OSI七层协议模型和TCP/IP四层模型

TCP/IP 协议栈及 OSI 参考模型详解：https://blog.csdn.net/guobing19871024/article/details/79415846
OSI七层网络模型，TCP/IP四层网络模型与网络协议解析：http://www.360doc.com/content/13/1123/17/7267612_331579105.shtml
[网络必学]TCP/IP四层模型讲解【笔记整理通俗易懂版】：http://www.vuln.cn/2041
OSI七层协议模型、TCP/IP四层模型学习笔记：http://www.cnblogs.com/Robin-YB/p/6668762.html

TCP/IP 协议大全，你想要的干货都在：https://blog.csdn.net/zhouchuan152/article/details/103124394

1、OSI七层 和 TCP/IP四层 的关系

OSI 是 Open System Interconnect的 缩写，意为开放式系统互联。

20世纪60年代以来，计算机网络得到了飞速增长。各大厂商为了在数据通信网络领域占据主导地 位，纷纷推出了各自的网络架构体系和标准，如IBM公司的SNA，Novell IPX/SPX协议，Apple公司的AppleTalk协议，DEC公司的DECnet，以及广泛流行的TCP/IP协议。同时，各大厂商针对自己的协议生产出了不同的硬件和软件。各个厂商的共同努力促进了网络技术的快速发展和网络设备种类的迅速增长。但由于多种协议的并存，也使网络变得越来越复杂；而且，厂商之间的网络设备大部分不能兼容，很难进行通信。

为了解决网络之间的兼容性问题，帮助各个厂商生产出可兼容的网络设备，国际标准化组织ISO于1984年提出了OSI RM(OpenSystem Interconnection Reference Model，开放系统互连参考模型)。OSI 参考模型很快成为计算机网络通信的基础模型。在设计OSI 参考模型时，遵循了以下原则：各个层之间有清晰的边界，实现特定的功能；层次的划分有利于国际标准协议的制定；层的数目应该足够多，以避免各个层功能重复。

由于OSI模型和协议比较复杂，所以并没有得到广泛的应用。

而TCP/IP(transfer control protocol/internet protocol,传输控制协议/网际协议)模型因其开放性和易用性在实践中得到了广泛的应用，TCP/IP协议栈也成为互联网的主流协议。

TCP/IP模型各个层次分别对应于不同的协议。TCP/IP协议栈是数据通信协议的集合 ，包含许多协议。其协议栈名字来源于其中最主要的两个协议TCP(传输控制协议)和IP(网际协议)。TCP/IP协议栈负责确保网络设备之间能够通信。它是一组规则，规定了信息如何在网络中传输。

OSI中的层	功能	TCP/IP协议族
应用层	文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端	TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet 等等
表示层	数据格式化，代码转换，数据加密	没有协议
会话层	解除或建立与别的接点的联系	没有协议
传输层	提供端对端的接口	TCP，UDP
网络层	为数据包选择路由	IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP
数据链路层	传输有地址的帧以及错误检测功能	SLIP，CSLIP，PPP，MTU
物理层	以二进制数据形式在物理媒体上传输数据	ISO2110，IEEE802，IEEE802.2

• OSI 引入了 服务、接口、协议、分层 的概念，TCP/IP借鉴了 OSI 的这些概念建立 TCP/IP 模型。
• OSI 先有模型，后有协议，先有标准，后进行实践；而 TCP/IP 则相反，先有协议和应用再提出了模型，且是参照的 OSI 模型。
• OSI 是一种理论下的模型，而 TCP/IP 已被广泛使用，成为网络互联事实上的标准。

TCP：transmission control protocol 传输控制协议。    UDP：user data protocol 用户数据报协议。

OSI七层网络模型	TCP/IP四层概念模型	对应网络协议
应用层(Application)	应用层	HTTP、TFTP, FTP, NFS, WAIS、SMTP
表示层(Presentation)		Telnet, Rlogin, SNMP, Gopher
会话层(Session)		SMTP, DNS
传输层(Transport)	传输层	TCP, UDP
网络层(Network)	网络层	IP, ICMP, ARP, RARP, AKP, UUCP
数据链路层(Data Link)	数据链路层	FDDI, Ethernet, Arpanet, PDN, SLIP, PPP
物理层(Physical)		IEEE 802.1A, IEEE 802.2到IEEE 802.11

2、OSI七层协议模型

七层结构记忆方法：应、表、会、传、网、数、物

应用层协议需要掌握的是：HTTP(Hyper text transfer protocol)、FTP(file transfer protocol)、SMTP(simple mail transfer rotocol)、POP3(post office protocol 3)、IMAP4(Internet mail access protocol)

协议模型图

科来网络通讯协议图 2020 版( http://www.colasoft.com.cn/download/protocols_map.php )

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OSI 七层模型通过七个层次化的结构模型，使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯，因此其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输 。

设备使用哪一层的数据头部信息就属于哪一层

一个设备工作在哪一层，关键看它工作时利用哪一层的数据头部信息。网桥工作时，是以MAC头部来决定转发端口的，因此显然它是数据链路层的设备。具体说:

• 物理层：网卡，网线，集线器，中继器，调制解调器
• 数据链路层：网桥，交换机
• 网络层：路由器
• 网关工作在第四层传输层及其以上

集线器：物理层设备，采用广播的形式来传输信息。交换机：用来进行报文交换的机器。多为链路层设备(二层交换机)，能够进行地址学习，采用存储转发的形式来交换报文.。路由器：作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率。 

交换机的工作原理

　　交换机拥有一条很高带宽的内部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在则广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。 使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。 交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以"学习"MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

集线器

　 　集线器的英文称为“Hub”。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它 工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用 CSMA/CD(即带冲突检测的载波监听多路访问技术)介质访问控制机制。集线器每个接口简单的收发比特，收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检 测。集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据 时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节 点。HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。 大多数的时候它用在星型与树型网络拓扑结构中。

集线器 和 交换机 的区别

　　首先说 HUB，也就是集线器。它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。而交换机(又名交换式集线器)作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区别：集线器采用的式共享带宽的工作方式，而交换机是独享带宽。这样在机器很多或数据量很大时，两者将会有比较明显的。

• 工作位置不同。集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层。
• 工作方式不同。集线器是一种广播方式，当集线器的某个端口工作时其他端口都能收听到信息。交换机工作时端口互不影响。
• 带宽不同。集线器是所有端口共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传输数据；而交换机每个端口独占一条带宽。
• 性能不同。交换机以MAC地址进行寻址，有一定额外的寻址开销；集线器以广播方式传输数据，流量小时性能下降不明显，适用于共享总线的局域网。

路由器 与 交换机 的区别：

　　总的来说，路由器 与 交换机 的主要区别体现在以下几个方面：

• (1)工作层次不同。最初的的交换机是工作在数据链路层，而路由器一开始就设计工作在网络层。由于交换机工作在数据链路层，所以它的工作原理比较简单，而路由器工作在网络层，可以得到更多的协议信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。 
• (2)数据转发所依据的对象不同。交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用IP地址来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络。MAC地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。
• (3)传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域。由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。 
• (4)交换机负责同一个网段的通信，而路由器负责不同网段的通信。路由器提供了防火墙的服务。路由器仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。

物理层

　　在OSI参考模型中，物理层(Physical Layer)是参考模型的最低层。物理层的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。“透明传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化，对传送的比特流来说，这个电路好像是看不见的。

物理层标准规定了物理介质和用于将设备与物理介质相连的接头。

局域网常用的物理层标准有IEEE指定的以太网标准802.3、令牌总线标准802.4、令牌环网标准802.5以及美国国家标准组织ANSI的X3T9.5委员会制订的光缆标准FDDI(fiber distributed data interface，光纤分布式数据接口)等。广域网常用的物理层标准有电子工业协会和电信工业协会EIA/TIA制定的公共物理层接口标准EIA/TIA-232(即RS-232)、国际电信联盟ITU制定的串行线路接口标准V.24和V.35、以及有关各种数字接口的物理和电气特性的标准G.703等。

物理层介质 和 物理层设备：

物理层介质：

• 同轴电缆(coaxical cable)
• 双绞线(twisted pair)
• 光纤(fiber)
• 无线电波(wireless raido)

双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消，“双绞线”的名字也是由此而来的。

双绞线(twistedpair)与 同轴电缆 相比具有更低的制造和部署成本，因此在企业网络中被广泛应用。双绞线可分为屏蔽双绞线(shieldedtwisted pair，STP)和非屏蔽双绞线(unshieldedtwisted pair，UTP)。屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层，可以屏蔽电磁干扰。

双绞线有很多种类型，不同类型的 双绞线所支持的传输速率一般也不相同。例如，3类双绞线支持10Mbps传输速率；5类双绞线支持100Mbps传输速率，满足快速以太网标准；超5类双绞线及更高级别的双绞线支持千兆以太网传输。

双绞线 线序(568A 的线序不常用，现主流用的都是 568B 的线序)：

• 568A线序： 1-绿白，2-绿，3-橙白，4-蓝，5-蓝白，6-橙，7-棕白，8-棕
• 568B线序： 1-橙白，2-橙，3-绿白，4-蓝，5-蓝白，6绿，7-棕白，8-棕

根据网线两端连接网络设备的不同，网线又分为 直通线(平行线)和 交叉线 两种：

• 直通线(平行线)：就是按照前面介绍的568A标准或568B标准制作(即双绞线两端的线序一样)
• 交叉线：一端保持原来的线序，另一端把 1 和 3 对调，2 和 6 对调。即 1-3、2-6 交叉 接法。

直通线 和 交叉线 的应用：

• 1. 同种类型设备之间使用交叉线连接，不同类型设备之间使用直通线连接；
• 2. 路由器 和 PC 属于 DTE(DataTerminal Equipment，数据终端设备)类型设备，交换机 和 HUB 数据 DCE(Data Circuit-terminatingEquipment，数据通信设备)类型设备。

数据链路层

　　数据链路层(Data Link Layer)是OSI模型的第二层，负责建立和管理节点间的链路。该层的主要功能是：通过各种控制协议，将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路。在计算机网络中由于各种干扰的存在，物理链路是不可靠的。因此，这一层的主要功能是在物理层提供的比特流的基础上，通过差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变为无差错的数据链路，即提供可靠的通过物理介质传输数据的方法。数据链路层的具体工作是接收来自物理层的位流形式的数据，并封装成帧，传送到上一层；同样，也将来自上层的数据帧，拆装为位流形式的数据转发到物理层；并且，还负责处理接收端发回的确认帧的信息，以便提供可靠的数据传输。

网络层

　　网络层(Network Layer)是OSI模型的第三层，它是OSI参考模型中最复杂的一层。它在下两层的基础上向资源子网提供服务。其主要任务是：通过路由选择算法，为报文或分组通过通信子网选择最适当的路径。具体地说，数据链路层的数据在这一层被转换为数据包，然后通过路径选择、分段组合、顺 序、进/出路由等控制，将信息从一个网络设备传送到另一个网络设备。一般地，数据链路层是解决同一网络内节点之间的通信，而网络层主要解决不同子网间的通信。例如在广域网之间通信时，必然会遇到路由(即两节点间可能有多条路径)选择问题。 

路由表

　　路由表是指路由器或者其他互联网网络设备上存储的一张路由信息表，该表中存有到达特定网络终端的路径，在某些情况下，还有一些与这些路径相关的度量。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳的传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表(Routing Table)，供路由选择时使用，表中包含的信息决定了数据转发的策略。路由表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。

• 静态路由表：由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态(static)路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。
• 动态路由表：动态(Dynamic)路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议(Routing Protocol)提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。

　　路由器通常依靠所建立及维护的路由表来决定如何转发。路由表能力是指路由表内所容纳路由表项数量的极限。路由表中的表项内容包括：

• destination mask pre costdestination：目的地址，用来标识IP包的目的地址或者目的网络。
• mask：网络掩码，与目的地址一起标识目的主机或者路由器所在的网段的地址。
• pre：标识路由加入IP路由表的优先级。可能到达一个目的地有多条路由，但是优先级的存在让他们先选择优先级高的路由进行利用。
• cost：路由开销，当到达一个目的地的多个路由优先级相同时，路由开销最小的将成为最优路由。
• interface：输出接口，说明IP包将从该路由器哪个接口转发。 nexthop：下一跳IP地址，说明IP包所经过的下一个路由器。[1]

传输层

　　传输层(Transport Layer)是OSI模型的第4层。因此该层是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起到承上启下的作用。该层的主要任务是：向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输。传输层的作用是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文。该层常见的协议：TCP/IP中的TCP协议和UDP协议。传输层提供会话层和网络层之间的传输服务，这种服务从会话层获得数据，并在必要时，对数据进行分割。然后，传输层将数据传递到网络层，并确保数据能正确无误地传送到网络层。因此，传输层负责提供两节点之间数据的可靠传送，当两节点的联系确定之后，传输层则负责监督工作。综上，传输层的主要功能如下：监控服务质量。

会话层

　　会话层(Session Layer)是OSI模型的第5层，是用户应用程序和网络之间的接口，主要任务是：向两个实体的表示层提供建立和使用连接的方法。将不同实体之间的表示层 的连接称为会话。因此会话层的任务就是组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。 用户可以按照半双工、单工和全双工的方式建立会话。当建立会话时，用户必须提供他们想要连接的远程地址。而这些地址与MAC(介质访问控制子层)地址或网络层的逻辑地址不同，它们是为用户专门设计的，更便于用户记忆。

表示层

　　表示层(Presentation Layer)是OSI模型的第六层，它对来自应用层的命令和数据进行解释，对各种语法赋予相应的含义，并按照一定的格式传送给会话层。其主要功能是“处理用户信息的表示问题，如编码、数据格式转换和加密解密”等。

应用层

　　应用层(Application Layer)是 OSI 参考模型的最高层，它是计算机用户，以及各种应用程序和网络之间的接口，其功能是直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。它在其他6层工作的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用者之间的联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及 应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外，该层还负责协调各个应用程序间的工作。