刻了一点，所以参考一些文章，总结了下自己对于OSI七层协议的理解。PS：认真看完这篇文章，你肯定会有收获。

OSI七层模型是什么？

OSI七层模型是一个标准，规定了机器（主要是电脑）之间如何通信。OSI模型是一个分层的模型，每一个部分称为一层，每一层扮演固定的角色，互不干扰。

OSI有7层，从下到上分别是：

1、物理层 （ Physical layer ）： 硬件，有线及无线。例如网线，中间的物理链接可以是光缆、电缆、双绞线、无线电波。中间传的是电信号，即010101...这些二进制位。
2、数据链路层（ Data Link layer ） ：数据链路层就是来对电信号来做分组的
3、网络层 （Network layer ）：网络层定义了一个IP协议
4、传输层（ Transport layer）： 建立端口到端口的通信
5、会话层 （Session layer）：
6、表示层 （Presentation layer）：
7、应用层 （Application layer ） ： 应用层功能：规定应用程序的数据格式。例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等

如何巧记这7层，这里有一个小技巧

记忆口诀：
All People Seem To Need Data Processing。
从第7层到第一层，从下到上每一个的首字母刚好组成这句话。

在通信主机上完成的功能：应用层，表示层，会话层，传输层
在网络设备上实现的功能：网络层，数据链路层，物理层

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OSI七层模型是一个理论模型，今天的互联网使用的实际模型是TCP/IP模型，而后者不使用OSI的第5层和第6层，因此我们本文不做介绍。

现在，你们想象一个这样的场景：你坐在电脑钱，在浏览器里打开百度这个网站。

虽然你并不知情，但其实你就在使用OSI模型。
大体来说，位于OSI第7层的应用程序（这里是浏览器），与第1-4层（合称“网络层”）对话，以便这4层把机器上的应用程序所要的信息从远端的机器上（此处是百度服务器）传输过来。

1、物理层（Physical layer）

解释：物理传输、硬件、有线及无线。在杭州的你与温州的朋友聊天，你的电脑要上网，物理层体现是什么？是不是一个网线、有个路由器，温州那边的朋友是不是也要网线和路由器。也就是说计算机与计算机之间的通信，必须要有底层物理层方面的连通，就类似于你打电话，中间是不是必须得连电话线。
中间的物理链接可以是光缆、电缆、双绞线、无线电波。中间传的是电信号，即010101...这些二进制位。

底层传输的010010101001...这些二级制位怎么才能让它有意义呢？

人为的分组再适合不过了，8位一组，发送及接收都按照8位一组来划分。接收到8位为一组的话，那么就可以按照这8位数来做运算。如果没有分组，对方接收的计算机根本就不知道从哪一位开始来做计算，也解析不了收到的数据。写过Socket的同学一定知道，就像Socket发送和接收消息一样，要规定一个传输协议，比如规定前面8位数表示要发送数据的长度，后面代表要发送的实际数据，这样接收方就可以先解析收到的前面的8位、在根据长度解析实际的数据。因此要想让底层的电信号有意义，必须要把底层的电信号做分组。而这分组的工作，就是接下来我们要讲的数据链路层的工作。

2、数据链路层（Data Link layer ）

我们可以简单的理解为：数据链路层就是来对电信号来做分组的。
一组电信号称之为一个数据包，或者叫做一个“帧”。

• 每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

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head包含：（固定18个字节）

• 发送者（源地址，6个字节）
• 接收者（目标地址，6个字节）
• 数据类型（6个字节）

data包含：（最短46字节，最长1500字节）

• 数据包的具体内容

这就像写信，发送者的地址（源地址）就是你家的地址，接收者地址（目标地址）就是对方的收信地址，你家的路由器就相当于邮局。其实在计算机通信中的源地址和目标地址指的是mac地址。

Mac地址的由来：

head中包含的源和目标地址由来：Ethernet规定接入Internet的设备都必须具备网卡，发送端的和接收端的地址便是指网卡的地址，即Mac地址。

每块网卡出厂时都被烧录上一个实际上唯一的Mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示，（前六位是厂商编码，后六位是流水线号）

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有了mac地址以后，计算机就可以通信了。

• 网上看到一个很通俗易懂的列子：

  假设一个教室就是一个局域网（隔离的网络），这个教室里面有几台计算机，计算机的通信和人的通信是一个道理，把教室里面的人都比作一个个计算机，假设教室里面的人都是瞎子，其实计算机就是瞎子的，计算机通信基本靠吼，现在我要找教室里面的飞哥要战狼2的片，然后我就吼一声，说我要找飞哥要战狼2的片，战狼2的片就属于我的数据，但是我在发的时候我是不是要标识我是谁，我要找谁，我是谁就是我的mac地址，我要找谁就是飞哥的mac地址，这两个地址做数据包的头部，再加上数据战狼2的片就构成了一个数据帧。

  这个数据包封装好以后就往外发，到物理层以后就全部转成二级制，往外发是怎么发的呢？就是靠吼。即“我是Edison，我找飞哥要战狼2的片”。这么吼了一嗓子以后，全屋子的人都能听到，这就是广播。

  计算机底层，只要在一个教室里（一个局域网），都是靠广播的方式，吼。

  局域网的理解：什么是互联网，互联网就是由一个个局域网组成，局域网内的计算机不管是对内还是对外都是靠吼，这就是数据链路层的工作方式-----广播。
  广播出去以后，所有人都听得见，所有人都会拆开这个包，读发送者是谁，接收者是谁，只要接收者不是自己就丢弃掉。对计算机来说，它会看自己的Mac地址，飞哥收到以后，他就会把片发给我，发送回来同样采用广播的方式了，靠吼。

  同一个教室（同一个局域网）的计算机靠吼来通信，那不同教室的计算机又如何？

  比如说局域网1的pc1与局域网2的pc10如何通信？你在教室1（局域网1）吼，教室2（局域网2）的人肯定是听不见的。这就是跨网络进行通信，数据链路层就解决不了这个问题了，这就得靠网络层出面了。
  在讲网络层之前，其实基于广播的这种通信就可以实现全世界通信了，你吼一声，如果全世界是一个局域网，全世界的计算机肯定可以听得见，从理论上似乎行得通，如果全世界的计算机都在吼，你想一想，这是不是一个灾难。因此，全世界不能是一个局域网。于是就有了网络层。

3、网络层（Network layer）

网络层定义了一个IP协议，

你想，我是这个教室的一个学生，我想找隔壁教室一个叫老王的学生，我也不认识老王，那怎么办，我吼？老王在另外一个教室肯定是听不到的。找教室的负责人，这个教室的负责人就负责和隔壁教室的负责人说话，说我们教室的有个学生要找你们教室的老王。往外传的东西交给负责人就可以了，内部的话上面已经提到，通过广播的方式，对外的东西广播失效。教室的负责人就是网关，网关即网络关口的意思。

Mac地址是用来标识你这个教室的某个位置，IP地址是用来标识你在哪个教室（哪个局域网）。你要跨网络发包你是不是要知道对方的IP地址，比如你要访问百度，你肯定得知道百度服务器的IP地址。计算机在发包前，会判断你在哪个教室，对方在哪个教室，如果在一个教室，基于mac地址的广播发包就OK了；如果不在一个教室，即跨网络发包，那么就会把你的包交给教室负责人（网关）来转发。Mac地址及IP地址唯一标识了你在互联网中的位置。

数据链路层中会把网络层的数据包封装到数数据链路层的数据位置，然后再添加上自己的包头，再发给物理层，物理层发给网关，网关再发给对方教室的网关，对方教室的网关收到后在那个教室做广播。

现在来看另一个问题，在吼之前怎么知道对方的Mac地址？这就得靠ARP协议。

ARP: Adress Resolution Protocol 地址解析协议，根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。

ARP协议的由来：在你找飞哥要片之前，你的先干一件事，想办法知道飞哥的Mac地址。即你的机器必须先发一个ARP包出去，ARP也是靠广播的方式发，ARP发送广播包的方式如下：

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局域网中怎么获取对方的Mac地址：

肯定要知道对方的IP地址，这是最基本的，就像你要访问百度，肯定得知道百度的域名，域名就是百度的IP地址。自己的IP可以轻松获得，自己的Mac也轻松获取，目标Mac为12个F，我们叫广播地址，表达的意思是我想要获取这个目标IP地址172.16.10.11的机器的Mac地址。Mac为12个F代表的是一种功能，这个功能就是获取对方的MAC地址，计算机的Mac永远不可能是12个F。假设是在本教室广播，一嗓子吼出去了，所有人开始解包，只有IP地址是172.16.10.11的这个人才会返回他的Mac地址，其他人全部丢弃。发回来源Mac改成飞哥自己的Mac地址，同时把飞哥的Mac地址放在数据部分。

跨网络怎么获取对方的Mac地址：

通过IP地址区分，计算机运算判断出飞哥不在同一个教室，目标IP就变成了网关的IP了。网关的IP在计算机上配死了，可以轻松获取。

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这样网关就会把它的Mac地址返回给你，然后正常发包

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网关帮你去找飞哥，但对用户来说，我们根本就感觉不到网关的存在。

4、传输层（Transport layer ）

传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序，

那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

传输层功能：建立端口到端口的通信

补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

网络中的计算机通信无外乎有以下两种情况：

• 要发送的内容多，需要将发送的内容分成多个数据包发送。（TCP协议 丢包后会重传，考虑可靠传输 ）

• 要发送的内容少，一个数据包就能发送全部内容。（UDP协议 丢包后不重传，不考虑可靠传输的）

TCP :要传输的内容需要分成多个数据包来传输，分段，编号，流量控制，拥塞避免，可靠传输，客户端和服务端需要建立TCP连接（协商参数：选择性确认，最大报文），通信结束需要释放连接。（例如下载一部1GB电影，访问网页、发邮件，访问FTP上传或下载文件）

UDP 要传输的内容一个数据就能全部发送，不需要分段，不需要流量控制，传输成功与否由应用层判断，客户端与服务器之间不用建立连接，节省服务器资源。（例如实时的语音和视频使用UDP协议，因为它们不允许传输的数据颠倒顺序，还有多播也是使用UDP协议）

7、应用层（Application layer）

应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式 。

应用层功能：规定应用程序的数据格式。

例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。

参考文章：
https://blog.csdn.net/taotongning/article/details/81352985
https://blog.csdn.net/taotongning/article/details/81450159
https://blog.csdn.net/taotongning/article/details/81390979
https://www.imooc.com/read/54#new_header

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