科普第24篇——网络（1）：OSI模型

最初，计算机网络刚开始走出实验室时，各大公司都纷纷自己制定标准，其结果就是市场上非常混乱，不同的标准之间互相不兼容。

为了改变这种混乱的情况，有人就提出了网络分层的结构，各个层次的标准只负责自己的层次的工作，上层协议可以工作在各种下层协议上（而不关心下层协议是什么），下层协议也可以处理来自各种上层协议的数据，并把来自下层协议的数据交给相应的上层协议来处理。

在分层协议中，最著名的就是OSI参考模型和TCP/IP参考模型。后者更早出现，并且投入实际使用。前者仅仅是理论模型，对大家学习理解分层模型有帮助。今天我们就来说一说OSI参考模型。

OSI参考模型，即开放式通信系统互联参考模型（Open System Interconnection Reference Model），是1984年由ISO提出的一个旨在促进不同网络标准之间加强兼容性的描述性参考（ISO/IEC 7498标准）。

OSI将网络一共分为7层，从高到低分别是：
7：应用层（Application Layer）
6：表示层（Presentation Layer）
5：会话层（Session Layer）
4：传输层（Transport Layer）
3：网络层（Network Layer）
2：数据链路层（Data Link Layer）
1：物理层（Physical Layer）

下面就来说一说各层的功能
第7层：应用层
这是最靠近用户的一层，直接为用户提供服务，并且位于最高层所以不为其他层提供服务。我们常见的HTTP、FTP等协议就是属于这一层的。注意这里的“用户”并不是指使用计算机的人，比如HTTP协议可以被浏览器使用，也可以被其他工具比如词典软件、下载软件等使用，这些软件都是“用户”

第6层：表示层
表示层确保一个应用层发送的信息能够被另一个应用层读取。必要时表示层会把各种不同的数据格式翻译成一种通用格式。表示层的一个重要的任务就是加密解密。比如我们用MIME类型来描述的各种格式就是表示层的，如text/html表示纯文本的HTML文件，image/jpeg表示JPEG图像。HTTP协议头信息中都要有MIME类型的描述，否则浏览器就无法正确解析数据。比如服务器发送的是JPEG图片文件，但MIME却错误地设定成了text的话，浏览器也会将他作为文本而不是图片显示出来（结果就是乱码）。当然，这只是浏览器的解析问题，不会影响到数据，保存下来的话仍然是正常的图片。

第5层：会话层
会话层建立、管理和终止两个通信主机之间的会话，会话层为表示层提供服务，也同步两台主机表示层之间的对话以及管理它们的数据交换。除了会话规则之外，会话层还为进行高效的用户传输、服务分来以及会话层、表示层和应用层的差错报告提供条件。会话层协议的例子有VPN的通信协议，如PPTP、L2TP，网络文件系统NFS等。

第4层：传输层
传输层在发送主机系统上对将要发送的数据进行分段，在接收主机系统上完成数据段到数据流的重组。传输层和会话层之间的边界可以认为是应用协议和数据流协议之间的分界。上面3层需要考虑的是应用层面的东西，而下面4层要考虑的是数据传输的问题。传输层的协议例子有传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等。

第3层：网络层
网络层比较复杂，它提供两台主机间的连接和路径选择。另外，逻辑寻址是网络层所关心的。这一层协议的例子有Internet协议（IP）、网间分组交换（IPX）等。

第2层：数据链路层
数据链路层提供数据在物理链路上的可靠传输功能。这涉及到物理寻址（与之相对应的是上面提到的逻辑寻址）、网络拓扑、网络访问、错误检测、帧的顺序传送和流量控制等问题。这一层协议的例子有以太网、令牌环网、ISDN、PPP等。

第1层：物理层
这一层定义了网络上的信号赖以传输的物理介质的电气、机械、规程和功能的标准。比如电压、电压变化的时序、物理数据的速率、最大传输距离、物理联接器和其他在物理层规定中定义的类似特性。


为了使数据分组从源传送到目的地，源端OSI模型的每一层都必须与目的端的对等层进行通信。这种方式称为对等层通信。每一层都有自己的对数据封装的份额是，称作协议数据单元（PDU）。一台主机的某一层发送的PDU只能被另一台接收主机的相同层所解析。
发送方的某一层协议会将从上层协议的数据（上层的PDU）封装为本层PDU并传送到下层协议，接受方的正好相反，是将下层协议传来的数据（本层的PDU）解封，得到的数据（上层的PDU）传送到上层协议。特别的，物理层是将二进制数据转换为适合介质传输的信号并发送到介质中或将从介质中接收到的信号转换为二进制数据，而应用层是从用户处获得信息或者将信息展示给用户。
某一层协议会将来自上层的PDU封装到它的数据字段中，并添加实现本层功能所需的报头，每一层都会添加相应的报头。
第4层协议的PDU被称为段（segment），第3层的被称为分组（或包，packet），第2层的被称为帧（frame）。

将OSI模型分层用信件来说明的话，就如同下图中这样（图中的文字为繁体中文的说法，与上面的有所有同，请注意）：



TCP/IP分层
TCP/IP是一个协议族，其中包含有很多实现不同功能的协议，比如IP、TCP、UDP、ICMP等。
TCP/IP协议中才有4层，分别是：
4：应用层（相当于OSI的应用层、表示层和会话层）
3：传输层（相当于OSI的传输层）
2：Internet层（相当于OSI的网络层）
1：网络访问层（相当于OSI的数据链路层和物理层）

TCP/IP协议族中的协议主要是实现了上面的第3、第2层，至于第4层和第1层究竟是怎么实现的并不关心。不过由于现在以太网比较普及，所以根据以太网的标准，有时TCP/IP也被描述为5层：
5：应用层
4：传输层
3：Internet层
2：数据链路层（以太网）
1：物理层（双绞线、光纤、无线网）

不过这里只是介绍一下，今后我们讨论分层还是以OSI为准。

每一层都会有相应的“地址”，以便传输到正确的目的地。对TCP/IP来说，传输层的地址就是端口号，网络层的地址就是IP地址。而以太网标准下数据链路层的地址就是MAC地址。这些我们以后会详细介绍。

本次就到这里了，还有什么不清楚的，或者是发现上面的说明有错误或者不准确的，欢迎回复！
下次开始我们就从底层向高层逐层地详细介绍，敬请期待！

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