OSI参考模型通信处理例子【图解TCP/IP（笔记四）】_使用生活中的实例说明osi模型

OSI参考模型通信处理举例

下面举例说明7层网络模型的功能。假设使用主机（这里所指的主机是指连接到网络上的计算机。按照OSI的惯例，进行通信的计算机称为节点。然而在TCP/IP中则被叫做主机。A的用户A要给使用主机B的用户B发送一封电子邮件。

7层通信

发送方从第7层、第6层到第1层由上至下按照顺序传输数据，而接收端则从第1层、第2层到第7层由下至上向每个上一级分层传输数据。每个分层上，在处理由上一层传过来的数据时可以附上当前分层的协议所必须的“首部”信息。然后接收端对收到的数据进行数据“首部”与“内容”的分离，再转发给上一分层，并最终将发送端的数据恢复为原状。

假定用户A要给用户B发送一封内容为“早上好”邮件。网络究竟会进行哪些处理呢？我们由上至下进行分析。

■ 应用层

用户A在主机A上新建一封电子邮件，指定收件人为B，并输入邮件内容为“早上好”。

收发邮件的这款软件从功能上可以分为两大类：一部分是与通信相关的，另一部分是与通信无关的。例如用户A从键盘输入“早上好”的这一部分就属于与通信无关的功能，而将“早上好”的内容发送给收件人B则是其与通信相关的功能。因此，此处的“输入电子邮件内容后发送给目标地址”也就相当于应用层。

从用户输入完所要发送的内容并点击“发送”按钮的那一刻开始，就进入了应用层协议的处理。该协议会在所要传送数据的前端附加一个首部（标签）信息。该首部标明了邮件内容为“早上好”和收件人为“B”。这一附有首部信息的数据传送给主机B以后由该主机上的收发邮件软件通过“收信”功能获取内容。主机B上的应用收到由主机A发送过来的数据后，分析其数据首部与数据正文，并将邮件保存到硬盘或是其他非易失性存储器（数据不会因为断电而丢失的一种存储设备） 以备进行相应的处理。如果主机B上收件人的邮箱空间已满无法接收新的邮件，则会返回一个错误给发送方。对这类异常的处理也正属于应用层需要解决的问题。

主机A与主机B通过它们各自应用层之间的通信，最终实现邮件的存储。

■ 表示层

表示层的“表示”有“表现”、“演示”的意思，因此更关注数据的具体表现形式（最有名的就是每款计算机对数据在内存中相异的分配方式。最典型的是大实体和小实体。） 。

利用表示层，将数据从“某个计算机特定的数据格式”转换为“网络通用的标准数据格式”后再发送出去。接收端主机收到数据以后将这些网络标准格式的数据恢复为“该计算机特定的数据格式”，然后再进行相应处理。

在前面这个例子中，由于数据被转换为通用标准的格式后再进行处理，使得异构的机型之间也能保持数据的一致性。这也正是表示层的作用所在。即表示层是进行“统一的网络数据格式”与“某一台计算机或某一款软件特有的数据格式”之间相互转换的分层。

此例中的“早上好”这段文字根据其编码格式被转换成为了“统一的网络数据格式”。即便是一段简单的文字流，也可以有众多复杂的编码格式。就拿中文来说，有UTF-8以及GBK等编码格式。如果未能按照特定格式编码，那么在接收端就是收到邮件也可能会是乱码。

表示层与表示层之间为了识别编码格式也会附加首部信息，从而将实际传输的数据转交给下一层去处理。

■ 会话层

我们来分析在两端主机的会话层之间是如何高效地进行数据交互、采用何种方法传输数据的。

假定用户A新建了5封电子邮件准备发给用户B。这5封邮件的发送顺序可以有很多种。例如，可以每发一封邮件时建立一次连接（指通信连接。） ，随后断开连接。还可以一经建立好连接后就将5封邮件连续发送给对方。甚至可以同时建立好5个连接，将5封邮件同时发送给对方。决定采用何种连接方法是会话层的主要责任。

会话层也像应用层或表示层那样，在其收到的数据前端附加首部或标签信息后再转发给下一层。而这些首部或标签中记录着数据传送顺序的信息。

■ 传输层

主机A确保与主机B之间的通信并准备发送数据。这一过程叫做“建立连接”。有了这个通信连接就可以使主机A发送的电子邮件到达主机B中，并由主机B的邮件处理程序获取最终数据。此外，当通信传输结束后，有必要将连接断开。

如上，进行建立连接或断开连接的处理（此处请注意，会话层负责决定建立连接和断开连接的时机，而传输层进行实际的建立和断开处理。） ，在两个主机之间创建逻辑上的通信连接即是传输层的主要作用。此外，传输层为确保所传输的数据到达目标地址，会在通信两端的计算机之间进行确认，如果数据没有到达，它会负责进行重发。

保证数据传输的可靠性是传输层的一个重要作用。为了确保可靠性，在这一层也会为所要传输的数据附加首部以识别这一分层的数据。然而，实际上将数据传输给对端的处理是由网络层来完成的。

■ 网络层

网络层的作用是在网络与网络相互连接的环境中，将数据从发送端主机发送到接收端主机。如下图所示，两端主机之间虽然有众多数据链路，但能够将数据从主机A送到主机B也都是网络层的功劳。
在实际发送数据时，目的地址至关重要。这个地址是进行通信的网络中唯一指定的序号。也可以把它想象为我们日常生活中使用的电话号码。只要这个目标地址确定了，就可以在众多计算机中选出该目标地址所对应的计算机发送数据。基于这个地址，就可以在网络层进行数据包的发送处理。而有了地址和网络层的包发送处理，就可以将数据发送到世界上任何一台互连设备。网络层中也会将其从上层收到的数据和地址信息等一起发送给下面的数据链路层，进行后面的处理。

传输层与网络层的关系

在不同的网络体系结构下，网络层有时也不能保证数据的可达性。  
例如在相当于TCP/IP网络层的IP协议中，就不能保证数据一定会发送到对端地址。  
因此，数据传送过程中出现数据丢失、顺序混乱等问题可能性会大大增加。  
像这样没有可靠性传输要求的网络层中，可以由传输层负责提供“正确传输数据的处理”。  
TCP/IP中，网络层与传输层相互协作以确保数据包能够传送到世界各地，实现可靠传输。
1
2
3
4
5
6
7

■ 数据链路层、物理层

通信传输实际上是通过物理的传输介质实现的。数据链路层的作用就是在这些通过传输介质互连的设备之间进行数据处理。

物理层中，将数据的0、1转换为电压和脉冲光传输给物理的传输介质，而相互直连的设备之间使用地址实现传输。这种地址被称为MAC（Media Access Control，介质访问控制。） 地址，也可称为物理地址或硬件地址。采用MAC地址，目的是为了识别连接到同一个传输介质上的设备。因此，在这一分层中将包含MAC地址信息的首部附加到从网路层转发过来的数据上，将其发送到网络。

网络层与数据链路层都是基于目标地址将数据发送给接收端的，但是网络层负责将整个数据发送给最终目标地址，而数据链路层则只负责发送一个分段内的数据。