OSI七层模型

一、OSI七层协议

OSI是Open System Interconnection的缩写,意为开放式系统互联。国际标准化组织(ISO)制定了OSI模型,该模型定义了不同计算机互联的标准,是设计和描述计算机网络通信的基本框架。

OSI七层协议分别为应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层，一般情况我们把上三层统一称为应用层。

OSI七层模型	功能	对应的网络协议	TCP/IP四层概念模型
应用层	文件传输，文件管理，电子邮件的信息处理——apdu	HTTP、TFTP, FTP, NFS, WAIS、SMTP	应用层
表示层	确保一个系统的应用层发送的消息可以被另一个系统的应用层读取，编码转换，数据解析，管理数据的解密和加密，最小单位——ppdu	Telnet, Rlogin, SNMP, Gopher
会话层	负责在网络中的两节点建立，维持和终止通信，在一层协议中，可以解决节点连接的协调和管理问题。包括通信连接的建立，保持会话过程通信连接的畅通，两节点之间的对话，决定通信是否被终端一斤通信终端是决定从何处重新发送，最小单位——spdu	SMTP, DNS
传输层	定义一些传输数据的协议和端口。传输协议同时进行流量控制，或是根据接收方接收数据的快慢程度，规定适当的发送速率，解决传输效率及能力的问题——tpdu	TCP, UDP	传输层
网络层	控制子网的运行，如逻辑编址，分组传输，路由选择最小单位——分组（包）报文	IP, ICMP, ARP, RARP, AKP, UUCP	网络层
数据链路层	主要是对物理层传输的比特流包装，检测保证数据传输的可靠性，将物理层接收的数据进行MAC（媒体访问控制）地址的封装和解封装，也可以简单的理解为物理寻址。交换机就处在这一层，最小的传输单位——帧	FDDI, Ethernet, Arpanet, PDN, SLIP, PPP，STP。HDLC,SDLC,帧中继	数据链路层
物理层	定义物理设备的标准，主要对物理连接方式，电气特性，机械特性等制定统一标准，传输比特流，因此最小的传输单位——位（比特流）	IEEE 802.1A, IEEE 802.2到IEEE 802.

OSI七层协议数据传输的封包与解包过程:

1.1物理层

建立、维护、断开物理连接

负责发送电信号:主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

1.2数据链路层

数据链路层由来：单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思

数据链路层的功能：定义了电信号的分组方式

以太网协议：

早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet

ethernet规定

一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’
每一数据帧分成：报头head和数据data两部分

head	data

head包含：(固定18个字节)

发送者／源地址，6个字节
接收者／目标地址，6个字节
数据类型，6个字节

data包含：(最短46字节，最长1500字节)

数据包的具体内容

head长度＋data长度＝最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就分片发送

mac地址：

head中包含的源和目标地址由来：ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡，发送端和接收端的地址便是指网卡的地址，即mac地址

mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

广播(局域网内通信)：

有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）

ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即在一个局域网内，所有机器都会收到请求，但是只有一个会响应，这个响应的机器就会把自己的mac地址发给路由器，然后路由器把目标机器的mac地址写上，再发给该机器

arp协议：

arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址

arp协议的的工作过程例子

举一个简单的例子来看看ARP的功能。假如我们的主机（192.168.1.11）需要向开发板（192.168.1.37）发送一个IP
数据包，当发送数据时，主机会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了，也就知道了目标MAC地址为
（04-02-35-00-00-01），此时，主机直接把目标MAC地址写入以太网首部发送就可以了；如果在ARP缓存表中没有找
到相对应的IP地址，此时比较不幸，我们的数据需要被延迟发送，随后主机会先在网络上发送一个广播（ARP请求，以太
网目的地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF），广播的ARP请求表示同一网段内所有主机将会收到这样一条信息：
“192.168.1.37的MAC地址是什么？请回答”。网络IP地址为192.168.1.37（开发板）的主机接收到这个帧后，它有
义务做出这样的回答（ARP应答）：“192.168.1.37的MAC地址是（04-02-35-00-00-01）”。这样，主机就知道了开
发板的MAC地址，先前被延时的数据包就可以被发送了，此外，主机将这个地址对保存在缓存表中，以便后续数据包发送
时使用。

ARP协议的核心就是对ARP缓存表的操作。发送数据包时，查找缓存表以得到目的MAC地址，此外，ARP还需要不断地处理
ARP请求包和ARP应答包，以保证缓存表中各个表项的有效性。ARP的实质就是对缓存表的建立、更新、查询等操作。

1.3网络层

网络层由来：有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，因为不止一台机器在发出请求，会有无数的数据冲击主机!

结论：必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是，

就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包）

网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址

IP地址:标识一台计算机在哪个子网内
ARP:把IP解析成MAC地址，用来在子网内部通信
IP + MAC: 确定世界上唯一一台计算机。
IP + PORT + MAC:确定世界上唯一一个基于网络通信的软件。  # port是端口，表示一个软件在该计算器上的编号

IP协议：

规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
范围0.0.0.0-255.255.255.255
一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1

ip地址分成两部分：

网络部分：标识子网
主机部分：标识主机

注意：单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类，从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网

例：172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网

子网掩码

所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.10.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。

知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。

总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

1.4传输层

传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序，

那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。

传输层功能：建立端口到端口的通信

补充：端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

tcp协议：

可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

以太网头	ip 头	tcp头	数据

udp协议：

不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。

以太网头	ip头	udp头	数据

1.5应用层

应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式

应用层功能：规定应用程序的数据格式。

例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。