OSI七层网络参考模型

一、物理层

我们要发送出去的数据在计算机里只不过是无数的0和1,0或1就叫做比特,物理层就是把这些比特用不同的媒介传输出去,可以用电、光或者其他形式的电磁波来表示和传输信号,数据从网络接口出去以后,会经过不同的网络拓扑,并不是一条线走到底,因此需要中继器和集线器这样的设备,但还是不够,信号要去到哪台设备是需要定向的,因此需要高级点的数据网络模型。

二、数据链路层

在数据链路层这里,比特会被封装成帧,帧就是这一层表示数据的特殊名字而已,在封装的时候会加上MAC地址,也就是物理地址,网卡出厂的时候就有着全球唯一的MAC地址,为了可以通过MAC地址对不同设备进行数据的传输,就出现了交换机,比方说这里有一台交换机,连接多台主机,发送端发送数据的时候,交换机就知道了发送端的MAC地址,如果此时交换机也知道接收端的MAC地址,就可以把数据直接发送过去了,物理地址就是这样一跳一跳的进行传递,另外因为物理层在传输0和1的时候,可能会0变成1或者1变成0,会进行差错检测,以及一定的差错纠正,另外设备之间的传输能力以及接受能力也是个问题,很可能这边喷水式发送,另一边”夹缝“式接受,因此需要流控制来避免这种不对称,我们知道互联网是一张大网,如果用MAC物理地址作为唯一的寻址方式是不科学的,比如我和你买了同一个厂出的网卡,我和你的网卡如果差别就只有一个字母,但是物理地址相距十万八千里,物理地址此时就很难做出快速定位,就相当于我知道你的名字,但不知道你住哪里,找不到你,因此需要ip地址来进行寻址和路由选择,IP这样的逻辑地址就是实现端到端的基础了,而不是物理地址那样跳到跳传输。

三、网络层

说到路由选择,也就是说路由器也是网络层的核心,包就是网络层里数据的名字,在封装为二层的帧之前就是包,路由器根据包里的IP地址进行路由转发,地址管理和路由选择就是这一层的核心,虽然有MAC和IP地址可以抵达对方主机,但是对方主机可能运行这无数多个软件进程,假设我用 谷歌和火狐浏览器同时登陆网站,如何让数据去到指定的软件服务上,就需要用到端口号作为地址来定位了,比如客户端这里生成不同的端口号,即使同时访问HTTP端口号80也是没问题的,根据不同的源端口号来做出响应就可以了。

四、传输层

所以传输层在网络层端到端的基础上,实现了服务进程到服务进程的传输,段就是传输层里数据的名字,在封装为3层包之前的就是段,传输层管理两个节点之间的数据的传输,负责可靠传输和不可靠传输,也就是大家熟知的协议TCP和UDP,其中TCP允许应用把字节流变成多份段,而不是整个字节数据完整的发送出去,传输层还有流量控制来确保传输速度,再加上错误控制来进行数据完整的接收。

五、会话层

会话层比如说现在登录了某个网站,网站服务可以保持你的登录状态,不用每次都输入账号和密码,当然网站服务会管理和控制登陆状态,另外会话层还负责同步服务,比方说上次看电影中途退出了,再次登录账号时候,就可以自动同步到上次看到的时间段。

六、表示层

不同计算机内部的各自表达方式可能不太相同,表示层就来负责这样的转换,也就是编码和解码,数据往往还需要进行加密,比方说HTTPS就会对我们的数据进行加密和解密,另外我们还需要给文件瘦身,压缩也是这一层负责的。

七、应用层

应用层表示层和会话层的数据统称为应用数据,或者应用负载,也可以叫上层数据,同时也是教科书上说的报文,数据在各层的名字分别是,报文、段、包、帧和比特,就地址来说,有端口号,IP逻辑地址和MAC物理地址,就传输功能来讲,有服务进程到服务进程,端到端,还有跳到跳。

总结

了解了各层的作用,就可以把各层之间联系起来,客户端要发送数据,也就是报文,报文来到传输层就,加上端口号,封装成段,段来到网络层封装成包,注意这里的包是包含有目标IP地址的,毕竟你要知道数据要发送到什么地方,但因为目标IP地址不是同一个网络下的,要发送到其他的网络,就需要经过默认网关,现在就出现了一个问题,客户端主机最初并不知道默认网关的MAC地址,没有办法封装成帧,这个时候就可以用ARP协议进行广播,找到网关IP对应的MAC地址,把包封装成帧,源MAC地址填自己的,目标MAC地址填广播地址,假设当前网络有个二层交换机,这个交换机只需要记录下不同的接口对应的MAC地址就好了,交换机收到广播后就帮忙发送出去”人手一份“,所以默认网关收到消息后,查看了帧,发现了发送端的MAC地址,再解封发现包里面的IP地址,就会把客户端MAC地址和IP地址关联为一台主机,同时默认网关会把自己的IP地址放入包里,再结合自己的MAC地址封装成帧,默认网关就这样做出响应,这样原路返回,发送端就知道默认网关的MAC地址了,现在就可以封装成帧,并且传输数据,比特流到了默认网关的时候,解封为帧发现是发送给自己的,再解封为包查看到目标IP地址是在另一个网络中的,就会进行路由转发,最终到达目的网络,如果目标网关知道目标IP地址和MAC地址是哪台主机封装成帧就可以直接发送过去了,如果不知道也还是可以用ARP广播下就好了,目标主机收到包确认是自己的IP地址以后,解封查看段可以发现源和目标端口号,用目标端口号给到指定的应用程序,应用程序处理好以后,就可以按照源的信息做出响应,回去的原理也是一样的。

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