OSI七层模式

2021/09/15 网络

OSI模型是从底层往上层发展起来的

这个模型推出的最开始,是因为美国人有两台机器之间进行通信的需求。

需求1:

科学家要解决的第一个问题是,两个硬件之间怎么通信。具体就是一台发些比特流,然后另一台能收到。

于是,科学家发明了物理层:

主要定义物理设备标准,如网线的接口类型、光纤接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1/0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后再转化为1/0,也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。

需求2:

现在通过电线能发数据流了,但是,我还希望通过无线电波,通过其它介质来传输。然后我还要保证传输过去的比特流是正确的,要有纠错功能。

于是,发明了数据链路层:

定义了如何让格式化数据以进行传输,以及如何控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正,以确保数据的可靠传输。

需求3:

现在我能发正确的发比特流数据到另一台计算机了,但是当我发大量数据时,可能需要好长时间,例如一个视频格式的,网络会中断好多次(事实上,即使有了物理层和数据链路层,网络还是经常中断,只是中断的时间是毫秒级别的)。

那么,我还必须保证传输大量文件时的准确性。于是,我要对发出去的数据进行封装。就像发快递一样,一个个地发。

于是,先发明了传输层(传输层在OSI模型中,是在网络层上面)

例如TCP,是用于发大量数据的,我发了1万个包出去,另一台电脑就是要告诉我是否接受到了1万个包,如果缺了3个包,就告诉我是第1001,234,8888个包丢了,那我再发一次。这样,就能保证对方把这个视频完整接收了。

例如UDP,是用于发送少量数据的。我发20个包出去,一般不丢包,所以,我不管你收到多少个。在多人互动游戏,也经常用UDP协议,因为一般都是简答的信息,而且有广播的需求。如果用TCP,效率就很低,因为它会不停地告诉主机我收到了20个包,或者我收到了18个包,再发我两个!如果同时有1万台计算机都这样做,那么用TCP反而会降低效率,还不如用UDP,主机发出去就算了,丢几个包你就卡一下,算了,下次再发包你再更新。

TCP协议是会绑定IP和端口的协议

需求4:

传输层只是解决了打包的问题。但是如果我有多台计算机,怎么找到我要发的那台?或者,A要给F发信息,中间要经过B,C,D,E但是中间还有好多节点如K,J,Z,Y.。我怎么选择最佳路径?这就是路由要做的事。

于是,发明了网络层。即路由器,交换机那些具有寻址功能的设备所实现的功能。这一层定义的是IP地址,通过IP地址寻址。所以产生了IP协议。

需求5:

现在我们已经保证给正确的计算机,发送正确的封装过后的信息了。但是用户级别的体验好不好?难道我每次都要调用TCP去打包,然后调用IP协议去找路由,自己去发?当然不行,所以我们要建立一个自动收发包,自动寻址的功能。

于是,发明了会话层。会话层的作用就是建立和管理应用程序之间的通信。

需求6:

现在我能保证应用程序自动收发包和寻址了。但是我要用Linux给windows发包,两个系统语法不一致,就像安装包一样,exe是不能在Linux下用的,shell在Windows下也是不能直接运行的。

于是需要表示层(presentation),帮我们解决不同系统之间的通信语法问题。

需求7:

应用层

与其它计算机进行通讯的一个应用,它是对应应用程序的通信服务的。

如FTP、SMTP、TELNET

socket:

这不是一个协议,而是一个通信模型。主要用来一个电脑的两个进程间通信,然后把它用到了两台电脑的进程间通信。所以,可以把它简单理解为进程间通信,不是什么高级的东西。主要做的事情就是:

A发包:发请求包给某个已经绑定的端口(connect函数);收到B的允许;然后正式发送;发送完了,告诉B要断开链接;收到断开允许,马上断开,然后发送已经断开信息给B.

B收包:绑定端口和IP(bind函数);然后在这个端口监听(listen函数);(accept函数)接收到A的请求,发允许给A,并做好接收准备,主要就是清理缓存等待接收新数据;然后正式接收;接受到断开请求,允许断开;确认断开后,继续监听其它请求。

可见,socket其实就是I/O操作。socket并不仅限于网络通信。在网络通信中,它涵盖了网络层、传输层、会话层、表示层、应用层–其实这都不需要记,因为socket通信时候用到了IP和端口,仅这两个就表明了它用到了网络层和传输层;而且它无视多台电脑通信的系统差别,所以它涉及了表示层;一般socket都是基于一个应用程序的,所以会涉及到会话层和应用层。

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物理层:设备间通信有线介质接口规范,传输比特流的媒介; 数据链路层:还可以支持无线介质,规范传输数据格式规范,做些拦截、校验; 传输层:比如大文件传输需要持续很长时间,通过传输层可以一个包一个包进行传输,如TCP; 网络层:发送接收需要寻址,多个节点传输最终的目的地需要明确。即路由器,IP寻址; 会话层:频繁TCP打包、IP寻址,需要建立会话,自动打包及寻址; 表示层:解决不同系统间的通信语法问题; 应用层:通讯的应用,应用程序的通信服务,如:SMTP、FTP;

Reference:

https://baike.baidu.com/item/%E7%BD%91%E7%BB%9C%E4%B8%83%E5%B1%82%E5%8D%8F%E8%AE%AE/6056879

https://www.cnblogs.com/aspirant/p/10813139.html

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