网络OSI七层模型及各层作用与 TCP/IP

背景

虽然说以前学习计算机网络的时候，学过了，但为了更好地学习一些物联网协议（MQTT、CoAP、LWM2M、OPC），需要重新复习一下。

OSI七层模型

七层模型，亦称OSI（Open System Interconnection）。参考模型是国际标准化组织（ISO）制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系，一般称为OSI参考模型或七层模型。
它是一个七层的、抽象的模型体，不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。

OSI七层模型	功能	对应的网络协议
应用层	应用层是网络体系中最高的一层，也是唯一面向用户的一层，也可视为为用户提供常用的应用程序，每个网络应用都对应着不同的协议	HTTP、TFTP, FTP, NFS, WAIS、SMTP
表示层	主要负责数据格式的转换，确保一个系统的应用层发送的消息可以被另一个系统的应用层读取，编码转换，数据解析，管理数据的解密和加密，同时也对应用层的协议进行翻译	Telnet, Rlogin, SNMP, Gopher
会话层	负责网络中两节点的建立，在数据传输中维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接，并决定何时终止通信	SMTP, DNS
传输层	是整个网络关键的部分，是实现两个用户进程间端到端的可靠通信，处理数据包的错误等传输问题。是向下通信服务最高层，向上用户功能最底层。即向网络层提供服务，向会话层提供独立于网络层的传送服务和可靠的透明数据传输。	TCP, UDP
网络层	进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择，IP就在网络层	IP, ICMP, ARP, RARP, AKP, UUCP
数据链路层	物理地址（MAC地址），网络设备的唯一身份标识。建立逻辑连接、进行硬件地址寻址，相邻的两个设备间的互相通信	FDDI, Ethernet, Arpanet, PDN, SLIP, PPP，STP。HDLC,SDLC,帧中继
物理层	七层模型中的最底层，主要是物理介质传输媒介（网线或者是无线），在不同设备中传输比特，将0/1信号与电信号或者光信号互相转化	IEEE 802.1A, IEEE 802.2到IEEE 802

数据发送时从上至下封装，收到数据包后从下至上解包。每一层对于上一层来讲是透明的，上层只需要使用下层提供的接口，并不关心下层是如何实现的。
我们所说的 socket 编程，是站在传输层的基础上，所以可以使用 TCP/UDP 协议，但是不能干「访问网页」这样的事情，因为访问网页所需要的 http 协议位于应用层。

两台计算机进行通信时，必须遵守以下原则：
- 必须是同一层次进行通信，比如，A 计算机的应用层和 B 计算机的传输层就不能通信，因为它们不在一个层次，数据的拆包会遇到问题。
- 每一层的功能都必须相同，也就是拥有完全相同的网络模型。如果网络模型都不同，那不就乱套了，谁都不认识谁。
- 数据只能逐层传输，不能跃层。
- 每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务。

如：

TCP/IP

TCP/IP 参考了OSI模型，将最上的3层（应用层、表示层、会话层）视为为应用层，由将最下的2层（数据链路层、物理层）视为网络接口层所以 TCP/IP 只有4层。

我们用一张图来看，TCP/IP在OSI模型中各个部分对应的是什么部分。

源自 http://www.colasoft.com.cn/download/protocols_map.php

附录： TCP/IP在OSI模型中各部分的解释（OSI七层模型相关协议缩写）

应用层

HTTP 超文本传输协议
FTP 文件传输协议
SMTP 简单邮件传输协议
TELNET TCP/IP终端仿真协议
POP3 邮局协议第三版
Finger 用户信息协议
NNTP 网络新闻传输协议
IMAP4 因特网信息访问协议第四版
LPR UNIX 远程打印协议
Rwho UNIX 远程 Who协议
Rexec UNIX远程执行协议
Login UNIX 远程登陆协议
RSH UNIX 远程Shell协议
NTF HP 网络文件传输协议
RDA HP 远程数据库访问协议
VT 虚拟终端仿真协议
RFA HP 远程文件访问协议
RPC Remote Process Comm.
S-HTTP 安全超文本传输协议
GDP 网关发现协议
X-Window
CMOT 基于TCP/IP的CMIP协议
SOCKS 安全套接字协议
FANP 流属性通知协议
SLP 服务定位协议
MSN 微软网络服务
Radius 远程用户拨号认证服务协议
DNS 域名系统
NFS网络文件系统协议
NIS SUN 网络信息系统协议
R-STAT SUN远程状态协议
NSM SUN 网络状态监测协议
PMAP SUN 端口映射协议
Mount
LPR UNIX 远程打印协议
SNMP 简单网络管理协议
常用UDP协议的应用层服务
- BOOTP 引导协议
- DHCP动态主机配套协议
- NTP 网络时间协议
- TFTP 简单文件传输协议

表示层

DECnet NSP
LPP 轻量级表示协议
NBSSN NetBIOS会话服务协议
XDP外部数据表示协议
IPX

会话层

SSL 安全套接字层协议
TLS 传输层安全协议
DAP 目录访问协议
LDAP 轻量级目录访问协议
RPC 远程过程调用协议
VINES NETRPC
- VFRP
- NeTBIOS
- IPX

传输层

XOT 基于tcp之上的X协议
Van Jacobson 压缩TCP协议
ISO-DE ISO 开发环境-------->NetBISO
TALI 传输适配层接口协议
DSI、NetBIOS、IP NeTBIOS、ISO-TP SSP、SMB、MSRPC

UDP用户数据报协议

RUDP 可靠的用户数据报协议
Mobile IP 移动IP协议

网络层

IP/IPv6 互联网协议/互联网协议第六版
ICMPv6互联网控制信息协议第六版
ICMP互联网控制信息协议
IGMP 互联网组管理协议
SLIP 串行线路IP协议

安全协议

AH 认证头协议
ESP 安装封装有效载荷协议

路由协议

EGP 外部网关协议
OSPF 开放最短路径优先协议
IGRP 内部网关路由协议
NHRP 下一跳解析协议
IE-IRGP 增强内部网关路由选择协议
RIPng for IPv6 IPv6路由信息协议
GGP 网关到网关协议
VRRP 虚拟路由器冗余协议
PGM 实际通用组播协议
RSVP 资源预留协议
PIM-DM 密集模式独立组播协议
DVMRP 距离矢量组播路由协议
RIP2 路由信息协议第二版
PIM-SM 稀疏模式独立组播协议
MOSPF 组播开放最短路径优先协议

数据链路层

MPLS 多协议标签交换协议
XTP 压缩传输协议
DCAP 数据转换客户访问协议
SLE 串行连接封装协议
IPinIP IP套IP封装协议

隧道协议

PPTP 点对点隧道协议
L2F 第二层转发协议
L2TP 第二层隧道协议
ATMP 接入隧道管理协议

Cisco 协议

CDP 思科发现协议
CGMP 思科组管理协议

地址解析协议

ARP 地址解析协议
RAR 逆向地址解析协议

物理层

IEEE 802.2
Ethernet v.2
Internetwork