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OSI七层模型以及区别和对应范围

news 2024/11/5 17:03:12

OSI七层的简要描述：

1. 物理层（Physical Layer）：
   - 负责传输原始的比特流，通过物理媒介（如电缆、光纤）进行数据传输。
   - 物理层的设备包括网络接口卡（NIC）、中继器、集线器等。
2. 数据链路层（Data Link Layer）：     - 负责在相邻节点之间提供可靠的数据传输。
   - 这一层通过帧（frame）进行数据传输，并处理错误检测和修正。
   - 数据链路层的设备包括交换机和网桥。
3. 网络层（Network Layer）：
   - 负责在多个网络之间建立路径，并确保数据包从源节点到目的节点的正确传输。
   - 这一层通过路由选择算法来决定数据包的最佳路径。
   - 网络层的设备包括路由器。
4. 传输层（Transport Layer）：
   - 负责提供端到端的通信服务，确保数据的完整性和可靠性。
   - 这一层通过分段（segment）或数据报（datagram）进行数据传输。
   - 常见的传输层协议包括TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
5. 会话层（Session Layer）：
   - 负责建立、管理和终止会话。
   - 会话层确保数据在两个通信系统之间正确地同步和传输。
6. 表示层（Presentation Layer）：
   - 负责数据的转换、加密和压缩，确保数据在网络中传输前后的表示格式一致。
   - 这一层处理应用程序和网络之间的数据表示转换。
7. 应用层（Application Layer）：
   - 是OSI模型的最高层，直接为用户的应用程序提供服务。
   - 应用层协议定义了应用程序如何通过网络进行通信，如HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）和SMTP（简单邮件传输协议）。

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为什么集线器在物理层，但交换机却在数据链路层？

集线器和交换机之所以分别工作在物理层和数据链路层，这主要取决于它们各自的功能和工作原理。

首先，集线器是一种工作在物理层的网络设备。物理层是OSI/RM参考模型的最底层，主要负责电气信号、符号、线的状态以及时钟要求的定义，同时负责数据编码以及数据传输使用的连接器。集线器的主要功能是对网络信号进行集中和重新分配，它接收来自各个端口的信号，经过整形、放大后再广播转发给其他所有端口。由于集线器只是简单地转发信号，不对信号所代表的数据内容进行任何处理，因此它被视为物理层设备。

相比之下，交换机则是一种工作在数据链路层的网络设备。数据链路层位于物理层之上，负责在物理层提供的比特流服务的基础上，建立、维护和终止数据链路层的连接，并进行差错校验、流量控制和帧同步等功能。交换机通过内部的CPU，在每个端口成功连接时，将MAC地址和端口对应起来，形成一张MAC表。在后续的通讯中，发往某个MAC地址的数据包将被仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。这种功能使得交换机能够高效地转发数据包，同时避免广播风暴的产生。因此，交换机被视为数据链路层设备。

综上所述，集线器和交换机之所以分别工作在物理层和数据链路层，是因为它们各自的功能和工作原理决定了它们在网络中的层次位置。集线器主要进行信号的整形、放大和转发，不涉及数据内容的处理，因此工作在物理层；而交换机则通过维护MAC表来实现数据包的高效转发，需要处理数据链路层的信息，因此工作在数据链路层。

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为什么交换机在数据链路层，但路由器却在网络层？

交换机在数据链路层工作，而路由器在网络层工作，这主要是由于它们各自的设计和功能所决定的。

首先，交换机是一种基于MAC地址识别的网络设备，它的主要功能是完成数据包的封装和转发。交换机通过内部的CPU，可以“学习”MAC地址，并将这些地址存放在内部的MAC地址表中。当交换机接收到一个数据包时，它会查找这张表，以确定目的MAC地址所对应的端口。然后，它会在数据帧的起始者和目标接收者之间建立一条临时的交换路径，使数据帧能够直接由源地址到达目的地址。由于交换机需要处理MAC地址和端口之间的映射关系，因此它工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。

相比之下，路由器则是一种多端口设备，它连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器的主要功能是在网络层实现数据包的转发。网络层是OSI模型的第三层，位于传输层和数据链路层之间。在网络层，路由器的主要任务是根据目标IP地址选择最佳的路径，将数据包从源主机发送到目标主机。路由器通过内部的路由表来实现这一功能，路由表包含了网络地址和下一跳地址的对应关系。当路由器接收到一个数据包时，它会检查数据包的目标IP地址，并根据路由表选择下一跳地址进行转发。因此，路由器工作在网络层。

总的来说，交换机和路由器之所以分别工作在数据链路层和网络层，是因为它们各自的设计和功能决定了它们在网络中的层次位置。交换机通过处理MAC地址和端口之间的映射关系来实现数据包的转发，因此工作在数据链路层；而路由器则通过处理IP地址和路由表之间的关系来实现数据包的转发，因此工作在网络层。

(备注：在实际应用中，网络设备通常同时具备二层和三层功能，例如，多层交换机能够在二层进行帧交换的同时，也能在三层进行路由决策。)

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传输层都有哪些？
传输层位于通信部分的最高层，也是用户功能的最底层。
（传输层既是OSI层模型中负责数据通信的最高层，又是面向网络通信的低三层和面向信息处理的高三层之间的中间层）
1. 传输控制协议（TCP）：
     - 提供了面向连接、可靠的数据传输服务。
     - 通过三次握手建立连接，并通过四次挥手进行连接终止。
     - 使用序列号和确认应答来确保数据的正确顺序和完整性。
     - 支持流量控制和拥塞控制。
2. 用户数据报协议（UDP）：
     - 提供了无连接、不可靠的数据传输服务。
     - 不建立连接，数据包独立发送，可能会有丢失、重复或顺序错误。
     - 适用于对实时性要求较高的应用，如视频会议或在线游戏。
     - 适用于不需要严格数据完整性的应用。
3. 数据报协议（Datagram Protocol）：
     - 这是一个泛指，包括了像UDP这样的无连接协议。
     - 数据报通过网络发送，但不保证到达或顺序。
4. 传输层安全性（TLS）：
     - 提供了在传输层上的加密和认证服务。
     - 常用于HTTPS，确保Web浏览器的安全通信。
5. 安全套接层（SSL）：
     - 类似于TLS，提供了传输层的安全服务。
     - SSL是TLS的前身，但现在TLS更为常用。

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会话层都有哪些？

会话层负责建立、管理和终止两个通信系统之间的会话。
会话可以理解为不同应用程序之间的对话，会话层确保这些对话能够正确地开始、维护和结束。
以下是会话层中的一些常见服务和协议：
1. 会话控制协议（SCP）：这是一个抽象的协议，用于在会话层中控制会话的建立、维护和结束。
2. 会话层管理协议（SLMP）：用于管理和控制会话层的操作。
3. 结构化查询语言（SQL）：虽然SQL主要用于数据库管理系统，但它也可以在会话层中用于管理和查询数据。
4. 远程过程调用（RPC：允许一台计算机上的程序调用另一台计算机上的程序，就像调用本地程序一样。
5. NetBIOS会话服务：在早期的局域网中使用，提供了一种会话管理机制。
6. AppleTalk会话协议：用于Apple网络中的会话管理。
会话层的主要功能包括：
- 会话建立：在两个通信实体之间建立会话连接。
- 会话管理：管理会话期间的对话控制，例如，控制对话的同步点。
- 会话同步：在数据传输过程中设置检查点，使得在发生故障时可以重新同步会话。
- 会话终止：在通信完成后，正确地终止会话连接。
需要注意的是，尽管会话层的概念在OSI模型中是明确的，但在实际的网络通信中，会话层的功能往往被集成在传输层或应用层中。
例如，TCP协议在传输层提供了会话管理的一些功能，而HTTP、FTP等应用层协议则直接处理会话的建立和终止。
在现代网络中，会话层的具体实现不如物理层、数据链路层和传输层那样直接对应于特定的网络协议，而是更多地体现在应用程序如何使用传输层提供的服务来管理会话。

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表示层都有哪些？
表示层是OSI模型中的第六层，它负责数据的转换、加密和压缩，以确保数据在网络中传输时能够被正确地理解和处理。
表示层的主要目的是确保一个系统的应用层发送的数据可以被另一个系统的应用层以相同的格式接收。
以下是表示层中的一些常见服务和协议：
1. 数据转换：
     - 数据格式转换：将数据从一种格式转换为另一种格式，例如，从ASCII码转换为EBCDIC码。
     - 数据加密：使用加密算法（如AES、DES、RSA等）来保护数据，防止未授权访问。
     - 数据压缩：使用压缩算法（如ZIP、GZIP、LZ77等）来减小数据的大小，提高传输效率。
2. 抽象语法表示（ASN.1）
：     - ASN.1是一种标准化的数据表示和编码规则，用于定义数据结构，以便在异构系统之间交换信息。
3. 外部数据表示（XDR）：
     - XDR是一种用于表示数据的标准方法，它定义了数据类型和它们的编码方式，用于在不同计算机结构之间传输数据。
4. 数据加密标准（DES）：
     - DES是一种早期的对称密钥加密算法，用于数据加密。
5. 安全套接层（SSL）和传输层安全性（TLS）：
     - 尽管它们通常与传输层关联，但SSL和TLS也提供了表示层的功能，如数据加密和完整性验证。
6. 国际标准化组织（ISO）开放系统互连（OSI）表示层协议：
     - ISO定义了一系列表示层协议，用于支持不同系统之间的数据表示和转换。
7. 对象管理组（OMG）的通用对象请求代理体系结构（CORBA）：
     - CORBA定义了一套标准，允许不同计算机上的对象透明地相互操作，其中涉及到表示层的功能。
表示层确保了数据在网络传输过程中的语法和语义一致性，使得发送端和接收端的应用程序能够理解和处理交换的数据。
以下是表示层的一些关键功能：
- 数据编码：将数据转换成适合传输的格式。
- 数据加密：保护数据安全，防止数据在传输过程中被窃取或篡改。
- 数据解密：在接收端将加密的数据还原成原始格式。
- 数据压缩：减少数据量，提高传输效率。
- 数据解压缩：在接收端将压缩的数据还原成原始大小。
表示层的这些功能对于实现不同系统之间的互操作性至关重要，尤其是在异构网络环境中。

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应用层都有哪些？

应用层是OSI模型中的第七层，也是最高层，它直接为用户的应用程序提供服务。应用层通过底层的网络服务来提供网络应用程序的接口，使得用户能够通过网络进行各种操作，如文件传输、电子邮件发送、网络浏览等。
以下是应用层中的一些常见协议和服务：
1. 超文本传输协议（HTTP）：用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本数据，是构成万维网的基础。
2. 简单邮件传输协议（SMTP）：用于发送电子邮件。
3. 文件传输协议（FTP）：用于在网络上传输文件。
4. 简单文件传输协议（SFTP）：一种安全的文件传输协议，提供了加密的文件传输。
5. 网络文件系统（NFS）：允许网络上的计算机共享文件系统，使得用户可以像访问本地文件一样访问远程文件。
6. 动态主机配置协议（DHCP）：用于自动分配IP地址给网络中的设备。
7. 远程登录（Telnet）：提供了一种远程登录到其他计算机的机制。
8. 安全外壳（SSH）：提供了一种安全的远程登录方式，以及安全的数据传输。
9. 简单网络管理协议（SNMP）：用于网络设备的管理和监控。
10. 域名系统（DNS）：将易于记忆的域名转换为IP地址。
11. 网络新闻传输协议（NNTP）：用于传输USENET新闻。
12. 实时流协议（RTP）：用于在IP网络中传输音频和视频。
13. 实时控制协议（RTCP）：与RTP一起使用，用于监控数据传输的质量。
14. 网络时间协议（NTP）：用于在网络上同步计算机的时间。
15. 简单对象访问协议（SOAP）：用于在网络上交换结构化信息，常用于Web服务。
16. XML-RPC：一种使用XML作为编码方式的远程过程调用协议。
17. 文件共享协议，如SMB/CIFS：用于Windows网络中的文件和打印机共享。
应用层协议通常基于传输层协议（如TCP或UDP）来建立网络连接。这些协议通过定义消息格式、通信规则和数据处理方法，使得应用程序能够通过网络与其他系统进行通信。值得注意的是，随着技术的发展和新的应用需求的出现，应用层的协议和服务也在不断发展和增加。