一文搞懂OSI七层！_osi七层模型各层功能及协议

1.OSI

OSI (Open System Interconnect），即开放式系统互联是一个完整的、完善的宏观模型。

TCP/IP协议提供点对点的链接机制，将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收，都加以标准化。更加侧重的是互联网通信核心。

2.物理层

物理层的作用就是通过物理手段把电脑连接起来，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。

3.数据链路层

传输数据单元：帧 （Frame）           典型的设备：网桥，交换机

链路层在物理层的上方，确定了0和1的分组方式。

3.1以太网协议

一组电信号构成一个数据包，叫做帧（Frame）；每一帧分成：标头（Head）和数据（Data）。

数据链路层链路层的数据包就叫“以太网数据包”， “标头”包含数据包的一些说明项，比如发送者、接受者、数据类型等。

3.2 .MAC地址

以太网规定，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受地址，也叫MAC地址。

每块网卡都有全世界独一无二的MAC地址，有MAC地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。

3.3广播

以太网采用广播的方式，向本网络（局域网）内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。计算机收到这个数据包，会读取的“标头”，找到其中接收方的MAC地址，然后与自身MAC地址进行比对，如果相同，说明是要发给自己的，否则丢弃。广播主要通过分组交换机或者网络交换机进行。

4. 网络层

广播是在发送者所在的局域网内广播的，互联网是由一个个子网组成的更大的子网。如何区分哪些MAC地址属于同一个子网。网络层引入一套新的地址， “网络地址”，也就是“IP地址”。

3.1IP协议

规定网络地址的协议，叫IP协议。定义的地址，就叫做“IP地址”。IP地址目前有IPV4和IPV6两版。又称“互联网通信协议第四/六版”。IPV4地址规定，网络地址由32个二进制位,分成四段十进制数表示，从0.0.0.0到255.255.255.255。

比如：172.16.254.1（网络部分前24位（172.16.254），主机部分后8位（最后的那个1）每一台计算机，都有一个IP地址。

3.2子网掩码

“子网掩码”（subnet mask）判断IP地址的网络部分。

"子网掩码"，表示子网络特征的一个参数，也是一个32位二进制数字，它的网络部分为1，主机部分为0。比如，IP地址172.16.254.1，子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，十进制就是255.255.255.0。

3.3路由/路由器/网关/交换机

路由（routing）

如果不是同一个子网中，则要采用“路由”的方式。路由就是通过互联的网络把信息从源地址传输到目的地址的活动。路由引导分组转送，经过一些中间的节点后，到它们最后的目的地。原地址和目标地址是在两个不同的子网中的。

路由器（Router）

实现路由功能的机器。路由器连接两个或多个网络并提供路由功能。

网卡是计算机的一个硬件，当计算机需要发送信息的时候，通过网卡发送。路由器(router)可以通俗理解为一台配备有多个网卡的专用电脑，它让网卡接入到不同的网络中。

网关（Gateway）

路由器的一种，把网络层使用的路由器称为网关，路由器可以在网络接口级或物理级路由；通常指的网关就是路由器的IP。

网络交换机（Network switch）

是一个扩大网络的器材，能为子网中提供更多的连接端口，以便连接更多的电脑。

LAN，全称Local Area Network，中文名叫做局域网；

WAN，全称Wide Area Network，中文名叫做广域网。WAN是一种跨越大的、地域性的计算机网络的集合。广域网包括大大小小子网，子网可以是局域网，也可以是小型的广域网；

WLAN，全称Wireless LAN, 无线局域网，通俗点讲就是WiFi。

家用的路由器，一般包括了交换机和路由器，WAN端口用于连接至Internet；LAN端口用于连接至局域网设备。

路由器有两个接口IP，也就是两个网卡，分别接入到两个不同的子网：

主机145.15生成发送到146.21的IP包。

1. 写好数据包的标头，如果在同一个子网中，只需要用自己在eth0上的网卡（MAC地址）通过交换机直接传送。

如果不在一个子网，应该送往145.17这个主机，通过广播MAC地址广播到对应的主机（路由器）。

2. 中间的router直接通过eth0和eth1上的网卡直接传送IP包。通过交换机广播发往主机146.21。

IP包从主机出发，在router间接力，IP包最终到达某个router，这个router与目标主机位于一个局域网中，可以广播通信。这样一个过程叫做routing。

3.4 ARP协议

IP地址与MAC地址的对应是通过ARP协议传播到局域网的每个主机和路由。每一台主机或路由中都有一个ARP cache，用以存储局域网内IP地址和MAC地址如何对应。

ARP包中包含有自己的IP地址和MAC地址。ARP协议只用于IPv4。IPv6使用Neighbor Discovery Protocol来替代ARP的功能。

5.传输层

4.1端口号

有了MAC地址和IP地址，可以在互联网上的任意两台电脑之间建立通信了。同一台主机上许多程序（进程）都需要用到网络，当一个数据包从网上发送过来的时候，我们需要一个参数来区分到底是提供哪个进程使用的——这个参数就叫做“端口号”，其实就是程序的编号。

端口是0到65535之间的一个整数，正好16个二进制。0~1023的端口被系统占用，用户只能使用大于1023的端口。不管是网页还是聊天，应用程序都会随机选用一个端口，然后与服务器简历相应的端口关系。HTTP协议默认使用80端口，8080是用来访问代理服务的。

“传输层”的功能，就是建立“端口到端口”之间的通信。 也就是程序与程序之间，“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号，我们就能实现程序之间的交流。

4.2Socket

进程间通信分为两种——一种是主机内部（或终端内部）进程间通信，；另一种是跨主机进程间通信或者网络进程间通信，也叫“socket通信”。 socket本质是编程接口(API) 。

4.3UDP/TCP协议

UDP和TCP协议都是传输层的协议，他们的主要作用就是在应用层的数据包标头加上端口号。

UDP协议优点比较简单，容易实现，缺点可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。

TCP协议是有确认机制的UDP协议。每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失，就收不到确认，发出方就知道重发这个数据包。TCP协议主要的确认机制是"三次握手，四次挥手"。

6.应用层（三合一）

应用程序收到"传输层"的数据，数据五花八门， "应用层"的作用，就是规定应用程序的数据格式。

6.1用户的上网设置

买了一台新电脑，插上网线，填四个参数，计算机就能连上网了：

①本机的IP地址②子网掩码③网关的IP地址④DNS的IP地址