OSI 的七层模型与TCP/IP的四层网络模型_七层模型和四层模型

OSI（开放系统互连参考模型）

  OSI七层模型（Open System Interconnect 简称OSI）开放系统互连参考模型是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系。
从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。

• 物理层：机械、电子通信信道上的元素比特流传输，比如IEEE802.0等等。
• 数据链路层：物理寻址，同时将原始比特流转变成逻辑传输路线，比如XTP压缩传输协议、PPTP点对点隧道协议等等。
• 网络层：主要是控制子网的运行：逻辑编址、分组传输、路由选择，比如IPV4、IPV6、SLIP等等。
• 传输层：接收上一层的数据，在必要的时候对数据进行分割，将这些数据交给网络层，保证这些数据段有效到达对端，比如TCP传输控制协议、UDP数据报协议。
• 会话层：不同机器上的用户建立和管理会话，比如SSL安全套接字层协议，TLS传输安全协议、RPC远程过程调用协议等等。
• 表示层：加密解密、转换翻译、压缩解压缩，比如LPP轻量级表示协议。
• 应用层：各种应用程序协议，比如HTTP、HTTPS、FTP、SOCKS安全套接字协议、DNS域名系统、GDP网关发现协议等等。

OSI七层模型分层的优点

OSI这样分层有什么样的好处呢？
OSI分层的好处可以从五个方面讲：
1、人们可以很容易的讨论和学习协议的规范。
2、层见的标准接口方便了工程模块化。
3、创建一个更好的互联环境。
4、减低了复杂度，使程序更容易修改，产品开发的书读更快。
5、每层利用紧邻的下层服务，更容易记住个层的功能。

TCP/IP四层网络模型（重要）

问大家，为什么要有 TCP/IP 网络模型？

对于同一台设备上的进程间通信，有很多种方式，比如有管道、消息队列、共享内存、信号等方式，而对于不同设备上的进程间通信，就需要网络通信，而设备是多样性的，所以要兼容多种多样的设备，就协商出了一套通用的网络协议。

这个网络协议是分层的，每一层都有各自的作用和职责，接下来就根据「 TCP/IP 网络模型」分别对每一层进行介绍。

应用层

最上层的，也是我们能直接接触到的就是应用层（Application Layer），我们日常电脑或手机使用的应用软件都是在应用层实现。那么，当两个不同设备的应用需要通信的时候，应用就把应用数据传给下一层，也就是传输层。

应用层是不用去关心数据是如何传输的，就类似于，我们寄快递的时候，只需要把包裹交给快递员，由他负责运输快递，我们不需要关心快递是如何被运输的。

而且应用层是工作在操作系统中的用户态，传输层及以下则工作在内核态。

所以，应用层只需要专注于为用户提供应用功能，比如 HTTP(超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、Telnet(远程终端协议）、DNS、SMTP（简单邮件传送协议）、IRC(因特网终端会话）、NNTP(网络新闻）等等协议。

UDP 相对来说就很简单，简单到只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。当然，UDP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应用层上实现就可以，不过要实现一个商用的可靠 UDP 传输协议，也不是一件简单的事情。

传输层

应用层的数据包会传给传输层，传输层（Transport Layer）是为应用层提供网络支持的。

在传输层会有两个传输协议，分别是 TCP 和 UDP。

TCP 的全称叫传输控制协议（Transmission Control Protocol），大部分应用使用的正是 TCP 传输层协议，比如 HTTP 应用层协议。TCP 相比 UDP 多了很多特性，比如流量控制、超时重传、拥塞控制等，这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。

UDP 相对来说就很简单，简单到只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。当然，UDP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应用层上实现就可以，不过要实现一个商用的可靠 UDP 传输协议，也不是一件简单的事情。

应用需要传输的数据可能会非常大，如果直接传输就不好控制，因此当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度） ，就要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用重新发送整个数据包。在 TCP 协议中，我们把每个分块称为一个 TCP 段（TCP Segment）。

当设备作为接收方时，传输层则要负责把数据包传给应用，但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据，因此需要用一个编号将应用区分开来，这个编号就是端口。

比如 80 端口通常是 Web 服务器用的，22 端口通常是远程登录服务器用的。由于传输层的报文中会携带端口号，因此接收方可以识别出该报文是发送给哪个应用。

网络层

传输层可能大家刚接触的时候，会认为它负责将数据从一个设备传输到另一个设备，事实上它并不负责。

实际场景中的网络环节是错综复杂的，中间有各种各样的线路和分叉路口，如果一个设备的数据要传输给另一个设备，就需要在各种各样的路径和节点进行选择，而传输层的设计理念是简单、高效、专注，如果传输层还负责这一块功能就有点违背设计原则了。

也就是说，我们不希望传输层协议处理太多的事情，只需要服务好应用即可，让其作为应用间数据传输的媒介，帮助实现应用到应用的通信，而实际的传输功能就交给下一层，也就是网络层（Internet Layer）。

网络层最常使用的是 IP 协议（Internet Protocol），IP 协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上 IP 包头组装成 IP 报文，如果 IP 报文大小超过 MTU（以太网中一般为 1500 字节）就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的 IP 报文。
网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备，世界上那么多设备，又该如何找到对方呢？因此，网络层需要有区分设备的编号。

我们一般用 IP 地址给设备进行编号，对于 IPv4 协议， IP 地址共 32 位，分成了四段（比如，192.168.100.1），每段是 8 位。只有一个单纯的 IP 地址虽然做到了区分设备，但是寻址起来就特别麻烦，全世界那么多台设备，难道一个一个去匹配？这显然不科学。

因此，需要将 IP 地址分成两种意义：

• 一个是网络号，负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」的；
• 一个是主机号，负责标识同一「子网」下的不同主机；

举个栗子，比如192.168.1.1/24，后面的/24表示的就是子网掩码255.255.255.0，255.255.255.0 二进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」，其中共有24个1，为了简化子网掩码的表示，就用/24来代替。

网络号=IP地址按位与子网掩码
主机号=IP地址按位与子网掩码取反

具体如何分配查看我的另一篇博客：根据子网掩码算出IP地址的网络号和主机号。

网络接口层

生成了 IP 头部之后，接下来要交给网络接口层（Link Layer）在 IP 头部的前面加上 MAC 头部，并封装成数据帧（Data frame）发送到网络上。

IP 头部中的接收方 IP 地址表示网络包的目的地，通过这个地址我们就可以判断要将包发到哪里，但在以太网的世界中，这个思路是行不通的。

什么是以太网呢？
电脑上的以太网接口，Wi-Fi接口，以太网交换机、路由器上的千兆，万兆以太网口，还有网线，它们都是以太网的组成部分。以太网就是一种在「局域网」内，把附近的设备连接起来，使它们之间可以进行通讯的技术。

以太网在判断网络包目的地时和 IP 的方式不同，因此必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而 MAC 头部就是干这个用的，所以，在以太网进行通讯要用到 MAC 地址。

MAC 头部是以太网使用的头部，它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息，我们可以通过 ARP 协议获取对方的 MAC 地址。

所以说，网络接口层主要为网络层提供「链路级别」传输的服务，负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用 MAC 地址来标识网络上的设备。

总结

综上所述，TCP/IP 网络通常是由上到下分成 4 层，分别是应用层，传输层，网络层和网络接口层。

每一层由上致下是这样封装的：

网络接口层的传输单位是帧（frame），IP 层的传输单位是包（packet），TCP 层的传输单位是段（segment），HTTP 的传输单位则是消息或报文（message）。但这些名词并没有什么本质的区分，可以统称为数据包。