计算机网络 OSI模型

• OSI代表开放系统互联，是一个参考模型，描述了信息从一台计算机的软件应用程序通过物理介质传输到另一台计算机的软件应用程序。
• OSI包括七个层级，每个层级执行特定的网络功能。
• OSI模型是由国际标准化组织（ISO）于1984年开发的，现在被视为互连计算机通信的建筑模型。
• OSI模型将整个任务划分为七个较小且可管理的任务。每个层级被分配一个特定的任务。
• 每个层级是独立的，因此每个层级分配的任务可以独立执行。

OSI模型的特点：

• OSI模型分为两层：上层和下层。
• OSI模型的上层主要处理与应用程序相关的问题，它们仅在软件中实现。应用层最接近最终用户。最终用户和应用层都与软件应用程序交互。上层指的是比另一层高一层。
• OSI模型的下层处理数据传输问题。数据链路层和物理层是硬件和软件实现的。物理层是OSI模型的最低层，最接近物理媒介。物理层主要负责将信息放置在物理媒介上。

OSI模型的七个层

有七个OSI层。每一层都有不同的功能。下面是七个层的列表：

1. 物理层
2. 数据链路层
3. 网络层
4. 传输层
5. 会话层
6. 表示层
7. 应用层

1）物理层

• 数据链路层的主要功能是将单个比特从一个节点传输到另一个节点。
• 它是OSI模型中最底层的层级。
• 它建立、维护和取消物理连接。
• 它指定了机械、电气和程序化的网络接口规范。

物理层的功能：

• 线路配置： 它定义了两个或多个设备如何在物理上相连。
• ** 数据传输： ** 它定义了网络上两个设备之间的传输模式，无差错单工、半双工或全双工模式。
• ** 拓扑： ** 它定义了网络设备的排列方式。
• 信号： 它确定用于传输信息的信号类型。

2）数据链路层

• 此层负责无误传输数据帧。
• 它定义网络上数据的格式。
• 它提供了两个或更多设备之间可靠高效的通信。
• 它主要负责标识本地网络上每个设备的唯一标识。
• 它包含两个子层：
  • 逻辑链路控制层
    • 它负责将数据包转发到接收方的网络层。
    • 从头部识别网络层协议的地址。
    • 它也提供流量控制。
  • 媒体访问控制层
    • 媒体访问控制层是逻辑链路控制层与网络物理层之间的连接层。
    • 用于在网络上传输数据包。

数据链路层的功能

• 帧化： 数据链路层将物理层的原始比特流转换为称为帧的数据包。数据链路层在帧中添加头部和尾部。添加到帧中的头部包含硬件目标和源地址。

• 物理地址寻址： 数据链路层在帧中添加一个包含目标地址的头部。帧被传输到头部中指定的目标地址。
• 流量控制： 流量控制是数据链路层的主要功能。它是一种通过保持双方的恒定数据速率来防止数据损坏的技术。它确保传输站点（如具有较高处理速度的服务器）不超过具有较低处理速度的接收站点。
• 错误控制： 通过在数据链路层的尾部添加一个计算值CRC（循环冗余校验），实现了错误控制。该计算值在将消息帧发送到物理层之前添加到尾部。如果发生任何错误，则接收器会发送确认消息，重新传输损坏的帧。
• 访问控制： 当两个或多个设备连接到同一通信通道时，数据链路层协议用于确定在给定时间哪个设备对链路具有控制权。

3）网络层

• 它是一个第三层协议，负责管理设备的寻址，跟踪网络上设备的位置。
• 它根据网络状况、服务的优先级和其他因素，确定从源到目的地移动数据的最佳路径。
• 数据链路层负责路由和转发数据包。
• 路由器是第三层设备，在该层指定并用于在互联网络内提供路由服务。
• 用于路由网络流量的协议称为网络层协议。协议的例子包括IP和IPv6。

网络层的功能：

• 网络互连： 网络层的主要责任是实现不同设备之间的逻辑连接。
• 寻址： 网络层将源地址和目标地址添加到帧头。寻址用于在互联网上标识设备。
• 路由： 路由是网络层的主要组成部分，它确定从源到目的地的最佳路径。
• 分包： 网络层接收来自上层的数据包并将其转换为数据包。此过程称为分包。它是通过互联网协议（IP）实现的。

4）传输层

• 传输层是第4层，确保消息按发送顺序传输，并且没有数据重复。
• 传输层的主要责任是完整地传输数据。
• 它从上层接收数据并将其转换为称为段的较小单元。
• 这一层可以被称为端到端层，因为它在源和目的地之间提供了点对点连接，可可靠地传输数据。

该层使用的两个协议为：

• 传输控制协议
  • 这是一种允许系统在互联网上通信的标准协议。
  • 它建立和维护主机之间的连接。
  • 当数据通过TCP连接发送时，TCP协议将数据分成称为段的较小单元。每个段通过多条路径在互联网上传输，并以不同的顺序到达目的地。传输控制协议在接收端重新排序数据包以正确的顺序。
• 用户数据报协议
  • 用户数据报协议是一种传输层协议。
  • 它是一种不可靠的传输协议，因为在这种情况下，当接收方收到数据包时不发送任何确认，发送方也不等待任何确认。因此，这使得该协议不可靠。

传输层的功能：

• 服务点寻址： 由于计算机同时运行多个程序，因此从源到目的地传输数据不仅是从一台计算机到另一台计算机，还从一个进程到另一个进程。传输层添加包含地址的头，称为服务点地址或端口地址。网络层的责任是将数据从一台计算机传输到另一台计算机，而传输层的责任是将消息传输到正确的进程。
• 分段和重组： 当传输层接收来自上层的消息时，它将消息分成多个段，并为每个段分配一个唯一标识符，用于唯一标识每个段。当消息到达目的地时，传输层根据其序列号重新组装消息。
• 连接控制： 传输层提供两种服务：面向连接的服务和无连接的服务。无连接服务将每个段视为单独的数据包，并且它们以不同的路径到达目的地。面向连接服务在传递数据包之前与目标主机的传输层建立连接。在面向连接的服务中，所有数据包都在单一路径中传输。
• 流量控制： 传输层还负责流量控制，但是它是端到端执行的，而不是跨单个链路。
• 错误控制： 传输层还负责错误控制。错误控制是端到端执行的，而不是跨单个链路。发送方传输层确保消息无误地到达目的地。

5) 会话层

• 它是OSI模型中的第3层。
• 会话层用于建立、维护和同步通信设备之间的交互。

会话层的功能：

• 对话控制： 会话层充当对话控制器，创建两个进程之间的对话，或者我们可以说它允许两个进程之间的通信，可以是半双工或全双工。
• 同步： 会话层在传输数据时添加一些检查点。如果在传输数据过程中出现错误，则会从检查点重新进行传输。这个过程称为同步和恢复。

6) 表示层

• 介绍层主要关注两个系统之间交换的信息的语法和语义。
• 它充当网络的数据转换器。
• 这一层是操作系统的一部分，将数据从一种呈现格式转换为另一种格式。
• 介绍层也被称为语法层。

介绍层的功能：

• 翻译： 两个系统中的进程以字符串、数字等形式交换信息。不同的计算机使用不同的编码方法，介绍层处理不同编码方法之间的互操作性。它将发送方特定格式的数据转换为通用格式，并将通用格式转换为接收方特定格式。
• 加密： 需要加密以保持隐私。加密是将发送方传输的信息转换为另一种形式，并通过网络发送结果消息的过程。
• 压缩： 数据压缩是压缩数据的过程，即减少要传输的位数。在文本、音频、视频等多媒体中，数据压缩非常重要。

7）应用层

• 应用层用作用户和应用程序进程访问网络服务的窗口。
• 它处理网络透明性、资源分配等问题。
• 应用层不是一个应用程序，但它执行应用层功能。
• 该层为最终用户提供网络服务。

应用层的功能:

• 文件传输、访问和管理（FTAM）： 应用层允许用户访问远程计算机中的文件，从计算机中检索文件并管理远程计算机中的文件。
• 邮件服务： 应用层提供电子邮件转发和存储的功能。
• 目录服务：应用程序提供分布式数据库源，并用于提供有关各种对象的全局信息。