C01S01-OSI模型和TCP/IP协议族

一、分层思想

1. 分层背景

各大网络厂商原先采用私有网络模型，给网络通信带来不便。因此，国际标准化组织（ISO）设立了OSI（开放系统互联，Open System Interconnection）参考模型。

2. 分层优点

1. 将网络复杂问题简单化，网络各层之间相互独立，各层只负责实现一种功能。
2. 灵活性更好，当网络通信出现问题，只需要针对问题所在层进行操作，不会影响其他网络层。
3. 用户不用关心网络通信的具体实现，只需要考虑对应用的使用。

二、OSI模型

1. 模型各层说明

OSI模型分为七层，自上而下分别是：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

层级	功能
应用层	负责用户提供网络服务
表示层	负责数据的处理，如编码、解码、加密、解密、压缩、解压缩
会话层	负责建立、管理、终止会话
传输层	负责端到端的数据传输服务
网络层	负责逻辑寻址，寻找最佳网络连接路径
数据链路层	负责硬件寻址，以及数据的误差检验
物理层	负责建立、维护、断开物理连接

2. 模型示例说明

1. 应用层：应用层就是用户和电脑的人机交互界面。如甲同学通过微信向乙同学发送“你好”。
2. 表示层：计算机收到甲同学发送的“你好”后，将其编码为计算机能够识别的二进制比特流（0和1组成）。
3. 会话层：甲同学的计算机理解数据后，要和乙同学的计算机建立会话关系。
4. 传输层：通过端口实现甲同学微信和乙同学微信端到端的连接，提供可靠的数据传输服务。
5. 网络层：甲同学计算机根据自己的IP和乙同学计算机的IP，选择最佳的网络连接路径。
6. 数据链路层：网络层获取到数据后，将数据和源电脑、目的电脑的Mac地址封装为数据帧，如果校验数据发现出现错误，便重新传输数据帧。
7. 物理层：将比特流形式的数据帧转化为电信号，通过硬件设施传输到乙同学的计算机上。

三、TCP/IP模型

1. 模型说明

除OSI七层模型外，还有TCP/IP模型，较为常见的TCP/IP模型为TCP/IP 5层模型。该模型从上到下依次是应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层，也就是OSI模型的上三层在TCP/IP五层模型中被归为应用层。

2. 各层数据单元

层级	数据内容	数据单元
应用层	真实数据
传输层	TCP头部（或UDP头部）+比特流数据	数据段
网络层	IP头部+TCP头部（或UDP头部）+比特流数据	数据包
数据链路层	MAC头部+IP头部+TCP头部（或UDP头部）+比特流数据+校验码	数据帧
物理层	根据数据帧转换为电信号

• 二层（数据链路层）原理：根据MAC地址值决定数据的转发。
• 三层（网络层）原理：根据IP地址值决定数据的转发。
• 四层（传输层）原理：根据TCP端口或UDP端口决定数据的转发。

2.1 数据封装与解封装

1. 数据封装
   • 应用层：将真实数据转换为比特流。
   • 传输层：将TCP头部（或UDP头部）和比特流数据封装为数据段。
   • 网络层：将IP头部和数据段封装为数据包。
   • 数据链路层：将MAC地址、数据包和校验码封装为数据帧。
   • 物理层：将二进制形式的数据帧比特流转换为电信号形式，在网络中传输。
2. 数据解封装
   • 物理层：将电信号转换为二进制形式的比特流数据帧。
   • 数据链路层：判断数据中封装的MAC头部是否与自己的MAC地址值相同，是的话就将去掉MAC头部的数据包部分传递给网络层；反之丢弃数据。
   • 网络层：判断数据包中封装的IP地址是否与自己的IP地址值相同，是的话就将去掉IP头部的数据段部分传递给传输层，反之丢弃数据。
   • 传输层：根据数据段中的TCP头部或UDP头部判断将数据发往哪个应用程序，将数据传递给应用层。
   • 应用层：将比特流数据解码还原为原始数据。

3. TCP/IP协议族

层级	常见协议
应用层	HTTP（TCP/80）、FTP（TCP/20或TCP/21）、TFTP（UDP/69）
传输层	TCP、UDP
网络层	IP
数据链路层	点对点协议
物理层	IEEE802.3有线局域网（以太网）、IEEE802.11无线局域网标准