【计算机网络】OSI七层模型完全指南：从比特流到应用交互的逐层拆解

导读

大家好，很高兴又和大家见面啦！！！

在上一篇内容中我们介绍了计算机网络协议、接口与服务的相关内容：

• 协议指的是计算机网络中数据交换的规则、标准与约定。由语法、语义与同步三部分组成。
• 接口是分层结构中，相邻层之间通信的通道。
• 服务是下层为紧邻的上层提供的功能调用。
• 服务的三种分类：
  • 面向连接服务与无连接服务
  • 可靠服务与不可靠服务
  • 有应答服务与无应答服务

在今天的内容中我们将会介绍计算机网络中的OSI参考模型的内容，下面我们直接开始今天的内容吧！！！

一、概念

由国际标准化组织（ISO）提出的网络体系结构模型称为开放系统互连参考模型（OSI/RM），简称OSI参考模型。

OSI参考模型有7层，自下而上（第1~7层）依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

二、模型层次结构

2.1 物理层（Physical Layer）

传输单位：比特
功能：通过物理介质（如电缆、光纤、无线电波）为数据端设备透明地传输原始比特流​（0和1）。
​关键设备：网线、集线器（Hub）、中继器（Repeater）。
​协议/技术：以太网（物理部分）、USB、蓝牙的物理层规范。

物理层主要研究以下内容：

1. 定义电路接口参数：
   • 通信链路与通信结点的连接需要一些电路接口，物理层规定了这些接口的一些参数，如机械形状和尺寸、引脚的数量与排列等。
2. 定义传输信号含义、电气特征：
   • 物理层规定了比特流与物理信号之间的映射关系，即用何种物理现象表示二进制数据。例如：在电缆中规定高电压+3V表示1，低电压-3V表示0。
   • 物理层还规定了信号传输的电气特性，确保信号在介质中稳定传输，避免失真或衰减。例如：USB 2.0规定电压为+5V，最大电流500mA。

2.2 数据链路层（Data Link Layer）​

传输单位：帧
​功能：将比特流组织成数据帧，通过MAC地址实现局域网内设备间的直接通信，并处理错误检测。
​关键设备：交换机（Switch）、网桥（Bridge）。
​协议/技术：以太网（MAC协议）、Wi-Fi（IEEE 802.11）、PPP（点对点协议）。

两台主机之间的数据传输总是在一段一段的链路上进行的，这就需要使用专门的链路协议。主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造为逻辑上无差错的数据链路。

数据链路层将网络层交来的IP分组封装成帧，并且可靠地传输到相邻节点的网络层，实现节点之间的差错控制和流量控制的功能。

2.3 ​网络层（Network Layer）​

传输单位：数据报
​功能：通过逻辑寻址（如IP地址）​确定数据包的路径（路由），实现跨网络的通信。
​关键设备：路由器（Router）。
​协议/技术：IP（IPv4/IPv6）、ICMP（Ping）、OSPF（路由协议）。

网络层关心的时通信子网的运行控制，主要任务是将网络层的协议数据单元（分组）从源主机传输到目的主机，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。关键问题是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互联等功能。网络层既提供有连接可靠的虚电路服务，又提供无连接不可靠的数据报服务。

2.4 ​传输层（Transport Layer）​

传输单位：报文段
​功能：提供端到端的可靠或不可靠数据传输，管理流量控制、错误恢复和数据分段。
​关键协议：TCP（可靠传输，如网页浏览）、UDP（不可靠但高效，如视频流）。

传输层负责主机中两个进程之间的通信，提供端到端的流量控制、差错控制、连接建立与释放、可靠传输管理等服务，传输层仅提供有连接可靠的服务。

数据链路层提供的是点到点通信。所谓的点到点通信，指的是相邻节点之间的通信，比如主机与中继系统之间的通信；
传输层提供的是端到端通信。所谓的端到端通信，指的是两台主机的应用程序之间的通信，比如微信与微信之间的通信；

通过传输层的屏蔽，高层用户看不到通信子网的交替与变化。因为一台主机可同时运行多个进程，所以传输层具有复用和分用的功能。

• 复用是指多个应用层进程可以同时使用下面传输层的服务
• 分用是指传输层将收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程

2.5 ​会话层（Session Layer）​

传输单位：数据
​功能：建立、管理和终止设备间的会话​（Session），协调通信过程。
​示例：断点续传、远程登录（如SSH会话的建立与维护）。

会话层允许不同主机上的各个进程之间进行会话。这种服务主要为表示层实体或用户进程建立连接，并在连接上有序地传输数据，这就是会话，也称为建立同步。会话层主要负责管理主机间的会话进程，包括建立、管理和终止进程间的会话。会话层包含一种称为检查点的机制来维持可靠会话，使通信会话在通信失效时从检查点继续恢复通信，即端点下载的原理。

2.6 ​​表示层（Presentation Layer）​

传输单位：数据
​功能：处理数据的格式转换​（如加密、压缩、字符编码），确保应用层能正确解析数据。
​示例：SSL/TLS加密、JPEG图像压缩、ASCII/Unicode编码转换。

表示层主要处理在不同主机中交换信息的表示方式。不同机器采用的编码和表示方法不同，为了使不同表示方法的数据和信息之间能够互相交换，表示层采用抽象的标准方法定义数据结构，并采用标准的编码形式。此外，数据压缩、加密和解密也是表示层的功能。

2.7 应用层（Application Layer）​

传输单位：消息或数据
​功能：直接为用户应用程序提供网络服务接口。
​常见协议：HTTP（网页）、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件）、DNS（域名解析）。

应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI参考模型环境的手段。用户的实际应用多种多样，这就要求应用层采用不同的应用协议来满足不同类型的应用要求，因此应用层是最复杂的一层，使用的协议也最多。

结语

在今天的内容中我们介绍了OSI参考模型的相关内容：

• OSI参考模型为开放系统互连参考模型
• 模型共有7层，自下而上分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

今天的内容到这里就全部结束了，在下一篇内容中我们将介绍《TCP/IP参考模型》的相关内容，大家记得关注哦！

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