网络世界的脊柱——OSI七层模型

news/2024/10/24 12:32:57/文章来源:https://www.cnblogs.com/yanchuanbin/p/18245422

简介

OSI代表开放系统互联（Open Systems Interconnection），这是国际标准化组织（ISO）提出的一个概念模型，用于描述网络通信的功能划分。简单来说，OSI模型把复杂的网络通信过程分成了七个不同的层次，每一层都有其特定的功能和角色。

每一层都有自己的头数据，在封装和解封的时候需要处理每一层的头部，通常头部定义了发送源和目标的一些信息，比如数据链路层，数据链路层的头部封装了源MAC和目标MAC等信息

物理层

简单点说，物理层就是负责传输“1”和“0”的地方。比如我们家里上网用的网线、光纤、WiFi信号，这些都属于物理层的范畴。它主要管的是“怎么把电信号或者光信号从一个地方传到另一个地方”。所以，网线里传的其实就是一串串的电信号，你可以理解成一堆小电流在网线里“跑步”，这些小电流的组合就形成了数据。

在物理层，我们不用考虑数据是什么，只需要保证这些信号能准确地传输过去。就像我们打电话的时候，电话线传的只是声音的振动，不关心你说的具体内容是什么。所以，物理层的任务就是把这些“振动”准确地传到对方那里，不管这个“振动”是用来干什么的。
WiFi信号其实就是一种电磁波，电脑和路由器通过这些电磁波来传输数据。这里的电磁波就是物理层的“工作工具”。另外，你家里网线插到电脑上，那根网线也是物理层的一部分。再比如光纤宽带，光纤里传输的就是光信号，这也是物理层在工作。

数据链路层

数据链路层就像是网络通信中的“邮递员”。它负责把数据打包成一个个“包裹”（我们叫做“帧”），然后负责把这些“包裹”送到正确的地方，同时还要确保这些“包裹”在传输过程中不出错。

帧概念

想象一下，你要寄一个包裹，你需要把东西装进一个盒子里，写上收件人的地址，然后交给快递员。数据链路层的工作也是类似的，它把数据装进一个“框架”里，这个框架里包括了收件地址（MAC地址）和发送地址，还有一些用于检测错误的东西，就像包裹里的防震材料一样，确保东西安全送达。

MAC地址

数据链路层用的是MAC地址，这有点像每个设备的身份证号码。每个网卡都有一个独一无二的MAC地址，网络中的交换机就是根据这些地址来判断数据应该送到哪里。

交换机

交换机是数据链路层中一个重要的设备。它会根据设备的MAC地址，把数据转发到正确的设备上。可以想象一下交换机是一座大楼里的前台，所有的信件先送到前台，然后前台根据收件人的名字和房间号，把信件分发到各个房间。

网络层

网络层就像是“导航系统”。它负责决定数据包要走哪条路，从发送方到接收方。这个过程叫做“路由选择”。网络层最重要的概念之一就是IP地址。你可以把IP地址想象成网络中的“地址”，每个设备都有一个唯一的IP地址，就像每栋房子都有一个唯一的门牌号一样。当你在网上发信息，数据包就像邮件一样，要根据IP地址找到收件人。

路由器

在网络层中，有一个重要的设备叫做路由器。路由器的作用就像是高速公路上的路标，指引数据包从一台设备走到另一台设备。如果有多条路可以到达目的地，路由器会选择最快的一条。这就像你开车时，GPS会帮你选择最短时间到达目的地的路线一样。

数据包

在网络层，数据被称为数据包。数据包包含了发送地址和接收地址，就像邮寄包裹上的寄件人和收件人地址。网络层负责把这些数据包从发送方的IP地址送到接收方的IP地址，中间可能经过很多路由器，就像包裹在寄送过程中经过很多中转站一样。

数据包分组和重组

因为网络中的数据传输效率问题，有时候一个大的数据会被分成多个小的数据包传输。网络层负责把这些小数据包分开发送，到达目的地后再重新组合起来，就像拼图一样。

网络层的重要性

网络层在网络通信中起着至关重要的作用。它确保数据能够找到最优路径，从一个设备传输到另一个设备。如果没有网络层，我们的数据就像没有导航系统的车辆，很容易迷路，无法到达目的地。

传输层

传输层就像是网络通信中的“可靠搬运工”。它的主要任务是确保数据能够从一个地方安全、完整、准确地搬运到另一个地方。

端口

传输层有一个很重要的概念叫做端口号。你可以把端口号理解为“房间号”。在一个IP地址下，端口号帮助确定具体是哪一个应用程序要接收数据。比如你的电脑有一个IP地址，但你同时在用浏览器上网、用QQ聊天、用邮件客户端收邮件，这些应用程序通过不同的端口号来区分接收到的数据。端口范围0-65535，0-1023为系统占用端口

TCP和UDP

在传输层中，有两个主要的协议，分别是TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。这两个协议就像是两种不同的搬运工，有着不同的工作方式。

TCP

TCP可以理解为“讲究的搬运工”。它在搬运数据时非常仔细，确保每一块数据都能准确无误地送到目的地。如果在搬运过程中有任何数据丢失或者出错，它会重新搬运。这就像你寄包裹时选择了带有追踪和保险的快递服务，确保包裹安全送达。
一个TCP连接通常经历以下几个阶段：
建立连接（SYN-SYN/ACK）：客户端发送SYN包，服务器回应SYN-ACK包，客户端再发送ACK包，完成三次握手。
数据传输：双方开始交换数据。
断开连接（FIN-ACK）：当一方准备结束连接时，发送FIN包，对方回应ACK包，然后等待对方也发送FIN包。
等待关闭（TIME-WAIT）：在双方发送完FIN包并确认对方已接收后，发起关闭的一方进入Time-Wait状态。

UDP

UDP可以理解为“随意的搬运工”。它在搬运数据时不做过多检查，直接把数据发出去，不管对方有没有收到、有没有出错。这样做的好处是速度快，缺点是可靠性低。它就像你寄包裹时选择了普通的平信，没有追踪和保险，只能祈祷包裹顺利到达。
UDP适用于那些对速度要求高、对可靠性要求不那么高的应用，比如视频直播、在线游戏等。