什么是 OSI 模型?

开放系统互连模型将网络通信分解为七层。这些层级对于确定网络问题很有帮助。

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OSI 模型

学习目标

阅读本文后,您将能够

  • 定义 OSI 模型
  • 了解 OSI 模型的 7 层结构
  • 探索数据在 OSI 模型中的流动方式

什么是 OSI 模型?

开放系统互连 (OSI) 模型是由国际标准化组织创建的概念模型,支持各种通信系统使用标准协议进行通信。简单而言,OSI 为保证不同计算机系统能够相互通信提供了标准。


人们可以将 OSI 模型视为一种通用计算机网络语言。根据这一概念,通信系统分成七个抽象层,逐层堆叠而成。

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OSI 模型的每一层负责处理特定作业并与其上下层进行通信。DDoS 攻击的目标是特定的网络连接层;应用程序层的攻击目标第 7 层,协议层攻击的目标第 3 层和第 4 层。

为什么 OSI 模型至关重要?

虽然现代 Internet 并未严格采用 OSI 模型(更倾向于采用简单 Internet 协议套件),但 OSI 模型对于解决网络问题仍然很有帮助。无论是某位无法使用笔记本电脑上网的用户,还是为数千名用户提供服务的网站,OSI 模型都能帮助解决问题并找出问题根源。如果可以将问题范围缩小到模型的某个特定层,则可避免许多不必要的工作。

OSI 模型的七层结构分别是什么?

OSI 模型的七个抽象层定义如下(自上而下):

The Application Layer

7.应用程序层

这是唯一直接接触用户数据的层。软件应用程序(如 Web 浏览器和电子邮件客户端)依靠应用程序层发起通信。但需要明确的是,客户端软件应用程序不属于应用程序层;相反,应用程序层负责协议和数据操作,软件依靠上述操作向用户呈现有效数据。应用程序层协议包括 HTTP 和 SMTP(简单邮件传输协议是支持开展电子邮件通信的协议之一)。

The Presentation Layer

6.表示层

这一层主要负责准备数据,以便应用程序层进行使用;换言之,第 6 层用于确保数据可供应用程序使用。表示层负责完成数据转换、加密和压缩。


两台通信设备间通信可以使用不同的编码方法,因此第 6 层负责将传入数据转换为接收设备应用程序层可以理解的语法。


如果设备通过加密连接进行通信,则第 6 层负责发件人端加密和收件人端解密,以便向应用程序层呈现非加密可读数据。


最后,表示层还负责压缩从应用程序层接收的数据,然后将数据传递到第 5 层。这有助于尽量减少要传输的数据量,从而提高通信速度和效率。

The Session Layer

5.会话层

这一层负责打开和关闭两台设备之间的通信。打开通信与关闭通信间隔的时间称为会话。会话层用于确保会话的打开时间长度足以传输所有交换数据,而后立即关闭会话以避免浪费资源。


会话层还负责同步数据传输与检查点。例如,如果传输一个 100MB 的文件,会话层可以每 5MB 设置一个检查点。如果在传输了 52MB 后连接断开或崩溃,还可以从最后一个检查点恢复会话,意味着只需再传输 50MB 数据。若未设置检查点,则必须从头开始传输整份文件。

The Transport Layer

4.传输层

第 4 层负责两台设备间的端到端通信。包括从会话层提取数据,将数据分解为多个区块(称为数据段),然后再发送到第 3 层。接收设备传输层负责重组数据段,确保数据可供会话层使用。


传输层还负责进行流量控制和错误控制。流量控制用于确定最佳传输速度,避免采用快速连接的发件人淹没采用慢速连接的收件人。传输层通过确保接收数据的完整性(如果不完整,则请求重新传输)来对接收端进行错误控制。

The Network Layer

3.网络层

网络层负责促进两个不同网络之间的数据传输。如果两台通信设备位于同一网络,则不需要使用网络层。网络层在发送设备上将传输层发出的数据段分解更小的单元(称为数据包),再在接收设备上重组这些数据包。网络层还要确定数据到达目标的最佳物理路径;人们将此称为路由。

The Data Link Layer

2.数据链路层

数据链路层与网络层十分相似,但数据链路层用于促进 SAME 网络两台设备之间的数据传输。数据链路层从网络层提取数据包并将数据包分解成更小的部分(称为帧)。与网络层一样,数据链路层也负责网络内部通信流量控制和错误控制(传输层仅负责网络间通信流量控制和错误控制)。

The Physical Layer

1.物理层

这一层包括参与数据传输的物理设备,如电缆和交换机。同时还负责将数据转换为位流,也就是由 1 和 0 构成的字符串。另外,两台设备的物理层必须达成信号约定,以便区分两台设备的字符串 1 和 0。

数据在 OSI 模型中如何流动

为通过网络将人类可读信息从一台设备传输到另一台设备,必须在发送设备沿 OSI 模型的七层结构向下传输数据,然后在接收端沿七层结构向上传输数据。


例如:Cooper 先生想给 Palmer 女士发一封电子邮件。Cooper 先生在笔记本电脑的电子邮件应用程序中编写邮件,然后点击“发送”。电子邮件应用程序将电子邮件传递到应用程序层,应用程序层选取协议 (SMTP),再将数据传递到表示层。接着,表示层压缩数据,再将数据传递到会话层,由会话层初始化通信会话。


而后,数据将到达发件人的传输层,在传输层进行分段,再在网络层将这些数据段分解为数据包,然后在数据链路层进一步分解为帧。随后,数据链路层将这些帧传输到物理层,物理层将数据转换为位流 1 和 0,最后通过物理介质(如电缆)发送数据。


Palmer 女士的计算机通过物理介质(如她的 WiFi)接收位流后,数据将沿其设备的同一系列层级流动,但顺序刚好相反。首先,物理层将位流从 1 和 0 转换为帧,传递到数据链路层。然后,数据链路层将帧重组为数据包,供网络层使用。接着,网络层将数据包重组为数据段供传输层使用,传输层再将数据段重组为数据片段。


随后,数据将流入收件人的会话层,会话层将数据传递到表示层并结束通信会话。表示层解压数据并将原始数据传递到应用程序层。应用程序层将人类可读数据传递到 Palmer 女士的电子邮件软件,这样她就能在笔记本电脑屏幕上阅读 Cooper 先生的电子邮件了。