TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)精講：OSI七層模型（第二課）

frogoscar

內(nèi)容簡(jiǎn)介

1、前言
2、第一部分第二課：互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)立，OSI七層模型
3、第一部分第三課預(yù)告：OSI第一層，連接你的機(jī)器


前言


PS：昨天做了課程大綱之后，發(fā)現(xiàn)這個(gè)坑挖得有點(diǎn)大。不過(guò)既然挖了，豈有不跳之理。男子漢一言既出，就什么馬也難追了。

今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)： 《OSI七層模型》

昨天說(shuō)到，目前全球有18億網(wǎng)民，互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模已經(jīng)是超乎想象般宏大。

那么問(wèn)題來(lái)了：
我們?cè)趺磳?shí)現(xiàn)在這么多的機(jī)器之間通信呢？
怎么能夠不在這數(shù)據(jù)的迷宮里失去方向呢？

我們一起來(lái)學(xué)習(xí)，以期找到問(wèn)題的答案。
首先我們來(lái)理解互聯(lián)網(wǎng)是怎么創(chuàng)建的，以及使用什么規(guī)范來(lái)很好地組織這么多信息。


第一部分第二課：互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)立，OSI七層模型


設(shè)想一下，假如你可以在任何時(shí)候通信，和任何人通信，豈不是很棒。這就是互聯(lián)網(wǎng)的初衷。

平時(shí)，當(dāng)我們身處一個(gè)10人小組，會(huì)感到表達(dá)自己的觀點(diǎn)有點(diǎn)困難。如果是100人，就更困難。假如有1000人，那幾乎就聽(tīng)不到你說(shuō)話了。但是互聯(lián)網(wǎng)就是要向不可能挑戰(zhàn)，要能夠做到：在任何時(shí)刻，同時(shí)和任何人通信。當(dāng)然了，要達(dá)到這個(gè)目的，必須要建立一個(gè)復(fù)雜的通信系統(tǒng)，使得各臺(tái)機(jī)器之間能夠相互對(duì)話。

但是這樣的一個(gè)通信模型如何構(gòu)建呢？

我們可以從最熟悉的通信方式開(kāi)始理解。
來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下一般的通信方式吧：
說(shuō)話
打電話
郵件
飛鴿傳書(shū) →_→
等等

接下來(lái)，讓我們?cè)囍鴣?lái)理解，在這些通信方式中，有哪些基本要素是我們通信活動(dòng)所必不可少的。
說(shuō)話的方式，我們需要：
說(shuō)話者
聽(tīng)話者
傳聲媒介（空氣）

打電話的方式，跟說(shuō)話是類似的，除了我們還需要一個(gè)在說(shuō)話和電子學(xué)之間的中介。實(shí)際上，我們要把說(shuō)話的聲音轉(zhuǎn)成電信號(hào)，電信號(hào)通過(guò)電話線等傳播介質(zhì)到達(dá)接收者那一端，然后轉(zhuǎn)為聲音被聽(tīng)見(jiàn)。在這里有一個(gè)信息的封裝。
我們可以舉郵件的例子來(lái)看一下這個(gè)封裝信息的系統(tǒng)，在郵件收發(fā)時(shí)我們需要：
寄件人
收件人
傳播介質(zhì)（信）
容器（信封）
中介（郵局）

是不是慢慢能理解我們通信需要什么條件了。
問(wèn)題又來(lái)了：
我們對(duì)電腦也能這樣應(yīng)用嗎？
怎么才能讓大家可以同時(shí)發(fā)出訊息呢？
我們能夠即時(shí)和地球另一端的某人通信嗎？  

接下來(lái)我們就看一下網(wǎng)絡(luò)的先驅(qū)者們?nèi)绾伟讶祟愅ㄐ诺脑�理“�?yīng)用”到電腦的通信中。
他們把所有研究的成果重組，創(chuàng)立了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所有連到互聯(lián)網(wǎng)的人都要遵守，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是：OSI七層模型。  
OSI七層模型，聽(tīng)上去是不是很帥？這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誕生在1984年，只比我早了3年出生（不小心暴露了自己的年齡 →_→）。

聰明的讀者也許注意到了，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)晚了很久。
原因很簡(jiǎn)單：OSI七層模型是在人們有了不少機(jī)器之間通信的經(jīng)驗(yàn)之后才能夠誕生的。因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不僅能夠適用于現(xiàn)有的通信，也適用于將來(lái)的通信及其可能的演進(jìn)。它的目的是使通信標(biāo)準(zhǔn)化，以保證機(jī)器最大化的演進(jìn)潛力和協(xié)同工作能力。

聽(tīng)起來(lái)很不錯(cuò)，但是到底OSI七層模型是什么��？

OSI七層模型是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了機(jī)器（主要是電腦）之間如何通信。因此假如你想要讓你的洗碗機(jī)和洗衣機(jī)通信的話，就需要遵從OSI模型，或者至少?gòu)腛SI模型獲得啟發(fā)。這意味著需要遵從分層的通信方式。

這里的層又是什么呢？

OSI模型是一個(gè)分層的模型，就是說(shuō)它分為幾個(gè)部分，每一部分稱為一層，每一層扮演固定的角色，就像下圖所看到的：


OSI七層模型


上圖中，我們可以看到OSI有7層，每一層名字都不一樣。

為什么是7層，不是14層或者250層？

還記得之前提到的嗎？我們知道要通信，需要有固定數(shù)目的組分，比如 發(fā)送者，接收者，語(yǔ)言，等等。網(wǎng)絡(luò)的先驅(qū)者們?cè)O(shè)計(jì)了用于構(gòu)建通信系統(tǒng)的主要元素，他們發(fā)現(xiàn)數(shù)目定為7最合適。因此OSI的每一層都有特定的分工，這7層合起來(lái)就可以使一臺(tái)機(jī)器和另一臺(tái)通信。

下面我們來(lái)看一下這7層各自的細(xì)節(jié)。

第1層或者物理層
名字： 物理層
作用：為通信提供傳播媒介
輔助作用：沒(méi)有
相關(guān)設(shè)備：集線器（也就是常說(shuō)的Hub）

第2層或者數(shù)據(jù)鏈路層
名字： 數(shù)據(jù)鏈路層
作用：使局域網(wǎng)中的機(jī)器互相連接
輔助作用：偵測(cè)傳輸錯(cuò)誤
相關(guān)設(shè)備：交換機(jī)（也就是常說(shuō)的Switch）

第3層或者網(wǎng)絡(luò)層
名字： 網(wǎng)絡(luò)層
作用：使各個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互連接
輔助作用：分割傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包
相關(guān)設(shè)備：路由器（也就是常說(shuō)的Router）

第4層或者傳輸層
名字： 傳輸層
作用：管理應(yīng)用程序的連接
輔助作用：保證連接的有效建立
相關(guān)設(shè)備：沒(méi)有

第5層或會(huì)話層
我們不在乎！

是的，你沒(méi)有看錯(cuò)：我們不在乎第5層。
在第4層以上的，除了第7層，我們都不在乎。當(dāng)然了，我也有些夸大。但是第5層和第6層不在本課程考慮范圍之內(nèi)。
原因很簡(jiǎn)單：
OSI七層模型是一個(gè)理論模型，今天的互聯(lián)網(wǎng)使用的實(shí)際模型是TCP/IP模型，而后者不使用OSI的第5層和第6層，因此我們無(wú)視它們。

好，我想你應(yīng)該理解了。當(dāng)然了，第7層我們需要考慮。其實(shí)正是為了這第7層上的應(yīng)用程序我們才大費(fèi)周章，構(gòu)建這個(gè)模型。是的，第7層就是老總，就得伺候著，就是這么任性 →_→

第7層或者應(yīng)用層：
名字： 應(yīng)用層
作用：沒(méi)有
輔助作用：沒(méi)有
相關(guān)設(shè)備：代理（也就是常說(shuō)的Proxy）

什么？第七層竟然沒(méi)有作用！那“伺候”它干嘛？說(shuō)白了，這一層就是展示我們構(gòu)建通信架構(gòu)所要服務(wù)的所有應(yīng)用程序。
因此，第七層我們也不多做研究，而是把重心放在提供服務(wù)和引導(dǎo)數(shù)據(jù)傳遞的第1-4層。其實(shí)，還有一種說(shuō)法是把1-4層合稱為“網(wǎng)絡(luò)層”。因?yàn)檎�是這四層負(fù)責(zé)引導(dǎo)數(shù)據(jù)從一臺(tái)機(jī)器傳遞到另一臺(tái)機(jī)器，以供機(jī)器上的屬于第7層的應(yīng)用程序使用。

在深入理解這四層之前，很有必要提一下使用OSI模型的兩個(gè)原則：
1. 每一層都是相對(duì)獨(dú)立的
2. 每一層只能和相鄰的層通信

“每一層都是相對(duì)獨(dú)立的”：
其所產(chǎn)生的影響是某一層所用的信息不能被另一層使用。例如，對(duì)于某些有一定網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的讀者來(lái)說(shuō)，應(yīng)該知道IP地址是屬于第3層的，就不能被另外的層所使用。
這樣規(guī)定的好處是可以方便通信方式的變革。
想象一下，今天你使用互聯(lián)網(wǎng)，雖然你可能并不了解它的原理，但實(shí)際上你使用的是第3層的IPv4（Internet Protocol Version 4，第四代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）這個(gè)協(xié)議。未來(lái)，我們將從IPv4演進(jìn)到IPv6（第六代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，相比第四代的32位地址空間，可以達(dá)到128位地址空間）。這時(shí)，假如我們除了第3層以外，在另一些層中也用到了IPv4，那我們除了要改第3層的協(xié)議，我們也要改其他凡是用到IPv4協(xié)議的層，就會(huì)很麻煩。
保持各層的相對(duì)獨(dú)立性可以使得我們改換一層所關(guān)聯(lián)的協(xié)議時(shí)，無(wú)需更改其他的層。

“每一層只能和相鄰的層通信”：
為了理解這個(gè)原則，我們必須了解機(jī)器是怎么利用OSI模型來(lái)通信的。
想象以下場(chǎng)景：
你坐在電腦前，打開(kāi)你的瀏覽器。你在瀏覽器的地址欄里輸入一個(gè)網(wǎng)址，那個(gè)網(wǎng)站就出現(xiàn)了。
雖然你并不知情，但其實(shí)你就在使用OSI模型。
大體來(lái)說(shuō)，位于OSI第7層的應(yīng)用程序（此處是瀏覽器），與第1-4層（合稱“網(wǎng)絡(luò)層”）對(duì)話，以便這4層把機(jī)器上的應(yīng)用程序所要的信息從遠(yuǎn)端的機(jī)器上（比如google.com的服務(wù)器）傳輸過(guò)來(lái)。
在一個(gè)傳輸過(guò)程中，我們會(huì)跨越OSI模型的各層，從上到下。
由此可見(jiàn)，多虧了第2個(gè)原則，我們能保證在信息的傳輸過(guò)程中，OSI模型的各層都會(huì)被跨越，也就保證每一層的作用都能得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然了，差不多是這樣。因?yàn)閷?shí)際上對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)，OSI模型是一個(gè)理論模型，第7層其實(shí)是跳過(guò)5，6層而直接和底下4層通信的。所以是 7 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 。

好了，今天的課程就到這里。
總結(jié)一下需要記住的知識(shí)點(diǎn)：
OSI七層模型是一個(gè)規(guī)范，其規(guī)定了機(jī)器之間如何通信
OSI模型是一個(gè)理論模型，互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際使用的是TCP/IP模型
OSI模型有7層
每一層都有一個(gè)特定的作用
第1-4層合稱為“網(wǎng)絡(luò)層”
每一層相對(duì)獨(dú)立
每一層只能和相鄰的層通信
當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，我們從OSI的最上層遍歷到最下層，在另一個(gè)機(jī)器那里，曾是相反的方向，從最下層到最上層




第一部分第三課預(yù)告：OSI第一層，連接你的機(jī)器


現(xiàn)在你應(yīng)該對(duì)OSI七層模型有了一個(gè)大體的了解。
下一課，我們就深入其中，學(xué)習(xí)OSI第1層（物理層）的細(xì)節(jié)。
明天見(jiàn)啦！




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cryboy2001

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