OSI 五层网络模型详解

心已赠人 2022-02-13 16:41 1218阅读 0赞

OSI网络模型 是指：**开放式系统互联通信参考模型**（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI），简称为**OSI模型**（OSI model），一种[概念模型][Link 1]，由ISO([国际标准化组织][Link 2]）提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。定义于ISO/IEC 7498-1。

ISO在制定标准化OSI之前，对网络体系结构相关的问题进行了充分的讨论，最终提出了作为通信协议设计指标的OSI参考模型。这一模型将通信协议中必要的功能分成了7层。通过这些分层，使得那些比较复杂的网络协议更加简单化。在这一模型中，每个分层都接收由它下一层所提供的特定服务

为了更好的理解，我们主要讲解五层协议：

从上往下分别是：

1.应用层

2.传输层

3.网络层

4.数据链路层

5.物理层

## ##

从下往上更容易理解，所以先从物理层开始：

### 一.物理层 ###

电脑要联网，当然要把电脑连起来，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。

![bg2012052903.png][]

**这就叫做"物理层"，它就是把电脑连接起来的物理手段  
物理层中，将数据的0、1转换为电压和脉冲光传输给物理的传输介质**  
**物理层主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。**

### 二.数据链路层 ###

假设两台主机A和B，A和B已经有了连接的介质，现在A给B传输数据，这些数据其实就是一堆的0和1，B主机收到这一堆0和1 要怎么解析呢？多少个电信号算一组？每个信号位有何意义？到底是按8位还是按16位解析？如何解析就是数据链路层干的事情

早期的时候，每家公司都有自己的电信号分组方式。  
逐渐地，一种叫做 **"以太网"(Ethernet)**的协议，占据了主导地位。

以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做"帧"（Frame）。每一帧分成两个部分：标头（Head）和数据（Data）。

![bg2012052904.png][]

head包含：（固定18个字节）

*  发送者（源地址，6个字节）
 *  接收者（目标地址，6个字节）
 *  数据类型（6个字节）

Data：就是数据包的具体内容，最短为46字节，最长为1500字节

因此，整个"帧"最短为64字节，最长为1518字节。如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。

**2.1 MAC地址**

以太网(Ethernet)协议规定，连入网络的所有设备，都必须具有"网卡"接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做MAC地址，MAC地址也称物理地址。

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每块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的MAC地址，长度是48个二进制位，通常用12个十六进制数表示。

![bg2012052906.png][]

前6个十六进制数是厂商编号，后6个是该厂商的网卡流水号。有了MAC地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。

> PS：MAC地址一共有FFFFFF FFFFFF=‭2^48次方=281474976710655‬ 多种可能，也就是有281万亿个MAC地址可以被使用，以目前的情况，根本不必担心会用完

**2.2 广播**

每块网卡都有了自己的MAC地址，那么发送端A网卡怎么知道另一块网卡的MAC地址？

答案是 以太网(Ethernet)协议 采用了一种很"原始"的方式，它不是把数据包准确送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。

![bg2012052907.png][]

上图中，1号计算机向2号计算机发送一个数据包，同一个子网络的3号、4号、5号计算机都会收到这个包。它们读取这个包的"标头"，找到接收方的MAC地址，然后与自身的MAC地址相比较，如果两者相同，就接受这个包，做进一步处理，否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做"广播"（broadcasting）。

有了数据包的定义、网卡的MAC地址、广播的发送方式，"数据链接层"就可以在多台计算机之间传送数据了。

总结：

**数据链路层 规定了互连设备之间解析数据帧。  
数据链路层使用最频繁的协议就是以太网(Ethernet)协议，而以太网协议主要就是在标头中加入MAC物理地址**

### 三 、网络层 ###

以太网协议，依靠MAC地址发送数据，但是这仅局限于局域网，也就是一个小的网络段，这样才能通过广播的方式来通信。但是如果我想访问欧洲的主机，我们和欧洲肯定不在一个局域网里，我们的互联网是由无数个子网络组成的

就算我们和欧洲在同一个局域网内，通过广播的方式也是不切实际的，你每天会收到全世界各地的无数的请求包

因此，必须找到一种方法，能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用"路由"方式发送。（"路由" 就是指如何向不同的子网络分发数据包）遗憾的是，MAC地址本身无法做到这一点。它只与厂商有关，与所处网络无关。

**这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"，简称"网址"或者IP地址。**

判断是否是一个网络要用到子网掩码(subnet mask)，一般为255.255.255.0

判断的方法是将子网掩码分别和不同的IP地址做AND运算，若结果相同，则在一个子网络内，若不同则代表不是一个网络，那么久采用路由的方式，发送给网关，让网关来处理。网关就是相当于子网络与外界通信的一个IP地址

IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络，使用子网掩码。

**所以网络层主要就是IP地址管理和路由选择，以IP协议为主，在标头添加Ip地址**

### 四、传输层 ###

传输层就是规定了应用程序之间的通信，一台主机上运行着多个应用程序（如邮件，浏览器，QQ）， 收到包了，怎么判断是要给哪一个应用程序用的，这时候就要用端口来区分了，每个应用程序都会有一个端口。

"端口"是0到65535之间的一个整数，正好16个二进制位。0到1023的端口被系统占用，用户只能选用大于1023的端口。应用程序会随机选用一个端口，然后与服务器的相应端口联系。

**传输层就是建立"端口到端口"的通信。相比之下，"网络层"的功能是建立"主机到主机"的通信。只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。**因此，Unix系统就把主机+端口，叫做"套接字"（socket）。有了它，就可以进行网络应用程序开发了

传输层的协议主要有UDP和TCP。TCP就是比较可靠的UDP，因此远比UDP复杂  
可以简单理解成TCP和UDP也是分为"标头"和"数据" , 标头就是端口，数据就是具体的内容

### 5.应用层 ###

应用层很好理解，就是使用不同的协议，如HTTP，FTP等，这些协议规定了具体的数据解析方式。

比如HTTP协议，就会把HTTP包完整的放进TCP的Data部分，就是说HTTP是依赖传输层的协议(TCP或者UDP协议) 进行发送的

一个正常的以太网协议包，大概是下面这样的，一层套一层

![bg2012052913.png][]

以太网协议(数据链路层) 的标头存放mac地址，IP协议（网络层）的标头存放IP地址，TCP|UDP协议（传输层）的标头存放端口信息，而应用层就是具体的协议的完整数据包了。

七层网络模型和五层网络模型对于的各类协议，如下图:

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七层网络模型的具体分工：

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参考链接：

[https://blog.csdn.net/taotongning/article/details/81352985][https_blog.csdn.net_taotongning_article_details_81352985]  
[http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/06/internet\_protocol\_suite\_part\_ii.html][http_www.ruanyifeng.com_blog_2012_06_internet_protocol_suite_part_ii.html]  
[http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet\_protocol\_suite\_part\_i.html][http_www.ruanyifeng.com_blog_2012_05_internet_protocol_suite_part_i.html]  
[https://baijiahao.baidu.com/s?id=1606474671793061553&wfr=spider&for=pc][https_baijiahao.baidu.com_s_id_1606474671793061553_wfr_spider_for_pc]

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E6%A6%82%E5%BF%B5%E6%A8%A1%E5%9E%8B
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E5%9B%BD%E9%99%85%E6%A0%87%E5%87%86%E5%8C%96%E7%BB%84%E7%BB%87
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