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OSI 七层模型和TCP/IP 四层模型的区别

article 2024/11/20 18:42:42

OSI 七层模型

介绍

1. 物理层（Physical Layer）

2. 数据链路层（Data Link Layer）

3. 网络层（Network Layer）

4. 传输层（Transport Layer）

5. 会话层（Session Layer）

6. 表示层（Presentation Layer）

7. 应用层（Application Layer）

重点总结

既然 OSI 七层模型这么厉害，为什么干不过 TCP/IP 四层模型呢？

TCP/IP 四层模型

介绍

1. 网络接口层（Link Layer）

2. 互联网层（Internet Layer）

3. 传输层（Transport Layer）

4. 应用层（Application Layer）

结构概览

分层的优点

OSI 七层模型和TCP/IP 四层模型的区别

总结

OSI 七层模型

介绍

OSI（开放系统互连）模型是一个标准化框架，用于理解和设计网络通信。它将网络通信过程分为七个独立的层次，每一层都有特定的功能和职责，确保数据能够从一台设备传输到另一台设备。

OSI 七层模型是国际标准化组织提出的一个网络分层模型。每一层都专注做一件事情，并且每一层都需要使用下一层提供的功能。比如传输层需要使用网络层提供的路由和寻址功能，这样传输层才知道把数据传输到哪里去。

各个网络层（根据 OSI 七层模型 ）所包含的协议如下：

1. 物理层（Physical Layer）

功能：负责物理设备之间的比特传输，包括定义接口标准、传输介质、电压、电流、传输速率等。
具体作用: 定义硬件标准，如电缆、电压、信号调制方式等。它传输的是物理介质上的电气或光信号，而不是数据包。
设备: 网线、光纤、电缆、集线器等。
协议和标准：
- IEEE 802.3（以太网物理层）
- IEEE 802.11（无线局域网）
- 光纤通道（Fiber Channel）
- USB
- 蓝牙

2. 数据链路层（Data Link Layer）

功能：提供可靠的物理链路传输，定义帧的格式，控制数据的访问以及检测和纠正物理层的错误。
具体作用: 将物理层提供的原始比特流组装成帧，并负责数据在同一个局域网络内的可靠传输，还处理错误检测和纠正。
设备: 交换机、网卡。
协议：
- MAC（介质访问控制）协议：用于在共享介质上决定哪一台设备可以发送数据（如CSMA/CD，用于以太网）。
- PPP（点对点协议）：用于通过串行链路传输数据。
- HDLC：同步数据链路控制协议。
- ARP（地址解析协议）：将 IP 地址映射为 MAC 地址。

3. 网络层（Network Layer）

功能：负责数据包的路由选择，决定数据包通过哪些路径传输到目的地，并提供逻辑寻址。
具体作用: 确保数据能够从源地址传输到目标地址，跨越不同的网络。使用的协议包括IP（互联网协议）。
设备: 路由器。
协议：
- IP（互联网协议）：负责数据包的寻址和路由，常见版本有 IPv4 和 IPv6。
- ICMP（互联网控制消息协议）：用于发送错误报告和其他网络消息（如ping）。
- IGMP（互联网组管理协议）：用于组播通信的管理。

4. 传输层（Transport Layer）

功能：负责端到端的数据传输，确保数据的可靠性和完整性。
具体作用: 管理端口，确保数据在两个主机之间可靠传输（如TCP）或快速传输（如UDP）。它还负责流量控制、错误检测和纠正。
协议：
- TCP（传输控制协议）：面向连接，提供可靠的字节流传输。
- UDP（用户数据报协议）：无连接协议，适合快速、无保障的数据传输。
- SCTP（流控制传输协议）：适合于信令传输。

5. 会话层（Session Layer）

功能：管理不同计算机之间的会话，包括会话的建立、维护和终止。
具体作用: 在通信双方之间创建和管理会话，确保数据的顺序传输和对话恢复。
协议：
- PPTP（点对点隧道协议）：用于虚拟专用网（VPN）中的隧道化。
- RPC（远程过程调用协议）：用于进程之间的通信。

6. 表示层（Presentation Layer）

功能：负责数据的编码、解码、加密和解密，确保发送和接收的设备之间的数据格式兼容。
具体作用: 将数据从一种格式转换为另一种格式，以确保应用层能够正确解释数据。它处理数据的加密解密、编码转换（如ASCII到EBCDIC）、压缩解压缩等任务。
协议：
- SSL/TLS（安全套接字层/传输层安全协议）：用于加密数据传输，确保通信安全。
- JPEG、MPEG：用于图像和视频数据的压缩。

7. 应用层（Application Layer）

功能：为应用程序提供网络服务。
具体作用: 这是用户与网络的直接接口，为应用程序提供服务，比如电子邮件（SMTP）、网页浏览（HTTP）、文件传输（FTP）。
协议：
- HTTP/HTTPS（超文本传输协议/安全超文本传输协议）：用于万维网的网页传输。
- FTP（文件传输协议）：用于文件的上传和下载。
- SMTP（简单邮件传输协议）：用于电子邮件的传输。
- DNS（域名系统）：用于将域名解析为 IP 地址。
- Telnet/SSH：用于远程登录和管理。

重点总结

物理层: 传输比特流。
数据链路层: 负责帧和物理地址管理。
网络层: 路由数据包。
传输层: 提供可靠或不可靠的传输。
会话层: 管理通信会话。
表示层: 数据格式化和加密解密。
应用层: 直接提供服务给用户。

OSI模型的作用在于将复杂的网络通信任务分解为独立的、模块化的部分，使得不同设备和技术能够更好地协同工作，并且为设计和开发网络协议提供了结构化的参考。

既然 OSI 七层模型这么厉害，为什么干不过 TCP/IP 四层模型呢？

的确，OSI 七层模型当时一直被一些大公司甚至一些国家政府支持。这样的背景下，为什么会失败呢？主要有下面几方面原因：

OSI 的专家缺乏实际经验，他们在完成 OSI 标准时缺乏商业驱动力。
OSI 的协议实现起来过分复杂，而且运行效率很低。
OSI 制定标准的周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场（20 世纪 90 年代初期，虽然整套的 OSI 国际标准都已经制定出来，但基于 TCP/IP 的互联网已经抢先在全球相当大的范围成功运行了）。
OSI 的层次划分不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。

TCP/IP 四层模型

介绍

TCP/IP 四层模型是互联网通信的基础架构，它定义了数据如何在网络中传输，确保设备之间能够相互通信。TCP/IP 模型分为四个层次，每一层都有不同的功能。

是目前被广泛采用的一种模型，看作是 OSI 七层模型的精简版本。

详细介绍：

1. 网络接口层（Link Layer）

作用：负责设备与本地网络之间的数据传输。这一层处理物理连接（如网卡）以及与数据链路层协议（如 Ethernet 以太网、Wi-Fi）相关的通信。它定义了数据帧的格式、物理地址（MAC 地址）等内容。
协议：Ethernet、Wi-Fi、PPP（点对点协议）等。
关键功能：实现本地链路的数据封装与解封装。

2. 互联网层（Internet Layer）

作用：提供逻辑地址（IP 地址），用于实现不同网络之间的路由与数据传输。它确保数据包从源设备发送到目标设备，甚至经过多个网络跳跃。这一层负责分割大数据包、管理网络地址、以及选择数据包的最佳路径。
协议：IP、ICMP、ARP、RARP等。
关键功能：
- 数据包的寻址与路由。
- 确保数据能够在不同网络间传输。

3. 传输层（Transport Layer）

作用：负责端到端的通信管理，确保数据能够从发送端传递到接收端，提供了数据传输的可靠性和完整性。它还处理数据的流量控制、差错检测和纠正。
协议：TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）。
关键功能：
- TCP：面向连接，提供可靠的数据传输，确保数据包按顺序到达，并且提供差错校验。
- UDP：无连接，传输效率高，适用于对速度要求高、但不需要保证数据完整性的场景（如视频流）。

4. 应用层（Application Layer）

作用：直接为用户提供网络服务，包含所有允许用户与网络进行交互的协议。这一层是用户与网络的接口，支持各种应用程序（如网页浏览、电子邮件、文件传输等）。
协议：HTTP、FTP、SMTP、DNS等。
关键功能：提供应用程序与网络之间的通信接口，让应用能够利用网络传输数据。

结构概览

网络接口层：处理与物理网络的交互。
互联网层：负责路由和逻辑地址的管理。
传输层：确保数据传输的可靠性和准确性。
应用层：为各种网络应用提供服务。

通过这四个层次，TCP/IP 模型实现了设备之间的互联和通信，它是当今互联网的核心框架。

分层的优点

简化设计与实现：通过将网络功能分解为不同的层，每一层只负责特定的任务，从而简化了设计和实现的复杂性。
模块化：每一层可以独立发展和优化，不同层次之间通过标准接口进行通信，便于各层的更新和替换。
互操作性：明确定义每个层次之间的接口和协议，不同厂商或组织开发的网络设备和软件可以相互兼容，使得不同的网络设备和系统能够在不同的层
次上进行无缝互操作，提升了网络的兼容性。
故障隔离：每个层次都有自己的错误检测、纠错和恢复机制，且分层结构能够帮助网络工程师定位问题所在的层次，从而更快地进行故障排除。

OSI 七层模型和TCP/IP 四层模型的区别

OSI 七层模型和 TCP/IP 四层模型都是网络通信协议的参考模型，用于定义网络中数据传输的不同阶段。它们有许多相似之处，但在层次划分和设计目标上有所不同。下面是它们的主要区别：

1）模型层次

OSI 模型有七层，更细化了各个通信过程；而 TCP/IP 模型则简化为四层，将会话层、表示层、应用层合并为一个“应用层”，物理层和数据链路层合并为“网络接口层”。

2）设计目的

OSI 模型：是一个理论参考模型，设计时是为了成为通用的网络通信标准，它定义了理想情况下通信应该如何进行，但在实际应用中并未完全普及。
TCP/IP 模型：是一个实践驱动的模型，基于实际的互联网设计，并且成为了现实中的标准通信模型。它的设计目的更加注重于如何在网络中高效传输数据。

区别：OSI 是理论模型，而 TCP/IP 是实践模型，更贴合实际的互联网实现。

3）协议的层次对应

OSI 模型中每一层有特定的职责和协议，例如：
- 物理层负责硬件连接；
- 数据链路层负责帧的传输；
- 网络层负责路由选择（如 IP 协议）；
- 传输层负责端到端连接（如 TCP 和 UDP）。
TCP/IP 模型则更简化：
- 网络接口层：相当于 OSI 的物理层和数据链路层；
- 互联网层：对应 OSI 的网络层，主要处理 IP 地址和路由；
- 传输层：对应 OSI 的传输层，负责 TCP 和 UDP；
- 应用层：整合了 OSI 的会话层、表示层和应用层，处理如 HTTP、FTP 等应用协议。