计算机网络基础知识（三）—— 什么是OSI七层模型？

OSI七层模型是Open Systems Interconnection Reference Model的缩写，是由国际标准化组织（ISO）开发的一种参考模型，旨在促进不同厂商、不同系统之间的通信和互联。该模型被设计为一种通用的网络架构模型，用于指导在分布式计算系统中通信协议的设计和实现。

00 | 🛸发展史🛸

OSI模型是1984年由国际标准组织（ISO）开发的，作为一种参考模型，而并非实际应用。该模型将计算机网络通信过程划分为7个层次，每个层次都有特定的功能，各层次之间通过协议进行通信。OSI模型的制定旨在解决计算机之间的通信问题，从而使不同计算机在数据传输方面具有通用性。

在OSI模型之前，各个厂商都有自己的通信协议，网络通信存在互不兼容和不互通的问题。而OSI模型的出现，使得所有通信环节都有了一个清晰的规范，从而实现了不同厂商、不同系统之间的互通性。不过，由于实际上在实现网络通信时，通常使用TCP/IP（传输控制协议/因特网协议）作为通信协议族，因此OSI模型并未如期望般广泛应用。

尽管OSI模型并未大规模应用于实际网络中，但它在网络通信方面仍然具有理论意义和应用价值，它为我们理解网络通信提供了系统性、层次性的思路。

01 | 🛸OSI七层参考模型🛸

当我们在互联网上进行通信时，数据需要经过多个传输节点，每个节点都可能使用不同的通信协议进行数据包交换，而为了确保不同节点之间数据的有效传输和正确解释，一种统一的、标准化的、层次化的通信模型被提出，这就是OSI七层模型（Open Systems Interconnection Reference Model，开放系统互联参考模型）。

OSI七层模型是一种抽象的模型，定义了不同层次间的数据的通信方式，将整个互联网通信过程划分为七个独立的层次，由低层至高层分别为：$物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层$
每个层次都有独立的功能和任务，通过这种分层方式，避免了各个层次之间功能相互依赖、相互影响的问题，同时也方便了不同协议的选用和替换。

• 通信子网 && 资源子网

  

  计算机网络按照数据通信和数据处理的功能可以分为两层：内层通信子网、外层资源子网

  • 内层通信子网：（上图中虚线内的）的节点计算机和和高速通信线路组成了独立的数据系统，承担全网的数据传输、交换、加工和变换等通信处理工作，即将一台计算机的输出信息传送到另一台计算机

  • 外层资源子网：（上图虚线外的）所有网络设备以及各种软件资源等，负责全网的数据处理和向网络用户提供网络资源以及网络服务

• OSI七层参考模型的特性

  1. 它是一种将异构系统互连的分层结构；

  2. 提供了控制互连系统交互规则的标准框架；

  3. 定义了一种抽象结构，而非具体实现的描述；

  4. 不同系统上相同层的实体称为同等层实体；

  5. 同等层实体之间的通信由该层的协议管理；

  6. 相邻层间的接口定义了原语操作和低层向高层提供服务；

  7. 所提供的公共服务是面向连接和无连接的数据服务；

  8. 直接的数据传输仅在最低层实现；

  9. 每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层；

• 各层功能

OSI七层参考模型中的1_{3层主要负责通信功能，一般称为**通信子网层**；上3层（5}7）属于资源子网层的功能范畴，称为资源子网层；第四层的传输层起着承上启下的作用，下面对OSI七层模型的每一个层级进行简要介绍：

1. $物理层（PhysicalLayer）$
   物理层是OSI七层模型的底层，主要负责物理设备的数据传输，它将比特流转化为具体的电信号或光信号进行物理传输，处理的单元是比特（0或1），特点是传输速度快，但不能纠错。

2. $数据链路层（DataLinkLayer）$
   数据链路层建立在物理层之上，主要负责点对点通信的数据传输，它将物理层传输的数据流转化为帧（Frame）进行传输，处理的信息单位为帧（Frame），提供流量控制、差错检测、纠错等功能。

3. $网络层（NetworkLayer）$
   网络层主要负责数据包的传输和路由选择，它接收来自数据链路层的帧，然后将这些帧组装成包（Packet），并加上目的地址和源地址以及各种控制信息，为数据包提供了传输路径的选择、拥塞控制、数据包分割和重组等功能。

4. $传输层（TransportLayer）$
   传输层主要负责面向连接的数据传输，是OSI七层模型中最核心的一层，它在网络层之上提供透明的数据传输服务，面向连接的传输方式能够提高数据传输的可靠性，并且支持可靠的错误恢复处理、数据重传机制、流量控制等。

5. $会话层（SessionLayer）$
   会话层主要负责建立、管理和结束会话，通过在数据交换时分配相关标识来确保正确的通信，同步发送端和接收端的数据传输，在表示层之上，可对传输的数据进行加密或解密。

6. $表示层（PresentationLayer）$
   表示层主要负责数据格式的转换和处理，使不同计算机之间的数据格式能够兼容，与应用层进行数据格式交互，如UBF、ASN1、ASCII、BCD等格式的转换，还负责数据加密、解密、压缩、解压缩等功能。

7. $应用层（ApplicationLayer）$
   应用层是OSI七层模型的最高层，也是最靠近用户的一层，主要负责面向用户的通信服务，提供用户接口、用户数据、应用程序之间的交换等功能，在应用层之上，通常会有一些面向特定领域的协议，如HTTP、FTP、SMTP等。

总的来说，OSI七层模型将互联网通信过程分为七个独立的层次，每个层次都有不同的功能和任务，通过分层的方式方便了不同协议的选用和替换，同时避免了各个层之间功能相互依赖和相互影响的问题，提高了网络通信的可靠性和稳定性。

02 | 🛸OSI七层参考模型的信息流向🛸

如上图，A系统用户向B系统用户传送数据的信息流向如下：

1. A数据先进入应用层，该层给数据加上一个强制信息（AH数据头），数据送往下一层表示层；

2. 表示层对进入的数据按照协议进行必要的变换后也加上了强制信息（PH数据头），数据送往下一层会话层；

3. 会话层对进入的数据也加上强制信息（SH数据头），数据送往下一层传输层；

4. 传输层对进入的数据按照协议进行对长报文的分段后加上强制信息（TH数据头），数据送往下一层网络层；

5. 网络层将信息变成报文分组，并加上组号NH，将数据传送到下一层的数据链路层；

6. 数据链路层将进入的信息加上强制信息（DH数据头和DT数据尾），形成数据帧，传送到下一层的物理层；

7. 物理层将接收到的数据按位发送到B的物理层中；

8. B接收到消息后，按照A发送消息的信息反流向进行数据解析，最后获取原始信息给到B系统用户

从上的步骤可以看出，实际上只有在物理层的时候才开始实际的传输，其余各层都是对数据进行封装的虚假传输。