理解网络通信的基础：OSI七层模型与TCP/IP五层模型

淡淡的烟草味﹌ 2023-10-15 20:51 22阅读 0赞

在今天的数字化世界中，网络通信已经成为我们日常生活和商业活动的重要组成部分。为了更好地理解和管理网络通信，网络工程师和管理员使用不同的模型来组织和解释网络协议和通信过程。本文将介绍两种最重要的网络模型：OSI七层模型和TCP/IP五层模型。

### OSI七层模型 ###

OSI（开放系统互联）模型是一种理论性的网络通信模型，由国际标准化组织（ISO）于20世纪80年代制定。该模型将网络通信过程分为七个层次，每个层次负责不同的功能，从而实现了网络通信的模块化和分层设计。以下是OSI模型的七个层次：

> 1.  **物理层（Physical Layer）**：这是最底层的层次，负责物理媒介上数据的传输。它包括了电压、电流、电缆和光纤等物理特性。物理层的主要任务是将比特流从一个节点传输到另一个节点。
> 2.  **数据链路层（Data Link Layer）**：此层负责数据帧的传输，以及识别和纠正数据传输中的错误。它通常包括了MAC（媒体访问控制）地址的管理。
> 3.  **网络层（Network Layer）**：网络层负责路由数据包，以确保数据从源节点到达目标节点。它使用IP地址来标识网络中的设备，并控制数据包的转发。
> 4.  **传输层（Transport Layer）**：传输层提供了端到端的数据传输服务，但它通常不包括错误检测和纠正功能。传输层主要负责数据的可靠传输和流量控制。TCP（传输控制协议）是一个可靠的协议，它确保数据按顺序到达目标，并在必要时重新传输丢失的数据包。UDP（用户数据报协议）是传输层的另一个协议，但它不提供可靠性保证，不进行错误检测和纠正。
> 5.  **会话层（Session Layer）**：会话层负责建立、管理和终止会话（或连接）以确保数据传输的可靠性。它还可以处理数据的同步和检查点功能。
> 6.  **表示层（Presentation Layer）**：表示层处理数据的格式转换、数据加密和解密以及数据压缩。它确保不同设备之间的数据格式兼容性。
> 7.  **应用层（Application Layer）**：应用层包含了网络应用程序，如Web浏览器、电子邮件客户端和文件传输协议。这一层为用户提供了访问网络服务的接口。

OSI 七层模型既复杂又不实用：所以 OSI 七层模型没有落地、实现。

实际组建网络时，只是以 OSI 七层模型设计中的部分分层，也即是以下 TCP/IP 五层（或四层）模型来实现。

### TCP/IP五层模型 ###

与OSI模型不同，TCP/IP五层模型是实际互联网通信所采用的模型，通常被称为Internet模型。它更简单，但也更贴近互联网的实际工作方式。以下是TCP/IP模型的五个层次：

> 1.  **应用层（Application Layer）**：应用层负责应用程序之间的通信，提供高级别的服务，如电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、Telnet等。网络编程通常是在应用层进行的。
> 2.  **传输层（Transport Layer）**：传输层负责两台主机之间的数据传输，确保数据从源主机可靠地发送到目标主机。传输控制协议 (TCP) 是一个常用的传输层协议，它提供可靠性和流控制。
> 3.  **网络层（Network Layer）**：网络层负责地址管理和路由选择，使用IP地址来标识主机，并通过路由表来规划数据传输的路线。路由器（Router）工作在网络层。
> 4.  **数据链路层（Data Link Layer）**：数据链路层负责设备之间的数据帧传输和识别，包括帧同步、冲突检测和数据差错校验。以太网、令牌环网和无线LAN都属于数据链路层的标准。交换机（Switch）工作在数据链路层。
> 5.  **物理层（Physical Layer）**：物理层负责光/电信号的传输方式，包括网线、同轴电缆、光纤、无线电磁波等。物理层的能力影响最大传输速率、传输距离和抗干扰性。集线器（Hub）工作在物理层。

### 网络设备所在分层 ###

> 1.  **主机（Host）**：一台主机的操作系统内核通常实现了TCP/IP五层模型的下四层，即从传输层到物理层。这包括了处理传输层（如TCP和UDP）、网络层（如IP）、数据链路层（如以太网）和物理层（如网线接口）的功能。
> 2.  **路由器（Router）**：路由器实现了TCP/IP五层模型的下三层，即从网络层到物理层。它主要负责路由选择和数据包的转发，因此涵盖了网络层、数据链路层和物理层的功能。
> 3.  **交换机（Switch）**：交换机实现了TCP/IP五层模型的下两层，即从数据链路层到物理层。它的主要任务是根据MAC地址交换数据帧，因此涵盖了数据链路层和物理层的功能。
> 4.  **集线器（Hub）**：集线器只实现了物理层功能。它将来自一个端口的数据复制到所有其他端口，没有智能地处理数据帧或地址，因此它只负责物理层的传输。