以太网详解（六）OSI 七层模型

OSI : Open System Interconnect（Reference Model）

ISO 于 1984 年创建并发布了 OSI 参考模型，为供应商提供了一套标准，以确保各种类型的网络技术之间更好的兼容性和互操作性。

OSI 参考模型降低了复杂性，标准化了接口，促进了模块化工程，确保了技术的互操作性，加速了发展，简化了教与学。

OSI 模型的每一层都有一组独特的功能。OSI 模型的七层是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

第七层：应用层（Application）

网络进程到应用程序

• 为应用程序进程提供网络服务（如电子邮件、文件传输和终端仿真）

第六层：表示层（Presentation）

数据表示

• 确保接收系统可读取数据
• 格式数据
• 结构数据
• 协商应用层的数据传输语法

第五层：会话层（Session）

主机之间的沟通

• 建立、管理和终止应用程序之间的会话

第四层：传输层（Transport）

端到端连接

• 处理主机之间的传输问题
• 保证数据传输的可靠性
• 建立、维护和终止虚拟电路
• 通过故障检测和恢复信息流控制提供可靠性

第三层：网络层（Network）

数据交付

• 提供两个主机系统之间的连接和路径选择
• 路由数据包
• 选择传送数据的最佳路径

第二层：数据链路层（Data Link）

访问媒体

• 定义如何格式化数据以进行传输，以及如何控制对网络的访问

第一层：物理层（Physical）

二进制文件传输

• 定义用于激活、维护和停用物理链路的电气、机械、程序和功能规范。

数据封装

封装是数据在网络传输之前被封装在特定协议头中的过程。

点对点通信

TCP/IP 模型

TCP/IP 四层模型是目前被广泛采用的一种模型，由以下 4 层组成：应用层、传输层、网络层、网络接口层（Data Link + Physical）。

• 应用层（Application Layer）：相当于 OSI 模型中的应用层，负责处理用户与网络应用程序之间的通信。它包括诸如 HTTP、FTP、SMTP 等协议，用于实现不同类型的网络服务和应用。
• 传输层（Transport Layer）：相当于 OSI 模型中的传输层，提供端到端的数据传输服务。在 TCP/IP 模型中，主要有两个协议：TCP（传输控制协议）和 UDP（用户数据报协议），用于确保可靠的数据传输和简单的数据传输。
• 网络层（Internet Layer）：相当于 OSI 模型中的网络层，负责数据包的路由和转发。它使用 IP（Internet Protocol）协议来定义数据包的传输路径，并处理不同网络之间的通信。
• 网络接口层（Link Layer）：相当于 OSI 模型中的数据链路层和物理层，负责管理网络硬件设备和物理媒介之间的通信。它包括以太网、Wi-Fi、蓝牙等各种物理层和数据链路层协议。

常见应用层协议

• HTTP（HyperText Transfer Protocol）：用于在客户端和服务器之间传输超文本数据，通常用于 Web 浏览器和 Web 服务器之间的通信。
• FTP（File Transfer Protocol）：用于在客户端和服务器之间传输文件，支持上传和下载文件的功能。
• SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：用于在邮件服务器之间传输电子邮件，负责发送邮件。
• POP3（Post Office Protocol version 3）：用于从邮件服务器上下载邮件到本地计算机，负责接收邮件。
• IMAP（Internet Message Access Protocol）：也是用于接收邮件的协议，与 POP3 类似，但提供了更丰富的功能，如在服务器上管理邮件等。
• DNS（Domain Name System）：用于将域名解析为对应的 IP 地址，从而实现域名和 IP 地址之间的映射。
• HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure）：是 HTTP 的安全版本，通过 SSL/TLS 加密传输数据，保证通信过程中的安全性。
• SSH（Secure Shell）：用于远程登录和执行命令，提供了加密的网络连接，保证了通信的安全性。
• SNMP（Simple Network Management Protocol）：用于网络设备之间的管理和监控，可以实现对网络设备的远程配置和监控。
• Telnet：用于远程登录和执行命令，类似于 SSH，但不提供加密功能，通信数据不安全。

常见传输层协议

• TCP（Transmission Control Protocol）：提供可靠的、面向连接的数据传输服务，确保数据的可靠性、顺序性和完整性。TCP 适用于对数据传输质量要求较高的场景，如文件传输、网页浏览等。
• UDP（User Datagram Protocol）：提供无连接的数据传输服务，不保证数据的可靠性，也不保证数据的顺序性和完整性。UDP 适用于实时性要求较高、对数据传输质量要求不那么严格的场景，如音视频传输、在线游戏等。

常见网络层协议

• IP（Internet Protocol）：是互联网中最基本的协议，用于在网络中传输数据包。IP 协议定义了数据包的格式、寻址方式和路由选择等信息，是整个互联网的基础。
• ICMP（Internet Control Message Protocol）：用于在 IP 网络中传递控制消息和错误信息。ICMP 通常用于网络设备之间的通信，如路由器和主机之间的通信，以及用于检测网络连通性和故障诊断。
• ARP（Address Resolution Protocol）：用于将 IP 地址映射为 MAC 地址（物理地址）。ARP 协议在局域网内部使用，通过发送 ARP 请求获取目标设备的 MAC 地址，从而实现数据包的传输。
• RARP（Reverse Address Resolution Protocol）：与 ARP 相反，用于将 MAC 地址映射为 IP 地址。RARP 协议通常用于无盘工作站等设备，可以根据 MAC 地址获取对应的 IP 地址。
• IPv6（Internet Protocol version 6）：是 IP 协议的下一代版本，用于解决 IPv4 地址空间不足的问题。IPv6 采用 128 位地址长度，提供了更大的地址空间，支持更多的设备连接到互联网。

常见网络接口层协议

• 以太网协议（Ethernet）：是一种常见的局域网技术，使用 MAC 地址进行帧的传输和接收。
• 无线局域网协议（Wi-Fi）：用于无线局域网的数据传输，通常基于 IEEE 802.11 标准。
• 点对点协议（P2P）：用于建立点对点连接的协议，通常用于拨号连接和虚拟专用网（VPN）等场景。
• 数据链路层交换协议（DLC）：用于在数据链路层进行数据交换和管理的协议，如 HDLC、SLIP 等。

TCP/IP 协议栈与 OSI 模型