OSI 模型：探索网络的七层

介绍

OSI 模型是一个七层框架，解释了不同的网络系统如何协同发送数据。虽然如今许多网络都使用 TCP/IP 模型，但 OSI 模型对于故障排除和教授数据如何在计算机之间移动仍然很有用。本文将解释每一层的用途、重要性以及帮助计算机通信的协议。

OSI 模型概述

OSI 模型概述了计算机系统用于网络通信的七个层级，该模型在 20 世纪 80 年代初成为主流模型，被各大计算机和电信公司广泛采用。然而，现代互联网更倾向于更简单的 TCP/IP 范式，而不是更复杂的 OSI 模型。尽管如此，OSI 七层模型仍然很流行，因为它在诊断和隔离网络问题以及说明网络操作方面非常有用。OSI 七层模型起源于 1983 年，次年被 ISO 评为全球标准，反映了其在计算机和电信领域的持久意义。

OSI 模型和协议的重要性

1. 互操作性： OSI 模型标准化了各层的通信过程，使来自不同供应商的网络能够有效地协同工作。
2. 组件开发：通过将复杂的网络任务分解为可管理的组件，OSI 模型促进了开发、设计和故障排除过程。
3. 行业标准化：定义每一层的功能促进整个行业的一致实践，确保不同网络实施之间的统一性和兼容性。
   
4. 第 1 层物理层：第 1 层定义网络通信的物理和电气介质，包括发送和接收位、编码电、无线电波和光等信号类型、管理铜线或光纤等网络电缆、确定星型、网状或环形等物理网络拓扑、遵守以太网 IEEE 802.3 标准，并利用第 1 层设备（如集线器、媒体转换器和调制解调器），从而监督网络硬件和物理拓扑。
   
5. 第 2 层数据链路层：数据链路层，也称为“交换”层，确保使用 MAC（媒体访问控制）地址等硬件地址将消息传递到 LAN 上的正确设备，专注于本地帧传递，将数据打包成物理层的帧，并将来自网络层的消息转换为物理层的位。
   
6. 第 3 层网络层：网络层，也称为“路由”层，通过将源和目标 IP 地址放入数据包来提供逻辑寻址（IP 寻址）和路由服务，主要使用 Internet 协议 (IP)、IPv4 和 IPv6 进行逻辑寻址，从而促进物理网络上的有效数据包路由。
   
7. 第 4 层：传输层：在传输层，数据在传输之前被分段，并在到达时重新组合，确保无错误传送和顺序，处理错误控制以确保准确接收，管理流量以匹配接收设备的速度，并且可以在面向连接或无连接模式下运行，类似于“邮局”层，其中包括 TCP（传输控制协议）和 UDP（用户数据报协议）等协议。
   
8. 第 5 层 会话层：会话层负责建立、管理和终止网络设备之间的通信会话，确保不同应用程序会话之间的数据分离，利用应用程序接口 (API) 与 TCP/IP 协议进行通信，以及协调系统之间的通信，包括启动、停止和重新启动会话等操作。
9. 它提供了设备之间的三种通信方式：单工，实现单向通信；半双工，实现双向通信，每次只有一个设备进行传输；全双工，支持设备之间同时进行双向通信。
   
10. 第 6 层 表示层：表示层确保从一个系统的应用层传输的数据可以被另一个系统的应用层读取，提供字符代码转换、数据压缩和加密/解密，例如将 Google Chrome HTML 转换为 ASCII 格式。
    

第 6 层文件格式示例

• Web 浏览器： HTML、XML、JavaScript
• 图形文件： JPEG、GIF、PNG
• 音频/视频： MPEG、MP3
• 加密： TLS、SSL
• 文本/数据： ASCII、EBCDIC

第 7 层 - 应用层

应用层由最终用户应用程序（例如 Web 浏览器和电子邮件客户端）使用。它提供协议，使软件能够通信、接收数据并为用户提供基本信息。

• 充当应用程序和最终用户协议之间的接口。
• 提供与网络（Outlook、Chrome 等）通信的接口。
• 应用程序不驻留在应用层，而是与应用层协议交互。

应用层协议示例

• 电子邮件： IMAP4、POP3、SMTP
• Web 浏览器： HTTP、HTTPS
• 远程访问： SSH、Telnet

协议

在网络中，协议是用于组织和处理数据的一组规则。计算机语言和网络协议有很多相似之处，使用协议可以让使用不同软件和硬件的机器进行通信。

传输层协议

• TCP（传输控制协议）：面向连接
• UDP（用户数据报协议）：无连接
• TCP 是使用最广泛的传输层协议，因为它是面向连接的，可以提供数据包传送可靠性，即保证传送。
• UDP 是无连接的，被认为是不可靠的；但是，它比 TCP 更轻量，常用于流式传输或实时数据。

互联网协议 (IP)

• OSI 第 3 层协议，定义允许数据穿越 WAN 和 Internet 的数据包的路由和逻辑寻址。
• 它指定了数据包的格式和 IP 地址的逻辑寻址方案：IPv4 和 IPv6
• 它的工作是将不同的 OSI 第 2 层（交换）网络连接在一起。
• 通过路由器提供从一个第 2 层网络到另一个第 2 层网络的端到端连接

互联网控制消息协议 (ICMP)

• TCP/IP 协议套件中的 OSI 第 3 层互联网协议 (IP) 配套“错误报告”协议。
• 就像 IP 一样，它是无连接的。
• 当网络问题阻碍数据包的传送时，用于向源 IP 地址生成错误消息。
• 通常由路由器用来报告数据包传送问题，最重要的是，它可以报告错误但不能纠正错误。
• IT 管理员通常使用命令行实用程序（包括 ping、pathping 和 traceroute）来排除网络连接故障。
• 对于 IPv6，它还用于：o 邻居请求和广告消息（类似于 ARP）或路由器请求和广告消息

结论

尽管如今许多网络都使用 TCP/IP 模型，但 OSI 模型对于理解和修复网络通信仍然很重要。它清楚地概述了每一层的作用，使开发可以协同工作的系统变得更加容易。OSI 模型还有助于解决问题并促进行业标准实践。通过提供一种讨论网络的共享方式，OSI 模型在网络技术不断发展和变化的过程中仍然至关重要。