OSI 七層模型(從下到上分別為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層)是網絡通信的經典理論框架,每層都有其核心功能和對應的協議。以下是各層的主要協議列舉:
1. 物理層(Physical Layer)
功能:定義物理設備(如網線、光纖、無線信號)的電氣特性、接口規范、數據傳輸的物理介質和信號形式(如電壓、頻率)。
主要協議 / 標準:
- RS-232(串行通信接口標準)
- RS-485(差分傳輸的串行通信標準,支持多設備連接)
- Ethernet 物理層標準(如 10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T,定義網線類型和傳輸速率)
- 光纖通信標準(如 OC-3、OC-12,定義光纖傳輸的帶寬和信號格式)
- 無線通信標準(如 IEEE 802.11 物理層、藍牙物理層,定義無線信號的調制方式和頻率)
2. 數據鏈路層(Data Link Layer)
功能:負責相鄰設備間的幀傳輸,處理物理層的錯誤(如校驗)、流量控制,以及 MAC 地址尋址(局域網內的設備識別)。
主要協議:
- 以太網(Ethernet)相關:
- IEEE 802.3(以太網幀格式、CSMA/CD 介質訪問控制協議,用于有線局域網)
- MAC 協議(媒體訪問控制,定義設備的 MAC 地址格式和幀的封裝規則)
- 無線局域網:
- IEEE 802.11(Wi-Fi 的核心協議,包含 MAC 層和物理層規范)
- 廣域網協議:
- PPP(點對點協議,用于撥號上網、路由器之間的直接連接)
- HDLC(高級數據鏈路控制,面向比特的同步通信協議,常用于專線)
- SLIP(串行線路網際協議,早期撥號上網協議,已被 PPP 取代)
- 其他:
- ARP(地址解析協議,從 IP 地址映射到 MAC 地址,邏輯上屬于網絡層,但實現依賴數據鏈路層)
- RARP(反向地址解析協議,從 MAC 地址映射到 IP 地址,較少使用)
3. 網絡層(Network Layer)
功能:實現跨網絡的數據包路由和轉發,定義 IP 地址(邏輯地址),處理數據包的分片與重組。
主要協議:
- 核心協議:
- IPv4(互聯網協議第 4 版,定義 32 位 IP 地址、數據包格式和路由規則)
- IPv6(互聯網協議第 6 版,解決 IPv4 地址枯竭,采用 128 位地址,支持自動配置和更安全的特性)
- 控制與輔助協議:
- ICMP(互聯網控制消息協議,用于網絡診斷和錯誤報告,如 Ping 命令基于 ICMP Echo 請求 / 回復)
- IGMP(互聯網組管理協議,管理主機加入 / 離開多播組,支持多播通信)
- 路由協議:
- 內部網關協議(IGP):RIP(路由信息協議)、OSPF(開放式最短路徑優先)、IS-IS(中間系統到中間系統)
- 外部網關協議(EGP):BGP(邊界網關協議,互聯網核心路由協議)
4. 傳輸層(Transport Layer)
功能:提供端到端的可靠數據傳輸,處理流量控制、擁塞控制和差錯恢復,定義端口號(區分應用程序)。
主要協議:
- TCP(傳輸控制協議,面向連接、可靠傳輸,通過三次握手建立連接,四次揮手斷開,支持重傳和流量控制)
- UDP(用戶數據報協議,無連接、不可靠傳輸,速度快,適用于實時通信如視頻、語音)
- SCTP(流控制傳輸協議,結合 TCP 和 UDP 的優點,支持多流和多宿主,用于電信網絡等場景)
5. 會話層(Session Layer)
功能:建立、管理和終止應用程序之間的會話(如通信連接的維持),提供會話恢復和同步機制。
主要協議:
- RPC(遠程過程調用協議,允許一臺計算機調用另一臺計算機的程序,隱藏網絡細節)
- NetBIOS(網絡基本輸入輸出系統,用于局域網內的進程通信和名稱解析)
- PPTP(點對點隧道協議,部分功能涉及會話層,用于 VPN 會話管理)
6. 表示層(Presentation Layer)
功能:處理數據的格式轉換(確保不同系統能理解彼此的數據),包括編碼、加密、壓縮等。
主要協議 / 標準:
- 數據格式標準:ASCII、Unicode(字符編碼),JPEG、PNG(圖像編碼),MPEG(視頻編碼)
- 加密協議:SSL/TLS(安全套接層 / 傳輸層安全,提供數據加密和認證,雖常與傳輸層結合,但邏輯上涉及表示層)
- 壓縮協議:如 ZIP 壓縮算法(數據壓縮和解壓縮)
7. 應用層(Application Layer)
功能:直接為用戶應用程序提供服務,定義應用程序間的通信規則。
主要協議:
- 網絡服務類:HTTP/HTTPS(超文本傳輸協議,用于網頁訪問)、FTP(文件傳輸協議,用于文件上傳下載)、SMTP/POP3/IMAP(郵件傳輸和接收協議)
- 遠程訪問類:Telnet(遠程登錄協議)、SSH(安全外殼協議,加密的遠程登錄)
- 域名與標識類:DNS(域名系統,將域名解析為 IP 地址)
- 實時通信類:SIP(會話初始協議,用于 VoIP 和視頻通話)、IRC(互聯網中繼聊天協議)
- 其他:NFS(網絡文件系統,遠程訪問文件)、SNMP(簡單網絡管理協議,管理網絡設備)
總結
OSI 七層模型的協議分工明確:下層(1-3 層)負責數據的物理傳輸和路由,中層(4 層)負責端到端的可靠傳輸,上層(5-7 層)負責與應用程序的交互和數據格式處理。實際應用中,TCP/IP 協議族常簡化為四層或五層模型,但 OSI 七層模型仍是理解網絡通信的基礎框架。