任何系統之間，如果需要通信，都需要一套自己的協議系統。這個協議系統一般要定義互相通信的語言，以及硬件。

OSI是被提取抽象出來的系統間通信模型，中文意思是“開放式系統互聯”，是描述多個系統之間交流的通用模型。

OSI模型

OSI初步

在講OSI之間，我們首先看一個例子，PC a向PC b發送數據包的過程如下：

• a在內存中通過定義的語言生成數據包
• 將數據包通過總線傳給TCP/IP協議處理單元，告訴對方的IP地址、UDP還是TCP、端口號
• TCP/IP處理模塊收到包之后，封裝，通過總線發送給以太網卡
• 以太網卡再進行編碼，變成高低電平震蕩發給交換機
• 交換機將數據包交換到b的接口
• b輸送到以太網卡的解碼芯片，去掉以太網頭然后產生中斷，將數據包送到內存
• TCP/IP處理模塊提取IP頭和TCP頭，以便區分應該輸送到哪個應用程序的緩沖區內存。
• 送到b的應用程序緩沖區內存

可以發現里面最重要的就是三個元素

• 連：通信雙方需要連通起來。
• 找：指的是通信雙方必須能區分自己和對方。
• 發：定義了如何將數據發到對方。

OSI的七個層次

OSI模型將系統通信劃分為了7個層次，最上面的三個層次可以歸屬到應用層。這個層不需要關心如何將數據傳送到對方，只關心如何組織和表達數據。

應用層

應用層是OSI的最上層，表示一個系統對另一個系統要傳達的最終消息。

只關注數據， 不關注指令如何發送

表示層

表示層就是對應用層數據的一種表示。

發送方必須用雙方規定好的格式來表示信息：可以嵌入在實體數據中。

會話層

會話層：建立會話交互機制。實際是雙方的應用程序之間的交互。

應用層、表示層、會話層的數據內容都被封裝起來，交給押運員傳輸層。

TCP/IP只有4層：應用層、傳輸層、網絡層、物理鏈路層，它將OSI的應用層、表示層、會話層合并為一層，即應用訪問層。意思是這個層全部與應用程序相關的邏輯，與網絡通信無關。應用程序只需要調用下層的接口就可以完成通信。

下四層的作用是把上三層的數據成功送到目的地。

傳輸層

典型的傳輸層程序如下：

• TCP協議的作用是保證上層數據能傳輸到目的地。類似貨運公司的押運員，不管通過什么渠道（直達還是下一跳），不管物理鏈路的類型，只要送到即可。
• 如果出現錯誤，需要重新發送。每件貨物到了目的地必須找收件人簽字（TCP的ACK應答包）或者一批貨物到了以后一次性簽收。（滑動窗口）
• 最后回公司登記

TCP主要處理擁塞和流量控制。路由器是調度中心，它可以決定走哪條路。TCP不能調度，它只是在發生了擁擠就只能通知后續的貨物慢點發。如果道路暢通，則通知后面的貨物加速發送。

那么TCP是怎么知道鏈路是否擁塞呢？它可以通過接收方返回的ACK應答來判斷鏈路擁擠的。如果半天都沒收到對方的簽字，說明擁塞，有丟失

** 傳輸層的程序一定運行在通信雙方的終端設備上。**而不是在中間的互聯設備上。

因為傳輸層是一種端到端的保障機制，必須保證成功收到了并成功處理數據，才算發送成功了。如果只到了對方的網卡，但是斷電了，也不叫端到端保障。

具體的可以再看從輸入網址到瀏覽器返回內容（二），TCP/IP篇

網絡層

上面說到了傳輸層其實只是一個押運員，它并不能進行調度，那么如何選路就交給了網絡層。

同樣以客戶寄貨物為例，當客戶把貨物交給貨運公司的時候，會填寫目的地址，至于應該走哪條路，統統不管，全部交給網絡層處理。

• 貨運公司為每件貨物貼上IP頭地址標簽
• 貨運公司掌握了全球范圍的地址信息（路由表）
• 選擇了一條路就上路。
• 貨物每中轉到一個地方就交給那個地方的調度，由調度來決定下一站到哪里。
• 舊調度不必告訴新調度最終的目的怎么走，因為所有調度都知道最終的目的。

總結一下就是，客戶寄送貨物的時候需要給出最終的目的地址，不管這個貨物途徑哪個中轉站，所有的中轉站都會知道最終的目的地址。

比如，要從新疆將貨物寄到青島，但是新疆到青島沒有直到的火車，所以只能去北京轉出。

那么新疆的調度會去查找路由表，發現必須先到北京。注意此時在貨物上貼上的還是青島的標簽，而不是北京的標簽，但是會將貨物發到去北京的火車上。

貨物到北京，查看最終的目的地，會查找北京調度中心的路由表，此路由表與新疆的表不同。于是將貨物送到去青島的火車。

可以看出** 路由器就是調度的角色**

比如從青島訪問北京的服務器，具體步驟如下：

• 首先必須知道服務器的IP地址，用這個IP地址作為最終目的地址組裝成數據包，發送給青島的Internet提供商（下面叫運營商）的路由器
• 運營商的路由器解析目的IP地址，發現應該從1號端口發送出，于是發到了河北的另一臺路由器。
• 河北路由器根據目的IP查找路由表，發現需要從8口出
• 多次中轉以后，發到了北京的路由器。
• 最終到了北京的服務器，將這個包傳送到這臺服務器的網卡，并提交到TCP/IP協議處理的內存空間。
• 發現是一個TCP握手數據包，所以返回一個確認包，三次握手完成后，就可以向服務器發送HTTP請求來獲取網頁資源。

在中轉的過程中，目的IP并不會改變，改變的只是MAC地址，也就是說會將MAC地址改為下一站的地址。

數據鏈路層

數據鏈路層：連通兩個設備之間的鏈路，將上層的數據包再次打包成對應鏈路特定的格式。按照對應鏈路的規則在鏈路上傳輸給對方。

數據鏈路就好比交通規則：上路之前還需要看公路的質量怎么樣，和對方商量傳輸的事宜。

鏈路層的作用：

• 協商鏈路參數：雙工、速率、鏈路質量
• 打包成幀，加上同步頭，一次傳輸一句或者一個字符一個字符（取決于上層的選擇）
• 鏈路層程序調用物理層提供的接口，將幀交給物理層。
• 提供一些保障機制，在每個幀之后加一個校驗字段。如果不符說明鏈路干擾，直接丟棄，不過不會報告錯誤，因為上層對鏈路層的錯誤不關心。接收方的傳輸層會感知某個包沒有到達，重新傳送不完整的包。鏈路層只偵錯，不糾錯。

兩臺PC之間的通信和兩個路由器之間通信是有區別的。

路由間的通信：

簡單的路由設備工作在OSI的第三層，即網絡層，沒有上4層的處理邏輯。

所以收到包之后，只檢查包中的IP地址，不改變IP頭之上的其他內容。

如果有NAT功能的路由器，會對IP包的源或者目的IP地址做修改。

下圖為通信路徑上各個設備所作用的層次示意圖：

• PC A上的瀏覽器要訪問PC B上的Web服務，首先調用WinSock接口，訪問OS內核中的TCP/IP協議棧，將目的IP和目的端口以及數據（HTTP GET請求）告訴TCP/IP協議棧
• 協議棧發現與PC B不存在鏈接，所以通過三次握手與B的協議棧建立連接。（A的協議棧組裝第一次握手包，發給OS的內核緩沖區，調用網卡驅動從緩沖區將IP包編碼并傳遞出去，因為握手包很小，所以只需要一個幀。）
• 幀到達路由器A的緩沖區，產生中斷信號，去掉以太網頭，發送到路由器A的內存，等待IP轉發邏輯塊處理（IP路由協議計算模塊），分析出IP包的頭部目的IP地址，查找路由表確定出去的端口號，所以IP路由運算一定要高效。
• 查找出后，從網卡2出發送到路由器B的網卡2.通過同樣的過程，發送到PC B的網卡緩沖區，網卡產生中斷，通過總線傳送到TCP/IP的協議棧緩沖區內存。
• PC B的協議棧分析出IP是自己的，端口號是80，同時握手標識位是二進制1，就知道是從源設備向Web服務程序所監聽的端口發起的握手連接。所以回復IP包給PC A，PC A再回一個最終確認的包。
• 握手成功，PC A的協議棧將緩沖區中有瀏覽器發送過來的HTTP GET請求數據組裝成TCP/IP數據包發送給PC B。PC B獲得數據包之后，分析TCP 端口號，根據對應關系將數據放到監聽這個端口的應用程序的緩沖區內存。
• 應用程序收到GET請求后，觸發Web服務邏輯流程，返回Web數據。同樣由B的協議棧發送給PC機 A。

未收到確認的包會放到緩沖區中，不會刪除，直到收到對方的確認。

所以即使中途的設備把包丟棄了，運行在兩端的TCP/IP協議依然會重傳，這就是端到端的保障，因為設備中途網絡設備不會緩存發送的數據，更不會自動重傳。

現在我們來對比一下IP頭和TCP頭的區別：

• IP頭是個標簽，用來查看是誰發的貨物。
• TCP頭是用來確認由哪個上層應用程序來處理收到的包。（用端口號來決定）

物理層

物理層：在一種介質上將數據編碼發送給對方。

注意鏈路層是控制物理層的。

我們可以把物理層看做傳送帶，不會進行貨物分批，所以需要鏈路層給每批貨物加標志性的頭，接收方看到標志了以后就知道新一批貨物來了。

經過物理層編碼后，最終變成了一串bit流。通過電路振蕩傳輸給對方，收到bit流之后，提交給鏈路層程序，剝去鏈路層同步頭、幀頭幀尾、控制字符。

MTU ,最大傳輸單元：每種鏈路都有自己最合適的分批大小

如果一次傳輸傳送大于這個大小的貨物，超過了鏈路接收放的處理吞吐量，會造成緩沖區溢出。

不過TCP和IP協議都會給貨物分批。TCP會首先給貨物分批，到了IP層，會按照鏈路層的分批大小來進行分批，如果TCP的分批大小已經小于鏈路層的分批，不會再分。

被IP層分批的貨物，最終會由接受方的IP層再組裝，但是由TCP分批的貨物，接收方的TCP層不會合并。對貨物的處理分析全部交由上層的應用程序來處理

轉載于:https://www.cnblogs.com/dy2903/p/8422587.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【大话存储】学习笔记（7章）， OSI模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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