开放系统互联（OSI，Open Systems Interconnection）模型，这一国际标准化组织（ISO）提出的理论框架，是计算机网络通信领域内不可或缺的基础工具。如同语法和句法对于构建和解析语言的重要性一样，OSI模型将复杂的网络通信过程分解为七个逻辑层，每层分别承担着数据处理、传输及交换的不同职责，从物理层到应用层依次为：物理层（Physical Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）、应用层（Application Layer）
例如：在OSI模型中，物理层关注的是信号的物理传输介质和接口规范，确保原始比特流能在网络中有效传播；而网络层则专注于路由选择和逻辑寻址，以确定数据在网络中的最佳传输路径。传输层则负责端到端的数据可靠传输，如TCP协议就实现了这一层次的主要功能。
学习和运用OSI模型，并非单纯记忆各层次名称及其功能，而是要把握其内在逻辑，了解每一层如何与其上下层协同工作，以及在实际网络环境如因特网中如何映射和对应到具体的协议栈。掌握这一模型有助于深入洞察网络故障的原因，优化网络性能，以及在设计新的网络解决方案时遵循统一的原则和标准。
正是有了像OSI模型这样的理论基石，全球范围内的因特网才能成为一个既复杂又精密的实体，无论地域多么遥远，都能无缝链接起亿万个计算系统，实现高效的信息交换与互动，进而推动社会信息化进程的不断深化与拓展。
向因特网人致敬！
? 常见网络术语
? 什么是 OSI 模型
? OSI 第一层 物理层
? OSI 第二层 数据链路层
? OSI 第三层 网络层
? OSI 第四层 传输层
? OSI 第五层 会话层
? OSI 第六层 表示层
? OSI 第七层 应用层
? 数据在 OSI 模型中如何流动
在开始了解OSI 之前，我们先熟悉一下常见网络术语，以便我们增进对文章的李姐。
在网络中，节点（node）是指连接到网络的物理电子设备，比如电脑、打印机、路由器等，它们能够在网络上进行信息的收发。节点可以直接相邻连接，也可以通过中间设备如交换机或路由器进行连接。
通常情况下，路由器连接网络到因特网，而交换机用于网络内部通信。主机（host）则是指需要具有 IP 地址的节点，它们也是网络中的一种节点，但并非所有的节点都是主机。
举个例子：
节点可以彼此相邻，其中的节点 A 可以直接连接到节点 B。节点之间也可以有中间节点，例如节点 A 和节点 B 之间可以放置一个交换机或路由器。
链路（link）是连接网络中节点的通信路径，可以是有线的（如以太网）或无线的（如WiFi）。它可以是点对点的，连接两个节点之间的通信路径，也可以是多点的，连接多个节点之间的通信路径。在信息传输中，我们可以将链路看作是一对一的关系，表示一条链路连接两个节点，也可以是一对多的关系，表示一条链路连接多个节点。
举个例子：
协议（protocol）是一组相互商定在网络通信中使用的规则，用于网络中节点数据的传输和交换。它定义了通信双方应该如何建立连接、传输数据、处理错误以及终止通信等方面的行为。
协议定义了管理通信过程中语法（可通信的内容）、语义（如何通信）以及同步（何时通信以及通信的速度）的规则。协议可以由硬件、软件或二者的组合实现。协议可以由任何人创建，但是最被广泛采纳的协议都是基于标准的。 —— The Illustrated Network
协议也可以由硬件、软件或二者的组合实现，并且可以用于有线和无线链路上。
尽管任何人都可以创建协议，但基于因特网组织发布的标准的协议通常是最被广泛采纳的。
例如，因特网工程任务组（IETF，Internet Engineering Task Force）主要目标是协调制定因特网标准，发布的标准协议被广泛应用于因特网及其相关网络中。
网络（network）是指一组计算机、打印机或任何其他想要共享数据的设备的通用术语。网络的类型包括：
拓扑（topology）描述了网络中节点和链路如何组合在一起的方式。通常，拓扑可以用图形方式表示，以显示网络中的物理或逻辑连接方式。
常见的网络拓扑类型包括：
网络拓扑不仅描述了物理连接方式，还可以描述逻辑连接方式。无论网络的规模和复杂程度如何，通过学习 OSI 模型和七层网络，可以更好地理解计算机网络中发生的各种事情，包括节点、链路以及管理节点间数据传输的协议。
OSI 模型由七层网络组成，在介绍七之前，我们先了解一下层（layer）是什么？
在计算机网络中，层（layer）是对网络功能和行为进行分类和分组的一种方式。在 OSI 模型中，层的组织结构从最具形态和最物理的层到不太有形、虚拟但更接近最终用户的层。
每一层都抽象了低层的功能，直到达到最高层。最终用户通常只看到网络的最高层，而不了解其他层的细节和内部运作。
如何记住所有层的名字呢？So Easy。
请不要把暗号告诉任何人（Please Do Not Tell the Secret Password to Anyone）。
需要注意的是，尽管某些技术在逻辑上可能属于某一层，但并非所有技术都完全符合 OSI 模型中的单个层。例如，以太网、IEEE 802.11（Wifi）和地址解析协议（ARP）可能在多个层上都有所作用。
OSI 模型是一个用于理解和描述计算机网络的框架，而不是一组严格的规则。
在 OSI 模型中，第一层是物理层。物理层涉及的内容非常广泛，包括：
节点（设备）和网络硬件：
设备接口机制：
功能和程序逻辑：
电缆协议和规范：
电缆类型：
信号类型：
信号传输方法：
? 在 OSI 模型的第一层，物理层的数据单元是比特（bit）
物理层它涉及到网络通信的物理传输和传输介质。数据的最小单元是比特（bit）。
比特是可传输数字信息的最小单元，它可以表示为0或1，是二进制编码的基本元素。字节（byte）由八个比特组成，用于表示单个字符、数字或符号等。
数据传输的速率，也称为传输速率，通常以每秒或每毫秒传输的比特数量来衡量。这个速率取决于硬件设备的支持情况，而比特则被发送到或从设备传出。
比特传输通常是同步的，这意味着在单位时间内发送和接收的比特数量是相等的，这被称为比特同步。传输方式取决于信号的传输方式，可以是有线的或无线的。
在节点之间的通信中，节点可以发送比特、接收比特，或同时进行发送和接收操作。根据节点的功能，可以将节点划分为单工、半双工和全双工模式：
最初的以太网是半双工的，但现在也可以选择全双工的以太网，这取决于使用的设备和网络配置。
通过了解物理层的工作原理和特性，我们可以更好地理解网络通信的基础，并且可以根据需求选择适合的网络设备和传输方式。
在 OSI 模型中，第二层是数据链路层，数据链路层主要负责定义数据的传输格式、数据流量的控制以及错误的检测。它承担着以下任务：
线路规划：
流量控制：
错误控制-检测和校正：
它有两个子层：介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。
? 介质访问控制（MAC，Media Access Control）子层：
? 逻辑链路控制（LLC，Logical Link Control）子层：
? 在 OSI 模型的第二层，数据单元被称为帧（frame）。
每个帧由三部分组成：
帧头（Frame Header）：帧头通常包含了源节点和目标节点的 MAC 地址。MAC 地址用于唯一标识网络中的设备。帧头还可能包含其他控制信息，如帧的起始和结束标记，以及帧的类型。
主体（Payload）：主体部分包含了要传输的实际数据，它由一系列比特组成。主体的内容可以是任何需要在网络节点之间传输的信息，如文本、图像、音频或视频数据。
帧尾（Frame Trailer）：帧尾通常包含了错误检测信息，用于确定帧在传输过程中是否发生了错误。常见的错误检测技术包括循环冗余校验（CRC，Cyclic Redundancy Check）和帧校验序列（FCS，Frame Check Sequence）。如果帧尾中的错误检测信息表明帧存在错误，那么根据网络配置或协议的要求，该帧可能会被丢弃，或者错误信息会被报告给上层协议以进一步处理。
帧的大小通常受到最大传输单元（MTU，Maximum Transmission Unit）的限制。MTU 是指数据链路层可以传输的数据帧的最大大小。如果帧的大小超过了MTU，它就被称为巨型帧。网络设备和协议通常会规定特定的MTU值，以确保网络的正常运行和数据传输的有效性。
帧是数据链路层中用于传输数据的基本单元，它包含了源节点和目标节点的地址信息、实际数据以及错误检测信息。通过对帧的组成和结构的理解，可以更好地管理和维护网络通信，确保数据的安全和可靠传输。
在 OSI 模型的第三层，也就是网络层，主要负责网络间的通信和数据包的路由。在这一层，我们使用路由器来实现网络间或跨网络的信息传输。
下面是网络层的一些重要概念和特点：
网络层的任务是确保数据包从源节点传输到目标节点，即使这些节点位于不同的网络中也能实现。通过路由器的路由功能，网络层能够有效地管理数据包的传输路径，并确保数据在网络间的顺利传输。
在网络层的作用下，数据包能够跨越不同的网络并到达目标地址，实现了网络间的通信和连接。
? 在 OSI 模型的第三层，数据的基本单元是数据包（data packet）。
数据包是网络通信中的基本单元，它负责承载和传输数据。通常，每个数据包都包含一个帧和一个 IP 地址信息的包装。这意味着帧被第三层的地址信息封装，以便在网络中正确地路由和传送。
数据包中传输的实际数据通常被称为负载（payload）。这个负载是数据包携带的信息，它可能是文本、图像、音频、视频或任何其他形式的数据。每个数据包都包含了到达目的地所需的全部信息，包括源和目标的地址以及负载数据。然而，尽管数据包携带了这些信息，但是它能否成功抵达目的地则取决于网络中的路由和传输条件。
第三层的传输是无连接的和尽力而为的。这意味着网络层将数据包发送到目标地址，但不保证数据包的成功到达。网络层的主要任务是根据目标地址路由数据包，并尽力将其传递到正确的目的地。如果数据包在传输过程中遇到了问题，比如网络拥塞、路由故障或丢包，网络层通常不会进行错误处理或重新传输。这种无连接的传输方式使得网络更加灵活，但也意味着应用层需要负责处理数据的可靠性和完整性。
? 举个例子：
当你通过网络向远程服务器发送请求时，你的数据被分割成数据包，并附上目标服务器的 IP 地址。这些数据包经过网络层的路由选择算法，被传输到正确的目的地。如果网络中出现了拥塞或其他问题，某些数据包可能会丢失或延迟，但网络层不会主动进行数据包的重新传输。相反，这些问题可能需要由更高层的协议（如 TCP）来处理，以确保数据的可靠传输。
OSI模型的第四层，被称为传输层。传输层的主要任务是在源节点和目的节点之间提供端到端的通信服务，它负责管理数据的可靠传输，确保数据在网络中的正确交付。
? 在传输层，数据包通常被分段，这意味着数据被拆分成小片并在网络中传输。与第三层不同，传输层要理解整个消息，而不仅仅是每个独立的数据包。根据对整个消息的理解，传输层不会一次性发送所有数据包，而是根据需要管理网络拥塞。
? 传输层的数据单元有几个不同的名字，对于 TCP 协议而言，数据单元是数据包。而对于 UDP 协议而言，包被称为数据报（datagram）。
? 在第四层中，两个最著名的协议是传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）和用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）
TCP 是一种面向连接的协议，其重点在于保证数据的质量而非速度。TCP 显式地与目的节点建立连接，并要求在数据传输时进行源节点与目的节点之间的握手操作。这种握手可以确认数据已被接收，如果数据丢失，TCP 会要求进行重传。此外，TCP 还能够确保数据包以正确的顺序交付或者重组。
相反，UDP 是一种无连接的协议，其重点在于速度而非数据的质量。UDP 不要求进行握手，因此也被称为无连接的协议。UDP 可以更快地发送数据，但并不保证所有数据都能成功传输，也无法确认数据包的顺序。
无论是 TCP 还是 UDP，它们都将数据发送到网络设备上的特定端口，每个网络设备都有自己的 IP 地址。IP 地址和端口号的组合被称为套接字（socket）。通过使用套接字，TCP 和 UDP 可以确保数据被正确地发送和接收。
? 举个例子：
当你通过浏览器访问网页时，通常会使用TCP协议来传输数据，因为网页的完整性和顺序性对用户体验至关重要。而在进行实时音视频通话时，可能会选择使用UDP协议，因为它能够提供更低的延迟和更高的传输速度，对于实时性要求较高的数据传输更加适用。
OSI模型的第五层，也称为会话层，承担着建立、维持和终止会话的任务。这里的“会话”指的是两个网络应用之间的连接，这种连接是双方事先商定好的，并且在通信期间保持活动状态。
在会话层，会话被视为在应用程序之间建立的一种逻辑连接，其中包含了一系列的请求和响应。这些会话可以是短暂的，也可以是长时间的，具体取决于应用程序的需求和网络条件。
在会话层，有一些重要的概念需要考虑：
客户端与服务器：通信的一方通常被称为客户端，而另一方则被称为服务器。客户端发起请求，服务器响应请求并提供所需的服务或信息。
请求与响应：会话期间会有来回的信息请求和响应。客户端向服务器发送请求，服务器则返回响应。这种请求-响应的模式是会话层通信的基础。
? 举个例子:
假设你正在使用一个在线聊天应用程序与朋友进行聊天。在这个场景中，会话层的作用如下：
会话建立：当您启动聊天应用程序并选择与特定的朋友开始聊天时，会话层开始建立会话。在此过程中，应用程序将向服务器发送请求，以建立与您朋友的连接。服务器将验证您的身份，并建立一个唯一的会话标识符以便将您和您的朋友的通信关联起来。
会话维护：一旦会话建立成功，会话层负责维护您与朋友之间的通信。它确保消息的顺序正确，并处理任何可能出现的错误或中断。例如，如果您的网络连接断开，会话层可能会尝试重新连接或者暂时存储未发送的消息，以便在恢复连接后继续发送。
会话终止：当您结束与朋友的聊天时，会话层负责终止会话。这可能涉及向服务器发送一个请求，以通知服务器您要关闭连接。服务器会释放与该会话相关的资源，并关闭连接。
在这个例子中，会话层的功能确保了你与朋友之间的通信顺利进行，无论是建立连接、发送消息还是结束会话，都能够在网络中正确地进行。
在 OSI 模型中，第六层被称为表示层，它位于会话层之上，应用层之下。表示层的主要职责在于处理数据的表示方式、编码格式以及数据的转换，确保不同系统间的数据交换不仅在结构上一致，而且在语义上可理解。其核心功能主要包括数据格式化、数据加密/解密、数据压缩/解压缩等，旨在消除不同终端系统在数据表示上的差异，确保信息的有效传递。
表示层的主要功能包括：
数据表示与编码：
数据压缩与解压缩：
数据加密与解密：
字符集与编码协商：
? 举个例子：
假设有两台计算机，一台运行着Windows操作系统，另一台运行着Linux操作系统，它们通过网络连接进行数据交换。现在，Windows计算机上的用户想要与Linux计算机上的用户共享一个文本文件。
在这种情况下，表示层起着关键作用：
数据格式化：Windows和Linux操作系统可能使用不同的文本文件编码格式，例如Windows通常使用的是ANSI编码，而Linux通常使用的是UTF-8编码。表示层可以负责将文本文件的编码格式进行转换，以确保它们在不同操作系统上能够正确地显示。
数据转换：Windows和Linux操作系统可能使用不同的行结束符，例如Windows使用的是CRLF（回车换行），而Linux使用的是LF（换行）。表示层可以负责将文本文件中的行结束符进行转换，以确保它们在不同操作系统上都能够正确识别和解释。
数据压缩：表示层还可以负责对文本文件进行压缩，以减少网络传输时的数据量，提高传输效率。这可以通过使用诸如ZIP或GZIP等压缩算法来实现。
通过这些方式，表示层可以确保文本文件在Windows和Linux操作系统之间进行正确的交换和共享，使用户能够无缝地在不同平台上访问和编辑文件。
OSI模型的第七层，即应用层，是整个模型的顶层，也是最靠近最终用户的一层。这一层负责为用户应用程序提供接口，以实现网络服务的访问和信息交换。应用层协议定义了应用程序之间交互的规则、数据格式和错误处理机制，确保不同系统、不同平台的应用能够有效沟通。
应用层的主要功能包括：
用户服务接口：
应用功能支持：
应用协议规范：
? 举个例子：
这一层涉及到诸多网络应用，例如电子邮件、文件传输、远程登录等。让我们通过一些例子来说明应用层的作用：
电子邮件（Email）：电子邮件是应用层最常见的例子之一。在发送电子邮件时，用户使用邮件客户端（例如Outlook、Gmail）与邮件服务器进行通信。邮件客户端负责将用户撰写的邮件内容封装成电子邮件格式，然后通过应用层协议（如SMTP）将邮件传输到邮件服务器。收件人的邮件客户端再通过应用层协议（如POP3或IMAP）从邮件服务器接收邮件，并将其解析成可读的格式供用户查看。
网页浏览（Web Browsing）：在浏览网页时，用户使用浏览器与Web服务器进行通信。浏览器发送HTTP请求到Web服务器，请求特定的网页资源（如HTML文件、图像、视频等）。Web服务器响应这些请求，并将网页内容作为HTTP响应发送回用户的浏览器。浏览器接收到响应后，通过应用层协议（如HTML、CSS、JavaScript）将网页内容解析并渲染成用户可见的页面。
文件传输（File Transfer）：在进行文件传输时，用户可以使用诸如FTP（文件传输协议）或SFTP（SSH文件传输协议）等应用层协议。这些协议允许用户将文件从一个计算机传输到另一个计算机，无论是在同一网络内还是跨越不同网络。
远程登录（Remote Login）：远程登录允许用户通过网络连接到远程计算机，并在远程计算机上执行命令或操作。常见的远程登录协议包括Telnet和SSH。用户可以使用Telnet协议通过命令行界面远程登录到远程计算机，并执行命令。而SSH协议提供了加密的安全通道，允许用户安全地远程登录到远程计算机进行操作。
? 以张三浏览某知识网站为例说明数据在OSI模型中的流动：
通过这个例子，我们可以清楚地看到数据在OSI模型中的流动路径，以及每一层所承担的功能和作用，从而让张三顺利地浏览知识网站。
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