OSI/RM开放系统互联参考模型：7层模型

OSI模型的7层

从下到上，OSI模型的7层是：

1. 物理层（Physical Layer）：负责物理连接和数据传输，例如电缆、光纤、无线电波等。
2. 数据链路层（Data Link Layer）：负责节点之间的可靠传输，包括MAC地址的管理、错误检测和纠正。
3. 网络层（Network Layer）：负责数据包的路由和转发，包括IP地址的管理和路由选择。
4. 传输层（Transport Layer）：负责端到端的连接和数据传输的可靠性，例如TCP和UDP协议。
5. 会话层（Session Layer）：负责建立、管理和终止会话，控制会话的对话机制。
6. 表示层（Presentation Layer）：负责数据的格式化和转换，如加密、解密、压缩等。
7. 应用层（Application Layer）：直接面向用户，提供网络服务，如HTTP、FTP、SMTP等。

层与层之间的关系

OSI模型是一个逻辑上的分层模型，每一层都依赖于下层提供的服务，同时为上层提供服务。这种分层设计的主要目的是简化复杂的网络通信任务，使得每一层可以独立发展和优化。

1. 服务（Service）

   每一层向上层提供特定的服务。例如：

• 数据链路层向网络层提供可靠的节点间数据传输服务。
• 传输层向会话层提供端到端的可靠数据传输服务。

2. 接口（Interface）

   层与层之间通过接口进行通信。接口定义了相邻层之间如何交换信息，以及如何调用下层的服务。例如，网络层通过接口调用数据链路层的服务，以便在网络节点之间传输数据。

3. 协议（Protocol）
   每一层都有自己的协议来实现该层的功能。例如：

• 物理层使用物理协议来定义电压、电缆类型等。
• 传输层使用TCP或UDP协议来管理数据传输的可靠性和顺序。

逻辑分层的理解

OSI模型中的分层是逻辑上的，即每一层的功能是通过抽象和逻辑来划分的，而不是物理上的划分。逻辑分层的好处包括：

• 模块化设计：每一层可以独立开发和维护。
• 互操作性：不同厂商的产品可以通过标准化的协议进行互操作。
• 问题隔离：网络问题可以被隔离和定位到特定的层，便于故障排除。

层与层之间的关系如何产生？

• 封装与解封装：每一层将数据封装在特定的协议头中，传递给下一层。例如，传输层将数据封装在TCP头中，再传递给网络层。解封装则是接收方将每一层的协议头逐层去除，还原原始数据。
• 数据流动：数据从应用层开始，通过各层的封装传递到物理层，再通过物理媒介传输到接收方，接收方从物理层开始逐层解封装，最终将数据传递给应用层。

具体的例子

假设你在浏览网页：

1. 应用层：浏览器（HTTP）发出请求。

2. 表示层：数据可能被加密（SSL/TLS）。

3. 会话层：建立会话（如果有）。

4. 传输层：数据被分段（TCP），并附加序列号和校验和。

5. 网络层：数据包被添加IP地址，决定路由路径。

6. 数据链路层：数据帧添加MAC地址，决定如何传输到下一个节点。

7. 物理层：通过电缆或无线信号传输数据。

   这样，数据从你的计算机通过网络传输到服务器，服务器处理请求后再通过相同的过程将响应数据传回你的计算机。

每层的具体实现

理解OSI模型的每一层具体是如何实现的，有助于更清楚地认识到计算机和网络设备是如何协同工作的.

1. 物理层（Physical Layer）

   实现方式：

• 硬件：包括电缆（如以太网电缆）、光纤、无线电发射器和接收器、网络接口卡（NIC）、集线器、交换机的物理端口等。
• 示例设备：路由器、交换机、无线接入点、网卡等。

2. 数据链路层（Data Link Layer）
   实现方式：

• 硬件和固件：网卡驱动程序、网络交换机、桥接器、网络接口卡（NIC）的MAC地址管理。
• 操作系统：数据链路层协议（如以太网协议、PPP）在操作系统中实现。
• 示例设备：网络交换机、网桥、无线接入点。

3. 网络层（Network Layer）
   实现方式：

• 操作系统内核：IP协议栈、路由表管理。
• 网络设备：路由器、三层交换机。
• 软件：网络管理软件（如路由协议的实现软件：OSPF、BGP）。

4. 传输层（Transport Layer）
   实现方式：

• 操作系统内核：传输协议（如TCP、UDP）的实现。
• 应用程序：使用传输层协议的API（如sockets）来建立端到端的连接。
• 示例软件：Windows的Winsock、Linux的Socket API。

5. 会话层（Session Layer）
   实现方式：

• 操作系统和应用程序：会话管理协议的实现（如NetBIOS、RPC）。
• 中间件：一些中间件平台（如CORBA、DCOM）提供会话层功能。
• 示例软件：应用程序中的会话管理模块。

6. 表示层（Presentation Layer）
   实现方式：

• 应用程序：数据格式转换和加密/解密功能（如SSL/TLS、JPEG、MPEG）。
• 库和框架：提供数据表示转换功能的库（如OpenSSL）。
• 示例软件：SSL/TLS库、数据压缩和解压缩库。

7. 应用层（Application Layer）
   实现方式：

• 应用软件：直接面向用户的网络应用（如浏览器、邮件客户端、FTP客户端）。
• 操作系统：提供应用层协议支持的服务（如HTTP、FTP、SMTP）。
• 示例软件：Google Chrome浏览器、Mozilla Thunderbird邮件客户端、FileZilla FTP客户端。

具体实现的例子

浏览网页的例子：

1. 应用层：你在Google Chrome浏览器中输入网址并点击回车。
2. 表示层：浏览器可能使用SSL/TLS加密你的HTTP请求。
3. 会话层：浏览器和服务器之间建立和维护一个会话（如果使用WebSockets，浏览器和服务器之间会有持续的会话）。
4. 传输层：浏览器通过操作系统的TCP/IP栈发送HTTP请求，操作系统将数据分段、添加序列号和校验和。
5. 网络层：操作系统的IP协议栈将数据包添加IP地址，决定路由路径，并通过网卡发送到网络。
6. 数据链路层：网卡将数据帧添加MAC地址，并通过物理介质发送。
7. 物理层：数据通过以太网电缆或无线信号传输到交换机，再到路由器，最终到达目标服务器。

示例

服务器处理浏览器的请求，并响应给浏览器的过程（7层模型过程）

服务器端处理浏览器请求的过程

1. 物理层（Physical Layer）
   实现方式：

• 硬件：服务器的网络接口卡（NIC）接收到通过物理介质（如电缆、光纤或无线信号）传输的数据。
• 过程：网络接口卡（NIC）将接收到的电信号或光信号转换为二进制数据。

2. 数据链路层（Data Link Layer）
   实现方式：

• 硬件和固件：网卡驱动程序、交换机端口。
• 过程：服务器的网卡根据帧的MAC地址确认该帧是发给自己的，并进行错误检测（如CRC检查）。然后将数据帧中的以太网帧头去掉，将剩余的数据传递给网络层。

3. 网络层（Network Layer）
   实现方式：

• 操作系统内核：IP协议栈、路由表管理。
• 过程：服务器的IP协议栈检查数据包的IP地址，确认该数据包是发给服务器的。然后去掉IP包头，并将数据传递给传输层。

4. 传输层（Transport Layer）
   实现方式：

• 操作系统内核：传输协议（如TCP、UDP）的实现。
• 过程：服务器的TCP/IP栈接收数据段，检查传输层头部信息（如端口号、序列号、校验和等）。如果是TCP连接，则确认序列号和应答号是否正确，然后重组数据段。最后，将数据段中的有效载荷传递给会话层或直接给应用层（如果会话层不存在）。

5. 会话层（Session Layer）
   实现方式：

• 操作系统和应用程序：会话管理协议的实现。
• 过程：如果应用程序使用会话层协议（如NetBIOS、RPC），会话层会负责建立、管理和终止会话。它会确保数据流的正确同步和恢复。对于HTTP请求，这一层通常不直接显现，更多是由传输层和应用层处理。

6. 表示层（Presentation Layer）
   实现方式：

• 应用程序：数据格式转换和加密/解密功能。
• 过程：服务器解密HTTP请求数据（如果使用SSL/TLS）。如果数据经过压缩、编码等，表示层将对数据进行解压缩、解码等处理。然后，将处理后的数据传递给应用层。

7. 应用层（Application Layer）
   实现方式：

• 应用软件：服务器端应用程序（如Web服务器）。
• 过程：服务器端的Web服务器（如Apache、Nginx、IIS）接收HTTP请求。它解析HTTP请求头和请求体，根据请求的资源路径、请求方法等参数，调用相应的处理逻辑或脚本（如PHP、Python、Node.js等），生成HTTP响应。

生成响应并返回给客户端

1. 应用层：Web服务器生成HTTP响应（包括状态码、响应头和响应体），将响应数据传递给表示层。
2. 表示层：如果需要，表示层对响应数据进行编码、加密（如使用SSL/TLS）。
3. 会话层：如果使用会话层协议，管理会话状态。
4. 传输层：传输层将响应数据分段，添加TCP或UDP头部信息（如端口号、序列号等），传递给网络层。
5. 网络层：网络层将数据段封装成IP数据包，添加IP头部信息（如源IP、目的IP地址），传递给数据链路层。
6. 数据链路层：数据链路层将IP数据包封装成以太网帧，添加帧头（如源MAC、目的MAC地址），传递给物理层。
7. 物理层：物理层将数据帧转换为电信号或光信号，通过物理介质（如电缆、光纤）发送回客户端。

整个过程在客户端和服务器之间反复进行，直到所有请求和响应数据都被完整传输。