如何生动形象、切中要点地讲解 OSI 七层模型和两主机传输过程

作者：繁星亮与鲍包包
链接：https://www.zhihu.com/question/24002080/answer/31817536
来源：知乎
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先回顾一下OSI七层模型有些啥内容：

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（OSI模型与TCP/IP模型类似，这里只针对OSI模型展开）

撇开复杂与晦涩难懂的术语不说，个人理解七个层次通俗来说主要实现以下内容：

应用层：就是应用软件使用的协议，如邮箱使用的POP3，SMTP、远程登录使用的Telnet、获取IP地址的DHCP、域名解析的DNS、网页浏览的http协议等；这部分协议主要是规定应用软件如何去进行通信的。

（应用层此部分有修改，感谢@小张指正。）

表示层：决定数据的展现（编码）形式，如同一部电影可以采样、量化、编码为RMVB、AVI，一张图片能够是JPEG、BMP、PNG等。

会话层：为两端通信实体建立连接（会话），中间有认证鉴权以及检查点记录（供会话意外中断的时候可以继续，类似断点续传）。

传输层：将一个数据/文件斩件分成很多小段，标记顺序以被对端接收后可以按顺序重组数据，另外标记该应用程序使用的端口号及提供QOS。（不同的应用程序使用不同计算机的端口号，同样的应用程序需要使用一样的端口号才能正常通信）

网络层：路由选路，选择本次通信使用的协议（http、ftp等），指定路由策略及访问控制策略。（IP地址在这一层）

数据链路层：根据端口与MAC地址，做分组（VLAN）隔离、端口安全、访问控制。（MAC地址在这一层）处理VLAN内的数据帧转发，跨VLAN间的访问，需要上升到网络层。

物理层：将数据最终编码为用0、1标识的比特流，然后传输。（例如将题主头像的图片，变为一串01100111100这样的数字来表示）。

基础理论说完，接着回答题主的主题：

两主机通信的过程，从发送者（以下简称A）到接收者（以下简称B），属于从7层（应用层）->1层（物理层）封装，然后传输到远端，再从1层（物理层）->7层（应用层）解封装的过程。

1、 当A打开了QQ这个软件，相当就到达应用层了；因为软件会根据你的操作调动机器底层的硬件工作了。

2、 当A往QQ这个软件的聊天窗口里面输入信息，发出后，QQ会将这个信息保存在本地聊天记录文件MSGEX.db（一般就保存在QQ目录下以你的QQ号码为文件夹里）。以某种格式编码/保存某种信息，这可以理解为表示层了。

3、 当A打开与B的聊天窗口，输入信息，按下“输入”按钮，用户的操作就完结了，剩下都是机器自己的操作了。实际传输之前QQ会先建立A与B的会话连接，才真正开始传输信息/数据（你可以理解借传输文件理解：你发送文件给对方，要等待对方按下接收，才算建立了会话，然后才开始传输。）这算会话层了。

4、 会话建立后，会将A发的信息斩件，如A发送“你吃了饭没有”？传输层将这句话斩成“你”“吃”“了”“饭”“没”“有”6个数据段，标记号使用的端口号，然后准备发出去。

5、 接上一层，信息还未发出去，这时候在网络层做路由选路，可以理解为，从A家出去，可以分别经“联通”“电信”“移动”3个网络中的一个再到B家。

网络层根据路由协议负责选路（根据链路质量、带宽、开销等方法论）。假设最后选了2条，可能就A->联通->B发送“你”“吃”“了”3个数据段，A->电信->B发送“饭”“没”“有”3个数据段。

选路后，这一层要标记IP包头，包头主要内容是源IP地址，目的IP地址，使用什么协议。其中源、目的IP相当于你寄信的时候的收发的地址与邮政编码，标记出发送者与接收者。而协议相当于这封信到底用什么语言书写。（只有保证2端使用同种语言，才能确保通信起来，否则你用英文写信给大妈，大妈怎么看得懂呢？）

6、 然后再到数据链路层，数据链路层主要是负责同一个子网内的通信的。例如A、B连接在同一台二层交换机，就属于同一个子网，那么数据帧的通信室是不需要通过网络层的（即三层交换机或者路由器），直接在这台二层交换机就过去了。这一层打的是MAC地址的帧头，对于上述通信过程来说，就是为数据帧打上A的机器的MAC与A的网关的MAC。这一层的工作就完成了。

7、 最后一层了，经过上述斩件、打完各层标签后的6个数据帧，物理层将他们翻译文6段0、1表示的比特流，然后通过光纤、铜缆进行传输。

8、 当比特流传输到了远端，接着B的机器按照上述的1~7的步骤反方向运行一次即可（即有物理层到应用层）。就是一层层读取标签，传输给标签标记着的相应对象，然后摘除标签，再读取上一层标签，直到最后B的应用程序能够读到A往应用程序输入的数据为止。

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对于题主的评论，补充2个图；

2个主机之间的通信，对于2台主机来说，肯定是都需要跨越7层的，而平常说的只需要去到2层或者3层，其实是对于中间系统而言的，就是说中间的交换机、路由器而言；

例如图1的假设两端的通信实体在一个局域网内，其实传输的数据包去到交换机时，交换机拆开二层帧头，再查自身的MAC地址表，发现表里面有对应的MAC地址，然后对应的对口是哪个，接着就把帧发送到该端口转发出去，它的任务就完成了。根本不需要到达网络层的意思是，根本都不需要拆卡3层的IP包头来读取里面的信息。

通过转发，最好到达B主机，然后从1层拆到7层，B用户的主机最终就读取到信息了。

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对于图2，由于A、B两通信实体跨域广域网，所以光靠MAC地址表，肯定是查不到的，这时候路由器会把IP包头也拆开，读取目的IP地址，再查路由表，就知道往哪个端口发出去了。然后层层转发，就可以达到目的地了，接下来就和图1的一样了。

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