詳解通過 OSI 七層模型開啟計算機網路大門

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最近為了準備面試,又再看了一遍 圖解TCP/IP,發現很多知識點看了就忘,並沒有形成一個系統知識,那麼今天開始通過一系列的文章來系統總結一下計算機網路,在接下來的文章中會對重要的那幾個模型進行講解。

分層的體系結構

在開始組織關於因特網體系結構的想法之前,我們先看看一個人類社會與之類比的例子,實際上,在日常生活中我們一直都與複雜系統打交道。

想象一下有人請你描述比如航班系統的情況吧,你怎樣用一個結構來描述這樣一搞複雜的系統?

描述這種系統的一種方式是,描述當你乘某個航班時,你乣採取的一系列動作,你要購買機票,託執行李,去登機口,並最終登上這次航班。該飛機起飛,飛行到目的地。當飛機著落後,你從登機口離機並認領行李。如果這次行程不理想,你向票務機構投訴這次航班(當然你的努力並沒有什麼卵用)

這個時候我們已經能從這裡看出與計算機網路的某些類似: 航空公司把你從源送到目的地;

觀察上圖,該圖將航線功能劃分為一些層次,提供了我們能夠討論航線旅行的框架。注意到每個層次與下面的層次結合在一起,實現了某些功能、服務。在票務層及以下,完成了一個人從航線櫃檯到航線櫃檯的轉移。在行李層及一下,完成了人和行李從行李託運到行李認領的轉移等等。 價值 利用分層的體系結構,我們可以討論一個大而複雜系統的定義良好的特定部分。這種簡化本身由於模組化而具有很高價值,這使某層所提供的服務易於改變,只要該層對其上面的層提供相同的服務,並且使用來自下面層次的相同服務,當某層的實現變化時,該系統的其餘部分保持不變

協定的分層

ISO 在制定標準化 OSI 之前,對網路體系結構相關的問題進行了充分的討論,最終提出了作為通訊協定設計指標的 OSI 參考模型,這一模型將通訊協定中必要的功能分成了七層。

在這一模型中,每個分層都接收由它下一層所提供的特定服務,並且負責為自己的上一層提供特定的服務,上下層之間進行互動時所遵循的約定叫作 "介面",同一層之間的互動所遵循的約定叫作協定。

協定分層就如同前端開發中的模組化開發,它希望實現從第一層到第七層的所有模組,並將它們組合起來實現網路通訊,分層可以將每個分層獨立使用,即使系統中某些分層發生變化,也不會波及整個系統,因此可以構造一個擴充套件性和靈活性都較強的系統。

OSI參考模型

OSI 參考模型將這一個複雜的協定整理並分為了易於理解的七個分層

應用層

應用層位於 OSI 分層結構的第七層,它是網路應用程式及它們的應用層協定存留的地方。因特網的應用層包括許多協定,例如 HTTP,它提供了 Web 檔案的騎牛和傳送、SMTP ,它提供了電子郵件報文的傳輸和 FTP 它提供了兩個端系統之間的檔案傳送。

在我們使用瀏覽器的時候,瀏覽器裡輸入 www.baidu.com 豬樣友好的端系統名字轉換為32位元的網路地址,也是藉助於特定的應用層協定即域名系統 DNS 完成的。

應用層協定分佈在多個端系統上,而一個端系統中的應用程式使用協定與另一個端系統中的應用程式交換資訊分組,我們把這種位於應用層的資訊分組稱為報文。

表示層

表示層位於 OSI 分層結構的第六層,它的主要作用是將應用處理的資訊轉換為適合網路傳輸的格式,或將來自下一層的資料轉換為上一層能夠處理的格式,因此它主要負責資料格式的轉換。

具體來說就是將裝置固有的資料格式轉換為網路標準傳輸格式,不同裝置對統一比較溜解釋的結果可能會不同,它們會將接收不同表現形式的資訊,如文字流、影象、聲音進行轉換,壓縮,加密,或者打包。

對談層

對談層位於 OSI 分層結構的第五層,它的主要作用是負責建立和斷開通訊連線(資料流動的邏輯通路),以及資料的分割等資料傳輸和相關管理。

傳輸層

傳輸層位於 OSI 分層結構的第四層,它在應用程式端點之間傳送應用報文層報文,在因特網當中,有兩種傳輸協定,它們分別是 TCP 和 UDP,利用其中的人一個都能運輸應用層報文。

TCP 向它的應用程式提供了面向連結的服務,這種服務包括了應用層報文想目的地確保傳遞和流量控制,即傳送方/接收方速率匹配。TCP 也將長報文劃分為短報文,並提供擁塞控制機制,因此當網路擁塞時,源抑制其傳輸速率。

UDP 協定向它的應用程式提供無連線服務,這是一種不提供不必要服務的服務,沒有可靠性,沒有流量控制,也沒有擁塞控制，傳輸層的分組也稱為報文段。

網路層

網路層位於 OSI 分層結構的第三層,它負責將稱為資料包的網路層分組從一臺主機移動到另一臺主機,也就是目的地址。

在一臺源主機中的傳輸層協定 TCP 或 UDP 向網路層遞交傳輸層報文段和目的地址,就像你通過郵政服務寄信件時提供一個目的地址一樣,網路層確定的是主機到主機,而傳輸層確定的是程序到程序之間。

目的地址可以是多個網路通過路由器連線而成的某一個地址,因此這一層主要負責定址和路由選擇。

鏈路層

鏈路層位於 OSI 分層結構的第二層,它主要負責的是物理層面上的互連、節點之間的通訊傳輸。

它會將 0、1 序列劃分為具有意義的資料框傳送給對端(資料框的生成和接收),它只負責將資料運送給物理相連的六安段,並不負責直接傳送到最終地址。

物理層

物理層位於 OSI 分層結構的第一層,雖然鏈路層的任務是將整個幀從一個網路元素移動到臨近的網路元素,而物理層的任務是將該幀中的一個個位元從一個節點移動到下一個節點,在這層中的協定仍然是鏈路相關的,並且進一步與該鏈路(雙絞銅線、單模光纖)的實際傳輸媒體相關。

它實際上就是將資料的 0、1 轉換成電訊號或者光訊號,通過光纖、雙絞線甚至是無線電波等媒介傳輸到指定的地址以達到資料傳輸。

參考文獻

• 書籍: 圖解TCP/IP;
• 書籍: 計算機網路原書第七版;

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