计算机⽹络参考模型（OSI七层与TCPIP协议）
⽬录
1 为什么要分层
1.1 层次划分的必要性
很多不同的⼚家⽣产各种型号的计算机，它们运⾏完全不同的操作系统，但 TCP/IP协议族允许它们互相进⾏通信。这⼀点很让⼈感到吃惊，因为它的作⽤已远远超出了起初的设想。TCP/IP起源于60年代末美国政府资助的⼀个分组交换⽹络研究项⽬，到90年代已发展成为计算机之间最常应⽤的组⽹形式。它是⼀个真正的开放系统，因为协议族的定义及其多种实现可以不⽤花钱或花很少的钱就可以公开地得到。它成为被称作“全球互联⽹”或“因特⽹(Internet)”的基础，该⼴域⽹（WAN）已包含超过100万台遍布世界各地的计算机。计算机⽹络是由许多硬件、软件和协议交织起来的复杂系统。由于⽹络设计⼗分复杂，如何设计、组织和实现计算机⽹络是⼀个挑战，必须要采⽤科学有效的⽅法。硬件没有统⼀标准，软件也没有统⼀标准；全球互联⽹，⽹络之间需要通信；不同⼚商之间的设备⽆法通信
1.2 层次划分的⽅法
⽹络的每层应当具有相对独⽴的功能（便于排错）这个功能⽤不了 必然是你这层处理问题
梳理功能之间的关系，使上⼀个功能可以实现为另⼀个功能提供必要的服务，从⽽形成系统的层次结构， 环环相扣（紧密联系）为提⾼系统的⼯作效率，相同或相近的功能仅在⼀个层次中实现，⽽且尽可能在较⾼的层次中实现
每⼀层只为相邻的上⼀层提供服务
1.2 层次划分的优点
各层之间相互独⽴，每⼀层只实现⼀种相对独⽴的功能，使问题复杂程度降低，利于针对解决问题
灵活性好，各层内部的操作不会影响其他层
结构上可分割开，各层之间都可以采⽤最合适的技术来实现
易于实现和维护，因为整个系统已被分解成相对独⽴的⼦系统
能促进标准化⼯作，因为每⼀层的功能及其提供的服务都有了精确的说明
2 七层和四层的定义
1、七层模型
⼜称OSI（Open System Interconnection）-----开放式系统互联参考模型(ISO)。参考模型是国际标准化组织（ISO）制定的⼀个⽤于计算机或通信系统间互联的标准体系，⼀般称为OSI参考模型或七层模型。 它是⼀个七层的、抽象的模型体，不仅包括⼀系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。
2.、TCP/IP四层模型
TCP/IP是⼀组⽤于实现⽹络互连的通信协议。Internet⽹络体系结构以TCP/IP为核⼼。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：⽹络访问层、⽹际互联层、传输层（主机到主机）、和应⽤层。
2.1 七层的介绍
OSI七层协议模型主要是：应⽤层（Application）、表⽰层（Presentation）、会话层（Session）、传输层（Transport）、⽹络层（Network）、数据链路层（Data Link）、物理层（Physical）。
OSI七层参考模型的各个层次的划分遵循下列原则：
1、同⼀层中的各⽹络节点都有相同的层次结构，具有同样的功能。
2、同⼀节点内相邻层之间通过接⼝(可以是逻辑接⼝)进⾏通信。
3、七层结构中的每⼀层使⽤下⼀层提供的服务，并且向其上层提供服务。
4、不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。
2.1.1 OSI七层参考模型
层次模型功能数据单元主要设备
应⽤层⽹络服务与最终⽤户的⼀个接⼝⽐特流⽹卡
表⽰层数据的表⽰、安全、压缩、格式
化、加密
数据帧交换机
会话层建⽴、管理、中⽌会话数据包路由器
传输层定义传输数据的协议端⼝号，以
及流量和差错校验
数据段
⽹络层进⾏逻辑地址寻址，实现不同⽹
络之间的路径选择
message
数据传输层建⽴逻辑连接、进⾏硬件地址寻
址、差错校验等功能
message
物理层建⽴、维护、断开物理连接message
第七层（应⽤层）------⽹络服务与最终⽤户的⼀个接⼝（⽤户操作）
负责对软件提供接⼝以使程序能使⽤⽹络服务。应⽤层提供的服务包括⽂件传输、⽂件管理以及电⼦邮件的信息处理。相当于⽤户接⼝。你和计算机交互的⼀个接⼝（⽐如，qq ，浏览器），指定各种的应⽤协议，⼈机交互⼝，把⼈的语⾔输⼊到计算机中（qq聊天输⼊字符）。应⽤层为操作系统或
⽹络应⽤程序提供访问⽹络服务的接⼝。应⽤层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。
第六层（表⽰层）------数据的表⽰、安全、压缩（⼈的语⾔翻译成计算机）
可确保⼀个系统的应⽤层所发送的信息可以被另⼀个系统的应⽤层读取。例如，PC程序与另⼀台计算机进⾏通信，其中⼀台计算机使⽤扩展⼆⼀⼗进制交换码（EBCDIC），⽽另⼀台则使⽤美国信息交换标准码（ASCII）来表⽰相同的字符。如有必要，表⽰层会通过使⽤⼀种通格式来实现多种数据格式之间的转换。
将接收到的数据翻译成⼆进制数据，并指定数据的存储格式、加密格式，解密等等⼯作。
第五层（会话层）------建⽴、管理、中⽌会话                                                                            是否
这⼀层也可以称为会晤层或对话层，负责在⽹络中的两节点之间建⽴和维持通信。通过运输层（端⼝号：传输端⼝与接收端⼝）建⽴数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）。
允许建⽴会话连接，建⽴了不同操作系统的之间的会话，通过⼀些协议去判断符合确定你的两个软件之间是否可以进⾏通信（两个之间进⾏通信）。
第四层（传输层）------定义传输数据的协议端⼝号，以及流控和差错校验
传输层是OSI模型中最重要的⼀层。将上层数据分⽚并加上端⼝号封装成数据段，或通过对报⽂头中的端⼝识别，实现⽹络中不同主机上的⽤户进程之间的数据通信。
可靠传输---传递数据前必须事先建⽴连接，可靠性⾼，传输效率低------打电话（tcp）                  不可靠传输-----数据可以直接发送，传输效率⾼，可靠性低-----短信（udp）
第三层（⽹络层）------定义逻辑地址、实现不同⽹络之间的寻址，理论选择转发数据的最佳路径
主要功能是将⽹络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送⽅路由到接收⽅。进⾏逻辑地址寻址，实现不同⽹络之间的路径选择。⽆差错的传输，并进⾏各电路上的动作系列。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作⽤包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这⼀层，数据的单位称为帧(frame)。数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。
将上层数据加上源和⽬的⽅的逻辑（IP）地址封装成数据包，实现数据从源端到⽬的端的传输 （分拣员，分拣到底数据⾛哪条路更快）
第⼆层（数据链路层）------建⽴逻辑连接、进⾏硬件地址寻址、差错校验功能（交换机 ⽹卡）
它控制⽹络层与物理层之间的通信。它的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进⾏数据的可靠传递。
为了保证传输，从⽹络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。帧是⽤来移动数据的结构包，它不仅包括原始数据，还包括发送⽅和接收⽅的⽹络地址以及纠错和控制信息。保存的最主要的信息是⽹卡的 mac 地址，mac 地址负责局域⽹通信的，发件⼈和收件⼈的mac 地址，进⾏错误检测与修正。
将上层数据加上源和⽬的⽅的物理(MAC）地址封装成数据帧，MAc地址是⽤来标识⽹卡的物理地址，建⽴数据链路；当发现数据错误时，可以重传数据帧。
第⼀层（物理层）------建⽴、维护、断开物理连接
该层包括物理连⽹媒介，如电缆连线连接器。物理层的协议产⽣并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。 设备之间的⽐特流的传输、物理接⼝、电⽓特性。
报⽂头部和上层数据信息都是由⼆进制数组成的，物理层将这些⼆进制数字组成的⽐特流转换成电信号在⽹络中传输。
tips:
⽹络层及以下的通信为点对点通信
传输层的通信为端到端通信
2.1.2 OSI七层⼯作原理
应⽤层、表⽰层、会话层为⾼三层，是⾯向⽤户的
⽹络层、数据链路层、物理层为低三层，是⾯向硬件的
⽹络层及以下的通信为点到点通信（主机与主机）
传输层的通信为端到端（端⼝到端⼝）
2.1.3 PDU
PDU: Protocol Data Unit，协议数据单元是指对等层次之间传递的数据单位物理层的 PDU是数据位 bit
数据链路层的 PDU是数据帧 frame
⽹络层的PDU是数据包 packet
传输层的 PDU是数据段 segment
其他更⾼层次的PDU是消息 message
应⽤层 ⾸先将数据分⽚（ 不可能将整个⽂件直接传输过去⽂件过⼤等因素） 数据
传输层： 接收上⼀层的分⽚数据------加⼊tcp头部地址------变成数据段（传输层功能）⽹络层：接收数据段------加⼊ip头部------数据包tcpip协议pdf
数据链路层： 接收数据包------加⼊MAC头部------数据帧
物理层：接收数据帧------bit流
2.2 四层的介绍
TCP/IP是⼀个四层的体系结构，主要包括：应⽤层、运输层、⽹际层和⽹络接⼝层。从实质上讲，只有上边三层，⽹络接⼝层没有什么具体的内容。
五层体系结构
五层体系结构包括：应⽤层、运输层、⽹络层、数据链路层和物理层。 五层协议只是OSI和TCP/IP的综合，实际应⽤还是TCP/IP的四层结构。为了⽅便可以把下两层称为⽹络接⼝层。
2.2.1 TCP/IP 参考模型
TCP/IP 是传输控制协议/⽹际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）的简称
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/⽹际协议）是指能够在多个不同⽹络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，⽽是指⼀个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇， 只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。
TCP/IP 4层模型（思科）
TCP/IP 5层模型（华为）
OSI参考模型与TCP/IP模型都采⽤了分层体系结构，将庞⼤⽽复杂的问题转化为着⼲个较⼩且易于处理的⼦问题。不同的是OSl参考模型划分7层，分别是物理层、数据链路层、⽹络层、传输层、会话层、表⽰层和应⽤层，⽽TCP/IP参考模型最多划分了5个层次，分别是物理层，数据链路层、⽹络层、传输层和应⽤层，将OSI参考模型中的⾼三层合并为⼀层统称应⽤层。在层次结构上，两者都采⽤了分层体系结构，但是TCP/IP参考模型⽐OSI参考模型更简化。
OSI 参考模型没有考虑任何⼀组特定的协议，因此 OSI 更具有通⽤性。 ⽽ TCP/IP 参考模型与 TCP/IP 协议簇吻合得很好，虽然该模型不适⽤于其他任何协议栈， 但如今的⽹络多以 TCP/IP 协议簇作为基础，这使得在分层设计上没有过多考虑协议的 OSI 分层理念，所以没有⼴泛地应⽤于实际⼯作中。相反，⼈们更多地应⽤ TCP/IP 分层模型在 实际⼯作中分析问题、解决问题。

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