OSI参考模型与TCP/IP模型

首先可以看下思维导图，以便更好的理解接下来的内容。

OSI参考模型

产生背景

在早期的计算机网络发展中，不同的IT设备厂商采用各自的私有通信协议，导致设备之间的兼容性差，用户购买和维护成本高，网络技术发展受到限制。为了解决这些问题，国际标准化组织（ISO）在1984年发布了开放系统互连参考模型（OSI参考模型）。

概念

OSI参考模型定义了一个网络中各个设备所遵循的层次结构，每个层次负责特定的功能，通过定义标准化接口和协议，实现了不同厂商设备的互操作性。

优点

开放的标准化接口： OSI模型的每一层都有明确定义的功能和接口，使得不同厂商能够基于共同的标准开发协议，而不再封闭于私有技术。
多厂商设备兼容： OSI模型的标准化使得不同厂商的设备能够更容易地相互配合工作，降低了网络搭建和维护的复杂性。
易于理解和学习： OSI模型将网络通信的功能分解为不同的层次，使得网络技术的学习和理解变得更加系统化和有条理。
协议标准更新： 每个层次的独立性使得在升级或更改某个特定层次的协议时，不会影响其他层次的功能。
模块化工程： OSI模型的分层结构使得网络协议的开发可以分成多个模块，降低了开发的复杂性和难度。
便于故障排除： 由于每个层次都有明确的功能，当网络出现问题时，可以更容易地定位和排除故障。

分层

物理层： 定义物理介质、电压标准、传输距离等，负责实际的比特流传输。
数据链路层： 处理帧的传输和接收，进行MAC地址寻址，提供一些简单的错误检测和纠正功能。
网络层： 使用IP地址进行寻址，进行路由选择，决定数据包从源到目的地的路径。
传输层： 负责数据的分段、建立端到端的连接，以及维护传输的可靠性。TCP协议提供可靠的传输，而UDP协议提供不可靠但更快速的传输。
会话层： 建立、维护、拆除应用程序间的会话，允许区分同一应用程序的不同访问者。
表示层： 负责数据的格式化、加密、压缩等，确保不同设备上的应用能够正确解释数据。
应用层： 为应用程序进程提供网络服务，是用户直接接触的网络部分，包括各种应用协议，如HTTP、SMTP等。

OSI参考模型的问题

尽管OSI参考模型在理论上提供了很多优势，但实际上在网络领域，TCP/IP协议族更为广泛使用。这是因为TCP/IP更符合实际应用的需求，并且已经成为互联网的基础协议。因此，虽然OSI模型提供了一个理论框架，但并未在实际网络中得到广泛采用。

TCP/IP参考模型

介绍

TCP/IP参考模型是一种常用于描述计算机网络协议的体系结构，它由四层和五层两种不同的划分方法。该模型是互联网通信的基础，实际上已经成为了互联网的基础架构。下面将分别介绍四层和五层划分方法。

四层划分方法

1.网络接口层（物理层、数据链路层）：
物理层： 负责在物理媒介上传输比特流，包括电信号、光信号等。
数据链路层： 负责通过帧对数据进行分组和传输，执行MAC地址寻址和错误检测。
2.网络层：
这一层负责将数据包从源地址传输到目标地址，使用IP地址进行寻址。
负责路由选择，决定数据包的路径。
3.传输层：
传输层负责将数据从一个应用程序传输到另一个应用程序。
提供端到端的通信，包括数据分段、建立和维护连接以及传输的可靠性。
两种常用的传输协议是TCP（可靠传输）和UDP（不可靠传输）。
4.应用层：
这是用户直接与网络交互的层次，包括各种应用协议，如HTTP、FTP、SMTP等。
也包括会话层和表示层的功能，如建立、维护会话，数据格式化、加密和压缩等。

五层划分方法

物理层：
负责物理信号传输，如电压、光信号等。
数据链路层：
负责对数据进行分帧，并通过MAC地址进行寻址，执行错误检测和纠正。
网络层：
使用IP地址进行寻址，负责路由选择和数据包的传输。
传输层：
提供端到端的数据传输，分段、建立和维护连接，以及可靠性保证。
应用层：
提供用户与网络的接口，包括各种应用协议，如HTTP、FTP、SMTP等。
也包括会话层和表示层的功能，如会话管理、数据格式化、加密和压缩等。

综合来看，TCP/IP参考模型是一种更为实际和广泛使用的体系结构，它描述了互联网通信的各个层次和功能。无论采用四层还是五层划分方法，TCP/IP模型都是实现网络通信的基石，对于理解和构建网络系统具有重要意义。

OSI参考模型和TCP/IP参考模型对比

当谈到OSI参考模型和TCP/IP协议族的对比时，我们可以通过几个具体的例子来更好地理解它们之间的关系和应用。

例子 1: 网页浏览

假设你正在使用浏览器访问一个网页，比如打开一个简单的网页。这个过程可以在OSI参考模型和TCP/IP协议族的背景下进行比较。

在OSI模型中：

应用层： 你的浏览器发出一个HTTP请求给服务器，请求获取网页内容。
表示层： 数据被编码和格式化，确保在网络上传输时不会损失或混淆。
会话层： 如果需要，会话层建立一个会话，以便跟踪你与服务器之间的交互。
传输层： 数据被分段，并使用TCP协议建立可靠的连接。数据被逐个传输，确保不丢失或损坏。
网络层： 数据被封装成数据包，添加源和目标IP地址，以及可能的路由信息。
数据链路层： 数据包被封装成帧，可能使用MAC地址来定位目标设备。
物理层： 数据被转化为电信号、光信号等物理形式，通过电缆或无线信道传输。

在TCP/IP模型中：

应用层： 你的浏览器使用HTTP协议发送请求给服务器。
传输层： 使用TCP协议建立连接，确保数据可靠传输。
网络层： 数据被封装成IP数据包，并添加源和目标IP地址。
数据链路层： 数据包被封装成帧，可能使用MAC地址来定位目标设备。
物理层： 数据被转化为物理信号，通过网络传输。

从上述例子中可以看出，虽然OSI参考模型和TCP/IP协议族都描述了网络通信的层次结构，但在实际应用中，TCP/IP更加普遍，尤其是在互联网上。TCP/IP协议族集成了许多OSI模型的概念，但也有所简化，更适合实际的网络通信需求。

例子 2: 电子邮件发送

让我们再看一个例子，比如发送一封电子邮件。

在OSI模型中：

应用层： 你的电子邮件客户端使用SMTP协议发送电子邮件。
表示层： 邮件内容可能需要进行编码和加密。
会话层： 建立一个会话，确保你和邮件服务器之间的交互。
传输层： 使用TCP协议建立连接，确保电子邮件数据的可靠传输。
网络层： 数据被封装成数据包，添加源和目标IP地址。
数据链路层： 数据包被封装成帧，使用MAC地址进行传输。
物理层： 数据被转化为物理信号，通过网络传输。

在TCP/IP协议族中：

应用层： 你的电子邮件客户端使用SMTP协议发送电子邮件。
传输层： 使用TCP协议建立连接，确保电子邮件数据的可靠传输。
网络层： 数据被封装成IP数据包，添加源和目标IP地址。
数据链路层： 数据包被封装成帧，使用MAC地址进行传输。
物理层： 数据被转化为物理信号，通过网络传输。

这两个例子突显了OSI参考模型和TCP/IP协议族在实际应用中的相似性和差异性。虽然OSI模型提供了更详细的分层结构，但TCP/IP协议族更为实际，并且在互联网和广泛的网络通信中更为广泛使用。

数据封装和解封装

概念

数据封装和解封装是计算机网络中数据在不同协议层之间传递时的关键过程，它们确保了数据能够在网络中有效地传输和交流。封装是将原始数据添加协议特定的头部信息，而解封装则是在接收端将这些头部信息剥离，恢复出原始数据的过程。

封装过程

封装是在数据的上层添加附加信息，以形成新的格式，以便在网络中传递。在TCP/IP分层中，封装过程如下：

物理层： 在发送数据之前，将原始数据转化为比特流，即由0和1组成的二进制序列。
数据链路层： 在物理层的基础上，数据链路层会将比特流封装成数据帧。数据帧包括了帧起始和结束标志、帧序号、错误检测码等信息。
网络层： 数据链路层的帧会被进一步封装成数据包。数据包包含了源IP地址和目标IP地址，以便在网络中正确路由和传递数据。
传输层： 传输层会将数据包封装成数据段，添加一些关于数据传输的控制信息，如源端口号和目标端口号。
应用层： 最终，应用层会将传输层的数据段与应用特定的数据合并，形成最终的数据。

解封装过程

解封装是在接收端将附加的头部信息移除，从而恢复出原始数据。在TCP/IP分层中，解封装过程如下：

应用层： 在接收端，应用层首先接收到从网络传输过来的数据。这些数据可能是来自不同应用程序的，应用层根据端口号进行数据分发。
传输层： 应用层传递给传输层的数据会被解封装成数据段。传输层会根据端口号将数据段传递给相应的应用程序。
网络层： 传输层的数据段会被解封装成数据包。网络层会根据目标IP地址，将数据包路由到正确的目标设备。
数据链路层： 网络层的数据包会被解封装成数据帧。数据链路层会根据MAC地址将数据帧传递到正确的设备。
物理层： 最终，在物理层，数据帧会被解封装成原始的比特流，这些比特流最终被应用程序解释为原始的数据。

虚拟的信息传递与真实的物品传递过程有许多相似之处。

层次封装与解封装的重要性

层次封装和解封装确保了不同协议层之间的数据传递的有序性和正确性。每一层添加的头部信息包含了关键的控制信息，使得数据能够在网络中被正确地路由、传输和交付。解封装则确保了接收端能够正确地还原出原始的数据，从而实现有效的通信。

通过层次封装和解封装，TCP/IP协议族能够在不同设备和网络之间实现数据的高效、可靠传输，构建了互联网通信的基础。这个过程使得不同协议层的功能分工清晰，提高了整个网络通信的可维护性和可扩展性。

如有不详或错误，敬请指出。