一文搞懂网络OSI网络模型

OSI七层网络参考模型

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这就是折磨人多年的OSI七层网络参考模型,之所以是说参考,是因为OSI实际中并不使用这个模型,我们只是把这个模型作为参考,当网络出现问题的时候,可以从一个宏观的角度去分析和解决问题,而且搭建网络的时候并不一定要划分七层,当今互联网广泛使用的是TCP/IP网络模型,它原本只有四层,但是随着人们的不断实践后发现,其实划分为五层更加符合实际
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但为什么还老有面试官喜欢问OSI模型呢?,其实OSI七层模型的名字并不难记,七层里的知识才是最复杂的,能把这里面的知识关联起来,遇到问题的时候就能快速的处理和解决,OSI模型的目的其实很简单,就是为了解决主机之间的网络通讯
比方说华为要和苹果电脑互联,但他们是不同的公司,就有点像普通话和英语进行沟通一样没法正常沟通,但是如果大家都统一使用OSI网络模型来沟通,情况就不一样了
假设现在苹果电脑主机用应用搭了一个网站,华为电脑想要访问这个网站就需要通过软件应用了,比如说用浏览器访问这个网站,两个应用具体需要如何进行交互就是应用层的事了,应用层并不是说你需要使用什么样的应用程序,而是应用应该如何沟通,常见的应用层协议就是HTTP协议了,开发者可以根据HTTP协议编写应用程序,使得应用之间得以沟通,应用层就是最接近用户的那一层了,但是应用层只不过是逻辑上把两个应用联通,实际物理上的联通是需要物理层的
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物理层

我们要发送出去的数据在计算机里不过是无数个0和1,0或者1就叫做比特一文搞懂网络OSI网络模型_第4张图片
物理层就是要把这些bit用不同的媒介给传输出去,可以用电,用光,或者用其他形式的电磁波来表示和传输信号
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数据链路层

数据从网络接口出去以后,会经过不同的网络拓扑,并不是一条线走到底,因此需要中继器和集线器这样的设备

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但这样还是不够,信号要去到那台设备是需要定向的,因此需要高级一点的网络模型,在数据链路层这里bit会被封装成帧
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帧就是这一层表示数据的特殊名字而已,在封装的时候会加上MAC地址,也就是传说中的物理地址,网卡出场的时候就会拥有全球唯一的MAC地址
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为了可以通过MAC地址对不同设备进行数据传输,就出现了交换机,注意,这里说的是二层交换机,比方说这里有一台交换机,连接多台主机,发送端发送数据的时候,交换机就知道了发送端的MAC地址,如果此时交换机也知道接收端的MAC地址,就可以把数据直接发送过去了,物理地址就是这样一跳一跳的进行传递,
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网络层

另外因为物理层在传输0和1的时候可能会0变成1,或者1变成0,这时候就需要进行差错检测和一定的差错纠正,另外设备之间的传输能力和接收能力也是个问题,很可能一边喷水式传输,另一边夹缝式接收,因此需要流控制来避免这种传输不对称,我们知道互联网是一张大网,如果仅用MAC地址来作为唯一的寻址方法是不科学的,比如我和你买了同一个厂出产的网卡,我和你的网卡差别仅有一个字母,但我和你的距离相差了十万八千里,物理地址此时就很难做出快速的定位,相当于我有你的名字,但我不知道你住在哪,找不到你,因此需要IP地址来进行寻址和路由选择,IP这样的逻辑地址就是实现端到端的基础了,而不是物理地址那样跳到跳传输
说到路由选择,也就是说,路由器也是网络层的核心,包就是网络层里数据的名字,在封装成二层帧之前就是包,路由器根据包里面的IP地址进行路由转发,地址管理和路由选择就是这一层的核心,

传输层

虽然有MAC和IP地址可以抵达对方主机,但是对方主机可以运行无数多个软件进程,假设我用谷歌和火狐浏览器同时登录网站,如何让数据去到指定的软件服务上,就需要用到端口号作为地址来定位了比如客户端这里生成不同的端口号,但即使同时访问HTTP端口80也是没问题的,根据不同的源端口号来做出相应就可以了,所以传输层(运输层)在网络层的端到端基础上,实现了服务进程到服务进程的传输
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段就是传输层里数据的名字,在封装为三层包之前就是段

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传输层管理两个节点之间数据的传输,负责可靠传输和不可靠传输,也就是协议TCP和UDP,另外还有一个QUIC,

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其中TCP协议,允许应用把字节流分成多份段,而不是整个字节数据完整的发送出去
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传输层还有流量控制来确保传输速度,再加上错误控制来进行数据完整的接收

会话层

会话层也比较好理解,比方说你现在登入了某个网站,网站服务可以保持你的登入状态,不用每次都输入账号和密码,当然网站服务会管理和控制登入状态,另外,会话层还负责同步服务,比方说你上次看到电影高潮的时候停电了,再次登入账号的时候,就可以自动同步到上次看到的时间段,

表示层

不同计算机内部的各自表达方式可能不尽相同,表示层就是来负责这样的转换,也就是编码和解码,数据往往还需要进行加密,比方说HTTPS(SSL/TLS)就会对我们的数据进行加密和解密,另外我们可能还需要给文件瘦身,压缩也是这一层负责的,应用层,表示层和会话层的数据统称为应用数据,或者应用负载,也可以叫上层数据,同时也是教科书上说的报文,数据在各层名字分别是报文=》段=》包=》帧=》比特
就地址来说,有端口号,IP逻辑地址,MAC物理地址
就传输功能来讲,有服务进程到服务进程,端到端,跳到跳
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了解了各层的作用现在就可以把全部关联起来,客户端要发送数据,也就是报文,报文来到传输层,加上端口号封装成段,段来到网络层加上IP逻辑地址封装成包(这里的包是含有目标IP地址的,毕竟你要知道数据要发送到什么地方,但因为目标IP地址不是同一个网络下的,要发送到其他网络,就需要经过默认网关,现在就出现了个问题,客户端主机最初并不知道默认网关的MAC地址,没有办法封装成帧,这个时候就可以用ARP协议进行广播,找到网关IP对应的MAC地址把包封装成帧,源MAC地址填自己的目标MAC地址填广播地址,
假设当前网络地址有个二层交换机,这个交换机只需要记录下不同的接口对应的MAC地址就好了,交换机收到广播后就帮忙发送出去,人手一份,所以默认网关收到消息后,查看了帧,发现了发送端MAC地址,再解封发现了包里的IP地址,就会把客户端MAC地址和IP地址关联为一台主机,同时默认网关会把自己的IP地址放入包里再结合自己的MAC地址封装成帧,默认网关就这样做出响应,这样原路返回发送端就知道默认网关的MAC地址了,
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现在就可以封装成帧,并且发送数据,比特流到了默认网关的时候,解封为帧发现是发送给自己的,再解封为包查看到目标IP地址是在另一网络中的,就会进行路由转发,最终到达目的网络,
如果目的目标的网关知道目标IP地址和MAC地址是那台主机,封装成帧,就可以直接发送过去了,如果不知道也还可以用ARP喊下街就好
目标主机收到包确认是自己的IP地址后,解封查看段,可以发现源端口和目标端口号,用目标端口号给到指定的应用程序,应用程序处理好后,就可以按照源的信息做出响应,回去的原理也是一样的

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