OSI七层模型详解

层级

名称

PDU单位

核心功能

典型协议/技术

网络设备

1

物理层

比特流

物理介质传输

RJ45, 光纤, 802.11 Wi-Fi

集线器、中继器

2

数据链路层

帧

物理寻址、差错校验

Ethernet, VLAN, PPP

交换机、网桥

3

网络层

数据包

逻辑寻址、路由选择

IP, ICMP, OSPF, BGP

路由器

4

传输层

段/数据报

端到端传输、流量控制

TCP, UDP

防火墙（部分功能）

5

会话层

数据

会话管理、连接控制

NetBIOS, RPC, SIP

6

表示层

数据

数据格式化、加解密

SSL/TLS, JPEG, ASCII

7

应用层

数据/消息

用户接口，网络服务

HTTP, FTP, SMTP, DNS

网关、代理服务器

逐层深度解析

物理层（Physical Layer）

  • 核心功能：通过物理介质传输比特流（0/1信号）
  • 补充细节：
    • 传输介质：双绞线（Cat5/6）、光纤（单模/多模）、无线电波（Wi-Fi）、红外线
    • 信号类型：电信号（铜缆）、光信号（光纤）、电磁波（无线）
    • 典型设备：中继器（信号放大）、集线器（多端口中继器，已淘汰）
    • 关键术语：带宽（Hz）、波特率、调制技术（如QAM）

数据链路层（Data Link Layer）

  • 核心功能：成帧、物理寻址（MAC）、差错控制（CRC）、流量控制
  • 补充细节：
    • 子层划分：
      • MAC子层：控制多设备共享介质（CSMA/CD以太网冲突检测）
      • LLC子层：提供逻辑接口，处理流量控制和差错恢复
    • 典型技术：
      • 以太网（IEEE 802.3）、Wi-Fi（IEEE 802.11）
      • VLAN（虚拟局域网，基于802.1Q标签隔离广播域）
    • 设备：交换机（基于MAC地址转发帧）、网桥（连接不同物理层网络）

网络层（Network Layer）

  • 核心功能：逻辑寻址（IP）、路由选择、拥塞控制
  • 补充细节：
    • 路由协议：
      • 内部网关协议（IGP）：OSPF（链路状态）、RIP（距离矢量）
      • 外部网关协议（EGP）：BGP（互联网核心路由协议）
    • 关键协议：
      • ARP（IPv4地址解析）、ICMP（ping/traceroute）、IPsec（VPN加密）
    • NAT技术：实现私有IP与公有IP转换

传输层（Transport Layer）

  • 核心功能：端到端连接管理、分段重组、可靠传输
  • TCP vs UDP对比：

特性

TCP（面向连接）

UDP（无连接）

可靠性

三次握手、重传、确认机制

无确认，可能丢包

流量控制

滑动窗口机制

无

应用场景

网页（HTTP）、邮件（SMTP）

视频流（RTP）、DNS查询

  • 端口号：0-65535（知名端口如80/HTTP、443/HTTPS）

会话层（Session Layer）

  • 核心功能：建立/维护/终止会话、同步对话
  • 典型应用：
    • 远程过程调用（RPC）：跨网络调用函数
    • NetBIOS：Windows文件共享会话管理
    • SIP协议：VoIP电话会话控制

表示层（Presentation Layer）

  • 核心功能：数据格式转换、加密压缩
  • 典型技术：
    • 加密：SSL/TLS（HTTPS）、SSH
    • 压缩：ZIP、GZIP（网页内容压缩）
    • 编码：ASCII/Unicode文本、JPEG/PNG图像

应用层（Application Layer）

  • 核心功能：直接为用户应用提供网络服务
  • 协议示例：
    • HTTP/HTTPS：网页传输
    • SMTP/POP3：邮件收发
    • DNS：域名解析
    • MQTT：物联网设备通信

数据封装流程示例

代码语言：bash复制
用户数据 → 应用层（HTTP头） → 表示层（加密） → 会话层（会话ID）  
→ 传输层（TCP头+端口） → 网络层（IP头+地址）  
→ 数据链路层（帧头+MAC） → 物理层（比特流）