一、OSI參考模型（Open Systems Interconnection Model）

OSI參考模型是一個用于描述和標準化網絡通信功能的七層框架。它由國際標準化組織（ISO）提出，旨在為不同的網絡設備和協議提供一個通用的語言和結構，以促進相互操作和標準化。

OSI模型將網絡通信過程劃分為七個層次，每一層都有特定的功能，并與相鄰層進行交互。
從下到上，這七層分別是：
1、物理層（Physical Layer）
2、數據鏈路層（Data Link Layer）
3、網絡層（Network Layer）
4、傳輸層（Transport Layer）
5、會話層（Session Layer）
6、表示層（Presentation Layer）
7、應用層（Application Layer）

示例圖：

1、物理層（Physical Layer）

功能：

• 定義物理連接：規定了如何通過物理媒介（如電纜、光纖、無線電波等）傳輸原始比特流。
• 硬件接口：定義了網絡硬件（如網卡、中繼器、集線器等）的標準和接口類型。
• 信號傳輸：規定了電壓水平、傳輸速率、物理拓撲（如總線型、星型等）和物理連接器（如RJ45、BNC等）。

主要設備：

• 網卡（NIC）
• 中繼器（Repeater）
• 集線器（Hub）

示例：

• 以太網標準（IEEE 802.3）
• 光纖通信

2、數據鏈路層（Data Link Layer）

功能：

• 幀同步：將物理層傳來的比特流組織成幀（Frame），并在幀之間添加控制信息（如起始位和結束位）。
• 錯誤檢測與糾正：使用校驗和（如CRC）來檢測傳輸中的錯誤，并在某些情況下進行糾正。
• 流量控制：確保發送方不會發送過多的數據，導致接收方溢出。
• 介質訪問控制（MAC）：在共享介質（如以太網）上協調多個設備之間的數據傳輸。

主要設備：

• 交換機（Switch）
• 網橋（Bridge）

子層：

• 邏輯鏈路控制子層（LLC, Logical Link Control）：負責幀的封裝和解封裝，以及差錯控制和流量控制。
• 介質訪問控制子層（MAC, Media Access Control）：負責定義設備如何訪問物理介質，并處理介質訪問沖突（如CSMA/CD）。

示例：

• 以太網幀格式
• PPP（點對點協議）

3、網絡層（Network Layer）

功能：

• 路由選擇：確定數據包從源地址到目的地址的最佳路徑，通常通過路由器實現。
• IP尋址：為每個設備分配唯一的IP地址，并管理這些地址。
• 分組轉發：將數據包從一個網絡段轉發到另一個網絡段，直到到達目的地。
• 擁塞控制：監控網絡狀態，避免網絡擁塞。

主要設備：

• 路由器（Router）

協議示例：

• IP（Internet Protocol）
• ICMP（Internet Control Message Protocol）
• OSPF（Open Shortest Path First）

示例：

• IPv4和IPv6
• 路由算法（如RIP、OSPF）

4、傳輸層（Transport Layer）

功能：

• 端到端通信：提供應用程序之間的端到端通信服務，確保數據能夠可靠地從一個應用程序傳輸到另一個應用程序。
• 可靠性：TCP提供可靠的傳輸服務，保證數據包按順序到達且不丟失；UDP提供無連接、不可靠的傳輸服務，適合實時應用。
• 流量控制和擁塞控制：防止發送方發送過多數據導致接收方溢出或網絡擁塞。

協議示例：

• TCP（Transmission Control Protocol）
• UDP（User Datagram Protocol）

示例：

• HTTP使用TCP進行網頁內容傳輸
• DNS使用UDP進行域名解析

5、會話層（Session Layer）

功能：

• 會話管理：負責建立、維護和終止應用程序之間的會話。
• 同步：提供同步機制，允許在會話過程中發生中斷時恢復數據傳輸。
• 對話控制：控制不同應用程序之間的對話方式（如半雙工或全雙工）。

示例：

• RPC（Remote Procedure Call）
• NetBIOS（Network Basic Input Output System）

6、表示層（Presentation Layer）

功能：

• 數據格式轉換：負責數據的加密、壓縮和編碼，確保不同系統之間的數據可以正確理解和處理。
• 字符編碼：將數據從一種字符集轉換為另一種字符集（如ASCII到Unicode）。
• 數據加密：提供數據加密和解密功能，確保數據的安全性。

示例：

• JPEG、PNG圖像格式
• ASCII、UTF-8字符編碼
• SSL/TLS加密

7、應用層（Application Layer）

功能：

• 用戶接口：為用戶提供直接與網絡交互的接口，支持各種網絡應用（如瀏覽器、電子郵件客戶端等）。
• 應用協議：定義應用程序之間如何通信，包括請求和響應的格式、語義等。
• 服務訪問點：為其他層提供服務訪問點，使得應用程序可以直接調用底層的服務。

協議示例：

• HTTP（超文本傳輸協議）
• SMTP（簡單郵件傳輸協議）
• FTP（文件傳輸協議）
• DNS（域名系統）

示例：

• 瀏覽器通過HTTP訪問網站
• 郵件客戶端通過SMTP發送郵件

8、OSI模型各層之間的關系

OSI模型的每一層都只與相鄰的上下層進行交互。

上下層關系：

• 上層（如應用層）向下層（如表示層）發出請求，并傳遞數據。下層則根據請求執行相應的功能，并將結果返回給上層。
• 下層（如物理層）只關心如何通過物理媒介傳輸數據，而不關心數據的具體內容和格式。上層（如應用層）則只關心數據的格式和語義，而不關心底層的傳輸細節。

具體示例：（展示每個層級作用）
例如，當用戶通過瀏覽器訪問一個網頁時，整個過程涉及以下步驟。
（1）、應用層（HTTP）：瀏覽器向服務器發送HTTP請求，請求指定URL網頁內容。
（2）、表示層：確定請求資源類型以及是否被加密或壓縮等。
（3）、會話層：建立并維護瀏覽器與服務器之間的會話。
（4）、傳輸層：將HTTP請求信息再次封裝成TCP段，并提供數據的可靠傳輸。
（5）、網絡層：將TCP段封裝成IP數據報，并選擇最佳路徑將其發送到目標服務器。
（6）、數據鏈路層：將IP數據報封裝成幀，并通過本地網絡傳輸到下一路由器或目標服務器。（注意：傳輸過程可能會經過多次路由器轉發，最終達到目標服務器）
（7）、物理層：通過物理媒介（如電纜、光纖）傳輸比特流。

9、OSI模型與實際網絡協議的關系

雖然OSI模型是一個理論上的參考框架，但它幫助我們理解網絡通信的各個層次及其功能。許多實際使用的網絡協議并不嚴格遵循OSI模型的七層劃分，但它們仍然可以映射到OSI模型的相應層次。

例如：

• TCP/IP協議棧是目前最常用的網絡協議棧，它簡化了OSI模型，只有四層：
  • 應用層：對應OSI模型的應用層、表示層和會話層這三個層級。
  • 傳輸層：對應OSI模型的傳輸層。
  • 互聯網層：對應OSI模型的網絡層。
  • 網絡接口層：對應OSI模型的數據鏈路層和物理層。

盡管如此，OSI模型仍然是一個非常有用的工具，用于分析和設計網絡系統，并幫助人們更好地理解網絡通信的工作原理。

10、OSI模型總結

OSI參考模型將網絡通信過程劃分為七個層次，每一層都有特定的功能，并與相鄰層進行交互。通過這種分層的方式，OSI模型不僅幫助我們理解網絡通信的復雜性，還促進了不同網絡設備和協議之間的互操作性和標準化。

二、TCP/IP分層模型

TCP/IP模型，也稱為互聯網協議套件（Internet Protocol Suite），是實際用于實現現代互聯網通信的網絡模型。與OSI七層模型相比，TCP/IP模型更為簡潔，通常分為四層或五層結構。盡管它沒有OSI模型那么詳細，但它更貼近實際應用，并且在設計和實現上更加靈活。

準確說：OSI的7層參考模型是基于TCP/IP的4層模型衍生出來的更細分的模型。實際上TCP/IP模型是先提出的，之后才有的OSI模型。

TCP/IP模型的四層結構：（從上到下）
1、應用層（Application Layer）
2、傳輸層（Transport Layer）
3、互聯網層（Internet Layer）
4、網絡接口層（Network Interface Layer）

有些文獻會將網絡接口層進一步細分為數據鏈路層和物理層，形成一個五層模型：
1、應用層（Application Layer）
2、傳輸層（Transport Layer）
3、互聯網層（Internet Layer）
4、數據鏈路層（Data Link Layer）
5、物理層（Physical Layer）

1、應用層（Application Layer）

功能：

• 用戶接口：提供用戶直接與網絡交互的接口，支持各種網絡應用。
• 應用協議：定義應用程序之間如何通信，包括請求和響應的格式、語義等。
• 服務訪問點：為其他層提供服務訪問點，使得應用程序可以直接調用底層的服務。

常見協議：

• HTTP/HTTPS：超文本傳輸協議/安全超文本傳輸協議，用于網頁瀏覽。
• SMTP/IMAP/POP3：簡單郵件傳輸協議/互聯網消息訪問協議/郵局協議，用于電子郵件傳輸。
• FTP：文件傳輸協議，用于文件上傳和下載。
• DNS：域名系統，用于將域名解析為IP地址。
• Telnet/SSH：遠程登錄協議，用于遠程管理設備。
• SNMP：簡單網絡管理協議，用于網絡設備管理和監控。

示例：

• 瀏覽器通過HTTP訪問網站。
• 郵件客戶端通過SMTP發送郵件，通過IMAP或POP3接收郵件。

2、傳輸層（Transport Layer）

功能：

• 端到端通信：提供應用程序之間的端到端通信服務，確保數據能夠可靠地從一個應用程序傳輸到另一個應用程序。
• 可靠性：TCP提供可靠的傳輸服務，保證數據包按順序到達且不丟失；UDP提供無連接、不可靠的傳輸服務，適合實時應用。
• 流量控制和擁塞控制：防止發送方發送過多數據導致接收方溢出或網絡擁塞。

常見協議：

• TCP（Transmission Control Protocol）：面向連接、可靠的傳輸協議，適用于需要高可靠性的應用，如HTTP、FTP、SMTP等。
• UDP（User Datagram Protocol）：無連接、不可靠的傳輸協議，適用于對實時性要求較高的應用，如DNS、VoIP、視頻流等。

示例：

• HTTP使用TCP進行網頁內容傳輸。
• DNS使用UDP進行域名解析。

3、互聯網層（Internet Layer）

功能：

• 路由選擇：確定數據包從源地址到目的地址的最佳路徑，通常通過路由器實現。
• IP尋址：為每個設備分配唯一的IP地址，并管理這些地址。
• 分組轉發：將數據包從一個網絡段轉發到另一個網絡段，直到到達目的地。
• 擁塞控制：監控網絡狀態，避免網絡擁塞。

常見協議：

• IP（Internet Protocol）：負責在網絡中進行數據包的傳輸和路由選擇。
• ICMP（Internet Control Message Protocol）：用于報告網絡錯誤和管理網絡通信（如ping命令）。
• ARP（Address Resolution Protocol）：用于將IP地址解析為MAC地址。
• IGMP（Internet Group Management Protocol）：用于多播通信中的組成員管理。

示例：

• IPv4和IPv6
• 路由算法（如RIP、OSPF）

4、網絡接口層（Network Interface Layer）

功能：

• 物理連接：規定了如何通過物理媒介（如電纜、光纖、無線電波等）傳輸原始比特流。
• 幀同步：將互聯網層傳來的數據包組織成幀（Frame），并在幀之間添加控制信息（如起始位和結束位）。
• 介質訪問控制（MAC）：在共享介質（如以太網）上協調多個設備之間的數據傳輸。
• 硬件接口：定義了網絡硬件（如網卡、交換機、集線器等）的標準和接口類型。

常見協議和技術：

• 以太網（Ethernet）：最常用的局域網技術。
• Wi-Fi（IEEE 802.11）：無線局域網技術。
• PPP（Point-to-Point Protocol）：點對點通信協議，常用于撥號上網。

示例：

• 以太網幀格式
• Wi-Fi通信

5、五層結構版本

如果是五層結構，將網絡接口層進一步細分為數據鏈路層和物理層。

（1）、數據鏈路層（Data Link Layer）

功能：

• 幀同步：將互聯網層傳來的數據包組織成幀，并在幀之間添加控制信息（如起始位和結束位）。
• 錯誤檢測與糾正：使用校驗和（如CRC）來檢測傳輸中的錯誤，并在某些情況下進行糾正。
• 流量控制：確保發送方不會發送過多的數據，導致接收方溢出。
• 介質訪問控制（MAC）：在共享介質（如以太網）上協調多個設備之間的數據傳輸。

子層：

• 邏輯鏈路控制子層（LLC, Logical Link Control）：負責幀的封裝和解封裝，以及差錯控制和流量控制。
• 介質訪問控制子層（MAC, Media Access Control）：負責定義設備如何訪問物理介質，并處理介質訪問沖突（如CSMA/CD）。

常見協議：

• 以太網（Ethernet）
• PPP（Point-to-Point Protocol）
• HDLC（High-Level Data Link Control）

（2）、物理層（Physical Layer）

功能：

• 信號傳輸：規定了電壓水平、傳輸速率、物理拓撲（如總線型、星型等）和物理連接器（如RJ45、BNC等）。
• 硬件接口：定義了網絡硬件（如網卡、中繼器、集線器等）的標準和接口類型。

常見設備：

• 網卡（NIC）
• 中繼器（Repeater）
• 集線器（Hub）

6、TCP/IP模型與OSI模型的對比

主要區別：

• 簡化：TCP/IP模型比OSI模型更簡化，只有四層或五層，而OSI模型有七層。
• 實用性：TCP/IP模型更接近實際應用，許多互聯網協議（如HTTP、FTP、SMTP等）都基于TCP/IP模型設計。
• 靈活性：TCP/IP模型允許不同的網絡技術共存，如以太網、Wi-Fi、PPP等都可以作為網絡接口層的一部分。

7、TCP/IP模型總結

TCP/IP模型是一個用于實現現代互聯網通信的實際網絡模型，它簡化了OSI模型的復雜性，并提供了更為實用的分層結構。TCP/IP模型通常分為四層（應用層、傳輸層、互聯網層、網絡接口層），有時也可以進一步細分為五層（增加數據鏈路層和物理層）。每一層都有特定的功能，并與相鄰層進行交互，共同完成網絡通信任務。
通過理解TCP/IP模型的各層功能及其常見協議，我們可以更好地理解互聯網的工作原理，并為網絡設計和故障排除提供指導。

乘風破浪！Dare to Be！！！