OSI 模型中的层和计算机网络协议

什么是 OSI 模型？

OSI 模型是一个逻辑和概念模型，它定义了开放互联系统用于与其他系统进行互联和通信的网络通信。开放系统互联 (OSI 模型) 还定义了一个逻辑网络，并通过使用各种协议层来有效地描述计算机数据包的传输。

OSI 模型的特点

以下是 OSI 模型的一些重要特性

仅在需要明确抽象级别的地方才应创建层。
各层的函数应根据国际标准化协议进行选择。
层数应足够多，以使不同的功能不放在同一层。同时，它应该足够少，以使体系结构不会过于复杂。
在 OSI 模型中，每一层都依赖于下一较低层来执行基本功能。每一层都应能够为上一层提供服务
在一个层中所做的更改不应导致其他层发生更改。

OSI 模型的作用？

帮助您理解网络通信
通过将功能分离到不同的网络层，故障排除更容易。
帮助您了解随着新技术的发展而出现的。
允许您比较不同网络层上的主要功能关系。

OSI 模型历史

以下是 OSI 模型历史中的一些重要里程碑

在 20 世纪 70 年代末，ISO 开展了一项开发通用标准和网络方法的计划。
1973 年，英国的一项实验性分组交换系统确定了定义高级协议的必要性。
1983 年，OSI 模型最初打算作为实际接口的详细规范。
1984 年，OSI 体系结构被 ISO 正式采纳为国际标准

OSI 模型的 7 层

OSI 模型是一个分层的服务器体系结构系统，其中每一层都根据要执行的特定功能进行定义。所有这七层协同工作，将数据从一个层传输到另一个层。

上层：它处理应用程序问题，并且主要在软件中实现。最高层最接近终端系统用户。在这一层，从一个终端用户到另一个终端用户的通信通过应用程序层之间的交互开始。它将一路处理到终端用户。
下层：这些层处理与数据传输相关的活动。物理层和数据链路层也以软件和硬件的形式实现。

上层和下层将网络体系结构进一步划分为七个不同的层，如下所示

应用
表示
Session
传输
网络、数据链路
物理层

让我们详细研究每一层

物理层

物理层有助于定义数据连接的电气和物理规范。这一层建立了设备与物理传输介质之间的关系。物理层不关心协议或其他之类的上层项目。在电信中运行在物理层的一个技术示例是 PRI（一次群速率接口）。要了解有关 PRI 及其工作原理的更多信息，您可以访问这篇文章。

物理层硬件的例子是网络适配器、以太网、中继器、网络集线器等。

数据链路层

数据链路层纠正可能发生在物理层中的错误。该层允许您定义用于在两个连接的网络设备之间建立和终止连接的协议。

它是 IP 地址可理解的层，有助于您定义逻辑寻址，以便可以识别任何端点。

该层还帮助您在网络中实现数据包路由。它有助于您定义最佳路径，从而允许您将数据从源头传输到目的地。

数据链路层细分为两种子层

媒体访问控制 (MAC) 层 - 它负责控制网络中的设备如何访问介质并允许传输数据。
逻辑链路控制层 - 此层负责识别和封装网络层协议，并允许您发现错误。

数据链路层的重要功能

分帧，将网络层的数据分割成帧。
允许您为帧添加标头，以定义源和目标机器的物理地址
添加发送方和接收方的逻辑地址
它还负责将整个消息从源过程传递到目标过程。
它还提供了一个错误控制系统，在该系统中，它可以检测并重新传输损坏或丢失的帧。
数据链路层还提供了一种机制，通过连接在一起的独立网络传输数据。

传输层

传输层建立在网络层之上，以提供从源机器上的进程到目标机器上的进程的数据传输。它通过一个或多个网络托管，并维护服务质量功能。

它决定发送多少数据、在哪里发送以及以什么速率发送。这一层构建在从应用程序层收到的消息之上。它有助于确保数据单元以无错误且按顺序的方式传递。

传输层通过流量控制、错误控制和分段/解分段来帮助您控制链接的可靠性。

传输层还提供成功数据传输的确认，并在未发生错误时发送下一批数据。TCP 是传输层最知名的例子。

传输层的重要功能

它将从会话层收到的消息分成段，并给它们编号以构成序列。
传输层确保消息被传递到目标机器上的正确进程。
它还确保整个消息无错误地到达，否则应重新传输。

网络层

网络层提供了将可变长度的数据序列从一个节点传输到另一个连接在“不同网络”中的节点的功能和程序方法。

网络层的消息传递不保证是可靠的网络层协议。

属于网络层的层管理协议是

路由协议
多播组管理
网络层地址分配。

会话层

会话层控制计算机之间的对话。它有助于您在本地和远程应用程序之间建立、启动和终止连接。

该层根据最终用户的要求请求建立逻辑连接。该层处理所有重要的登录或密码验证。

会话层提供诸如对话控制等服务，可以是全双工或半双工。它主要在使用远程过程调用的应用程序环境中实现。

会话层的重要功能

它建立、维护和结束一个会话。
会话层使两个系统能够进行对话
它还允许一个进程向数据流添加检查点。

表示层

表示层允许您定义两个通信实体之间交换数据的格式。它还帮助您处理数据压缩和数据加密。

该层将数据转换为应用程序可以接受的格式。它还格式化和加密将在所有网络上传输的数据。该层也称为语法层。

表示层的功能

字符编码翻译，从 ASCII 到 EBCDIC。
数据压缩：允许减少需要在网络上传输的位数。
数据加密：有助于出于安全目的加密数据——例如，密码加密。
它提供用户界面并支持电子邮件和文件传输等服务。

应用层

应用程序层与应用程序交互，这是 OSI 模型的最高级别。应用程序层是 OSI 层中离最终用户最近的一层。这意味着 OSI 应用程序层允许用户与其他软件应用程序进行交互。

应用程序层与软件应用程序交互以实现通信组件。应用程序对数据的解释始终超出 OSI 模型范围。

应用程序层的示例是文件传输、电子邮件、远程登录等应用程序。

应用程序层的功能是

应用程序层帮助您识别通信伙伴，确定资源可用性，并同步通信。
它允许用户登录到远程主机
该层提供各种电子邮件服务
此应用程序提供分布式数据库源和对各种对象和服务的全局信息的访问。

OSI 模型层之间的交互

从一个计算机应用程序发送到另一个应用程序的信息需要通过 OSI 的每一层。

下面给出的示例对此进行了说明

OSI 模型中的每一层都与其下方的另外两层以及其在其他网络计算系统中的对等层进行通信。
在下面给出的图中，您可以看到第一个系统的数据链路层与该系统的网络层和物理层进行通信。它还有助于您与第二个系统的数据链路层进行通信。

各层支持的协议

层	名称	协议
第 7 层	应用	SMTP、HTTP、FTP、POP3、SNMP
第 6 层	表示	MPEG、ASCH、SSL、TLS
第 5 层	Session	NetBIOS、SAP
第 4 层	传输	TCP、UDP
第 3 层	网络	IPV5、IPV6、ICMP、IPSEC、ARP、MPLS。
第 2 层	数据链路	RAPA、PPP、帧中继、ATM、光纤电缆等。
第 1 层	物理	RS232、100BaseTX、ISDN、11。

OSI 与 TCP/IP 的区别

以下是 OSI 和 TCP/IP 模型之间的一些重要区别

OSI 模型	TCP/IP 模型
OSI 模型清楚地区分了接口、服务和协议。	TCP/IP 没有在服务、接口和协议之间提供清晰的区分点。
OSI 使用网络层来定义路由标准和协议。	TCP/IP 只使用互联网层。
OSI 模型使用两个独立的层——物理层和数据链路层来定义底层的功能	TCP/IP 只使用一个层（链路）。
OSI 模型中，传输层仅面向连接。	TCP/IP 模型的层既是面向连接的也是无连接的。
在 OSI 模型中，数据链路层和物理层是独立的层。	在 TCP 中，数据链路层和物理层合并为一个主机到网络层。
OSI 报头的最小尺寸为 5 字节。	最小标头大小为 20 字节。

OSI 模型的优点

以下是使用 OSI 模型的主要优点/好处

它帮助您标准化路由器、交换机、主板和其他硬件
降低复杂性并标准化接口
促进模块化工程
帮助您确保互操作性技术
帮助您加速发展
随着技术变化，协议可以被新协议替换。
提供对面向连接服务和无连接服务的支持。
它是计算机网络中的标准模型。
支持无连接和面向连接的服务。
提供适应各种协议的灵活性

OSI 模型的缺点

以下是使用 OSI 模型的一些缺点/不足

协议的匹配是一项繁琐的任务。
您只能将其用作参考模型。
未定义任何特定协议。
在 OSI 网络层模型中，某些服务在许多层中重复，例如传输层和数据链路层
各层不能并行工作，因为每一层都需要等待从前一层获取数据。

摘要

OSI 模型是一个逻辑和概念模型，它定义了用于开放互联和与其他系统通信的系统的网络通信。
在 OSI 模型中，只有在需要明确抽象级别的地方才应创建层。
OSI 层帮助您理解网络通信
1984 年，OSI 体系结构被 ISO 正式采纳为国际标准

层	名称	函数	协议
第 7 层	应用	允许访问网络资源。	SMTP、HTTP、FTP、POP3、SNMP
第 6 层	表示	翻译、加密和压缩数据。	MPEG、ASCH、SSL、TLS
第 5 层	Session	建立、管理和终止会话	NetBIOS、SAP
第 4 层	传输	传输层建立在网络层之上，以提供从源机器上的进程到目标机器上的进程的数据传输。	TCP、UDP
第 3 层	网络	提供互联。将数据包从源头移动到目的地	IPV5、IPV6、ICMP、IPSEC、ARP、MPLS。
第 2 层	数据链路	将比特组织成帧。提供逐跳递送	RAPA、PPP、帧中继、ATM、光纤电缆等。
第 1 层	物理	通过介质传输比特。提供机械和电气规格	RS232、100BaseTX、ISDN、11。