【计算机网络基础系列】01- OSI 参考模型
最近复习计算机网络相关知识，重温《图解TCP/IP》
协议的标准化
- ISO: International Organization for Standards, 国际标准化组织。
- OSI: Open Systems Interconnection, 开放式通信系统互联参考模型。
为了让不同厂商生产的异构机型也能互相通信，ISO 制定了一个国际标准 OSI，对通信系统进行了标准化。
现在，OSI 所定义的协议虽然并没有得到普及, 但是在OSI协议设计之初作为其指导方针的OSI 参考模型却常被用于网络协议的制定当中。
我们经常提到的（也是该书中重点介绍的） TCP/IP 并非 ISO 所制定的某种国际标准。而是由 IETF 所建议的、致力于推进其标准化作业的一种协议。
TCP/IP 作为互联网之上的一种标准，也作为业界标准，俨然已经成为全世界所广泛应用的通信协议。
- IETF: Internet Engineering Task Force, 国际互联网工程任务组
- TCP/IP: 请注意，在很多情况下，TCP/IP 并不是单纯指 TCP 与 IP 这两种协议，而是指利用IP进行通信时所用到的协议群的统称。详见下文。
- 业界标准：非国家或国际机构等公共机构所制定的标准，但属于业界公认的标准。
（类似：截至2021年，我们认为 Kubernetes 是容器编排领域的业界标准。）
- 协议得以标准化也使所有遵循标准协议的设备不再因计算机硬件或操作系统的差异而无法通信。
- 因此，协议的标准化也推动了计算机网络的普及。
关于 OSI 参考模型
- OSI: Open Systems Interconnection, 开放式通信系统互联参考模型。
- OSI 将通信功能划分为 7 个分层，称作 OSI 参考模型。
- 这7层从底层往上依次是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
- 许多通信协议都对应了 OSI 参考模型中7个分层中的某层。通过这一点，可以大致了解该协议在整个通信功能中的位置和作用。
OSI 参考模型中各个分层的作用
| 序号 | 分层名称 | 功能 | 每层功能概览 |
|---|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 针对特定应用的协议。 | 电子邮件–电子邮件协议，远程登录——远程登录协议，文件传输——文件传输协议 |
| 6 | 表示层 | 设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换。 | 接收不同表现形式的信息，如文字流、图像、声音等，并实现转换 |
| 5 | 会话层 | 通信管理。负责建立和断开连接（数据流动的逻辑通路）。管理传输层以下的分层。 | 何时建立连接，何时断开连接以及保持多久的连接？ |
| 4 | 传输层 | 管理两个节点之间的数据传输。负责可靠传输（确保数据被可靠地传送到目标地址）。 | 是否有数据丢失？ |
| 3 | 网络层 | 地址管理与路由选择。 | 经过哪个路由传递到目标地址？ |
| 2 | 数据链路层 | 互连设备之间传送和识别数据帧。 | 数据帧与比特流之间的转换，分段转发 |
| 1 | 物理层 | 以 0、1 代表电压的高低、灯光的闪灭。界定连接器和网线的规格。 | 比特流与电子信号之间的切换，连接器与网线的规格。 |
应用层：为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件传输、电子邮件、远程登录等协议。
表示层：将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此它主要负责数据格式的转换。
具体来说，就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式。不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同。
因此，使它们保持一致是这一层的主要作用。会话层：负责建立和断开通信连接（数据流动的逻辑通路），以及数据的分割等数据传输相关的管理。
传输层：起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理，而无需在路由器上处理。
网络层：将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某一个地址。因此这一层主要负责寻址和路由选择。
数据链路层：负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输。例如与1个以太网相连的2个节点之间的通信。
物理层：负责0、1比特流（0、1序列）与电压的高低、光的闪灭之间的互换。
关于 OSI 协议分层的思想
分层的优点：
- 协议分层就如同计算机软件中的模块化开发。
- 分层使得每个分层独立使用，即使系统中某些分层发生了变化，也不会波及整个系统。
- 可以构造一个扩展性和灵活性都较强的系统。
- 此外，通过分层能够细分通信功能，更易于单独实现每个分层的协议，并界定各个分层的具体责任和义务。
分层的劣势：可能就在于过分模块化，使处理变得更加沉重以及每个模块都不得不实现相似的处理逻辑等问题。
