网络协议安全：OSI七层模型分层及作用，数据封装与解封过程，数据传输过程。_网络层到数据链路层怎么发数据的

「作者简介」：2022年北京冬奥会中国代表队，CSDN Top100，学习更多干货，请关注专栏《网络安全自学教程》

这一章节我们需要知道OSI分哪七层，每层的作用，知道数据在七层模型中是怎样传输的，封包和解封过程，数据包在每一层是怎么封装和解封的。

OSI（Open System Interconnect ）是国际标准化组织ISO制定的开放系统互联参考模型。

它把网络分为七层，从下往上依次是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

其中下面的四层是底层协议，负责「创建链路」，处理实际的信息传输；上面三层是高层协议，负责「处理应用请求」。

1.1、为什么要分层？

分层是计算机领域中，用来解决复杂问题的一种「思维方式」。

每层负责一些「独立」的功能，可以把复杂问题简单化。各层相互独立，单独制定标准，每一层的变化不会影响其他层。

1.2、每层的作用

「物理层」定义了物理链路的电气特性，将比特流转成电压。这一层的设备有：光纤、双绞线、中继器、集线器（HUB）。

「数据链路层」负责物理寻址，根据Mac地址转发数据包。这一层的设备有：网卡、网桥、交换机（Switch）。

「网络层」负责路由寻址，根据IP地址转发数据包。这一层的设备有：路由器（Router）、三层交换机。

• 交换机本身是二层设备，但一些高档的交换机可以做路由转发，所以能在三层工作。

「传输层」负责建立逻辑链接，通过端口来区别不同的应用和服务。

「会话层」负责会话（Session）的建立、维持和终止。

「表示层」负责数据的加密、解密，数据格式的转换。这一层定义了很多编码，比如：ASCLL编码、Unicode编码。

「应用层」负责处理应用请求。这一层有很多应用协议，像FTP、HTTP这种需要提供可靠服务的协议底层是基于TCP实现的；而SNMP、DNS这种可靠性要求不是那么高的协议，底层是基于UDP实现的。

1.3、数据的封装与解封过程

OSI七层模型按照「从上往下」的顺序「封装」数据：

• 应用层将数据转换成二进制，交给传输层。
• 传输层把二进制分割成小的数据段，添上TCP头部，封装成数据段，交给网络层。
• 网络层添上IP头部，封装成数据包，交给数据链路层。
• 数据链路层添上MAC头部，封装成数据帧，交给物理层。
• 物理层把二进制数据转换成电信号，在网络中传输。

传给接收方后，再按照「从下往上」的顺序「解封」数据，一层一层的拆掉报头，然后往上传。

1.4、数据的传输过程

数据实际传输时，中间要经过交换机、路由器等设备，经过的设备不同，数据的封装和解封操作也会不一样。

• 发送方封装完数据，用物理网卡以「电信号」的形式通过网线传给交换机。
• 交换机将「电信号」「转换」成「二进制」，根据数据帧头部的Mac地址寻址；这个将二进制转换成电信号操作，从逻辑上看，就是从物理层走到数据链路层了。看完MAC地址以后，再把成「二进制」「转换」成「电信号」，发送给路由器。
• 路由器会拆掉MAC头部，把「数据帧」「解封」成「数据包」，根据IP头里的IP地址进行路由；这个解封的操作，从逻辑上看，就是从数据链路层走到网络层了。看完IP地址以后，再添上IP头部，「封装」成「数据帧」，再把「数据帧」从「二进制」「转换」成「电信号」，传给下一跳路由器。
• 然后再重复这个步骤，直到传给接受者的电脑，解封数据。

从这里就能发现，数据在传输过程不断进行着封装和解封的操作，「中间设备」属于哪一层，就解封到哪一层。

1.5、OSI安全体系结构

为了保证数据传输过程的安全，OSI定义了五类安全服务和八种安全机制。

安全服务是需要解决的安全问题，安全机制是解决安全问题的技术实现。一种安全服务可以由多种安全机制实现；一种安全机制也可以实现多个安全服务。

五类安全服务：

• 鉴别服务（支撑技术有：加密、数字签名、鉴别交换）
• 访问控制服务（支撑技术有：访问控制）
• 数据完整性服务（支撑技术有：加密、数字签名、数据完整性）
• 数据保密性服务（支撑技术有：加密、业务流填充、路由控制）
• 抗抵赖服务（支撑技术有：数字签名、数据完整性、公证）

八种安全机制：

• 加密
• 数字签名
• 访问控制
• 数据完整性
• 鉴别交换
• 业务流填充
• 路由控制
• 公证