OSI 七层模型和TCP/IP 四层模型的区别

目录

OSI 七层模型

介绍

1. 物理层(Physical Layer)

2. 数据链路层(Data Link Layer)

3. 网络层(Network Layer)

4. 传输层(Transport Layer)

5. 会话层(Session Layer)

6. 表示层(Presentation Layer)

7. 应用层(Application Layer)

重点总结

既然 OSI 七层模型这么厉害,为什么干不过 TCP/IP 四层模型呢?

TCP/IP 四层模型

介绍

1. 网络接口层(Link Layer)

2. 互联网层(Internet Layer)

3. 传输层(Transport Layer)

4. 应用层(Application Layer)

结构概览

分层的优点

OSI 七层模型和TCP/IP 四层模型的区别

总结


OSI 七层模型

介绍

OSI(开放系统互连)模型是一个标准化框架,用于理解和设计网络通信。它将网络通信过程分为七个独立的层次,每一层都有特定的功能和职责,确保数据能够从一台设备传输到另一台设备。

OSI 七层模型是国际标准化组织提出的一个网络分层模型。每一层都专注做一件事情,并且每一层都需要使用下一层提供的功能。比如传输层需要使用网络层提供的路由和寻址功能,这样传输层才知道把数据传输到哪里去。

各个网络层(根据 OSI 七层模型 )所包含的协议如下:

1. 物理层(Physical Layer)

  • 功能:负责物理设备之间的比特传输,包括定义接口标准、传输介质、电压、电流、传输速率等。
  • 具体作用: 定义硬件标准,如电缆、电压、信号调制方式等。它传输的是物理介质上的电气或光信号,而不是数据包。
  • 设备: 网线、光纤、电缆、集线器等。
  • 协议和标准
    • IEEE 802.3(以太网物理层)
    • IEEE 802.11(无线局域网)
    • 光纤通道(Fiber Channel)
    • USB
    • 蓝牙

2. 数据链路层(Data Link Layer)

  • 功能:提供可靠的物理链路传输,定义帧的格式,控制数据的访问以及检测和纠正物理层的错误。
  • 具体作用: 将物理层提供的原始比特流组装成帧,并负责数据在同一个局域网络内的可靠传输,还处理错误检测和纠正。
  • 设备: 交换机、网卡。
  • 协议
    • MAC(介质访问控制)协议:用于在共享介质上决定哪一台设备可以发送数据(如CSMA/CD,用于以太网)。
    • PPP(点对点协议):用于通过串行链路传输数据。
    • HDLC:同步数据链路控制协议。
    • ARP(地址解析协议):将 IP 地址映射为 MAC 地址。

3. 网络层(Network Layer)

  • 功能:负责数据包的路由选择,决定数据包通过哪些路径传输到目的地,并提供逻辑寻址。
  • 具体作用: 确保数据能够从源地址传输到目标地址,跨越不同的网络。使用的协议包括IP(互联网协议)。
  • 设备: 路由器。
  • 协议
    • IP(互联网协议):负责数据包的寻址和路由,常见版本有 IPv4 和 IPv6。
    • ICMP(互联网控制消息协议):用于发送错误报告和其他网络消息(如ping)。
    • IGMP(互联网组管理协议):用于组播通信的管理。

4. 传输层(Transport Layer)

  • 功能:负责端到端的数据传输,确保数据的可靠性和完整性。
  • 具体作用: 管理端口,确保数据在两个主机之间可靠传输(如TCP)或快速传输(如UDP)。它还负责流量控制、错误检测和纠正。
  • 协议
    • TCP(传输控制协议):面向连接,提供可靠的字节流传输。
    • UDP(用户数据报协议):无连接协议,适合快速、无保障的数据传输。
    • SCTP(流控制传输协议):适合于信令传输。

5. 会话层(Session Layer)

  • 功能:管理不同计算机之间的会话,包括会话的建立、维护和终止。
  • 具体作用: 在通信双方之间创建和管理会话,确保数据的顺序传输和对话恢复。
  • 协议
    • PPTP(点对点隧道协议):用于虚拟专用网(VPN)中的隧道化。
    • RPC(远程过程调用协议):用于进程之间的通信。

6. 表示层(Presentation Layer)

  • 功能:负责数据的编码、解码、加密和解密,确保发送和接收的设备之间的数据格式兼容。
  • 具体作用: 将数据从一种格式转换为另一种格式,以确保应用层能够正确解释数据。它处理数据的加密解密、编码转换(如ASCII到EBCDIC)、压缩解压缩等任务。
  • 协议
    • SSL/TLS(安全套接字层/传输层安全协议):用于加密数据传输,确保通信安全。
    • JPEG、MPEG:用于图像和视频数据的压缩。

7. 应用层(Application Layer)

  • 功能:为应用程序提供网络服务。
  • 具体作用: 这是用户与网络的直接接口,为应用程序提供服务,比如电子邮件(SMTP)、网页浏览(HTTP)、文件传输(FTP)。
  • 协议
    • HTTP/HTTPS(超文本传输协议/安全超文本传输协议):用于万维网的网页传输。
    • FTP(文件传输协议):用于文件的上传和下载。
    • SMTP(简单邮件传输协议):用于电子邮件的传输。
    • DNS(域名系统):用于将域名解析为 IP 地址。
    • Telnet/SSH:用于远程登录和管理。

重点总结

  • 物理层: 传输比特流。
  • 数据链路层: 负责帧和物理地址管理。
  • 网络层: 路由数据包。
  • 传输层: 提供可靠或不可靠的传输。
  • 会话层: 管理通信会话。
  • 表示层: 数据格式化和加密解密。
  • 应用层: 直接提供服务给用户。

OSI模型的作用在于将复杂的网络通信任务分解为独立的、模块化的部分,使得不同设备和技术能够更好地协同工作,并且为设计和开发网络协议提供了结构化的参考。

既然 OSI 七层模型这么厉害,为什么干不过 TCP/IP 四层模型呢?

的确,OSI 七层模型当时一直被一些大公司甚至一些国家政府支持。这样的背景下,为什么会失败呢?主要有下面几方面原因:

  • OSI 的专家缺乏实际经验,他们在完成 OSI 标准时缺乏商业驱动力。
  • OSI 的协议实现起来过分复杂,而且运行效率很低。
  • OSI 制定标准的周期太长,因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场(20 世纪 90 年代初期,虽然整套的 OSI 国际标准都已经制定出来,但基于 TCP/IP 的互联网已经抢先在全球相当大的范围成功运行了)。
  • OSI 的层次划分不太合理,有些功能在多个层次中重复出现。

TCP/IP 四层模型

介绍

TCP/IP 四层模型是互联网通信的基础架构,它定义了数据如何在网络中传输,确保设备之间能够相互通信。TCP/IP 模型分为四个层次,每一层都有不同的功能。

是目前被广泛采用的一种模型,看作是 OSI 七层模型的精简版本。

详细介绍:

1. 网络接口层(Link Layer)

  • 作用:负责设备与本地网络之间的数据传输。这一层处理物理连接(如网卡)以及与数据链路层协议(如 Ethernet 以太网、Wi-Fi)相关的通信。它定义了数据帧的格式、物理地址(MAC 地址)等内容。
  • 协议:Ethernet、Wi-Fi、PPP(点对点协议)等。
  • 关键功能:实现本地链路的数据封装与解封装。

2. 互联网层(Internet Layer)

  • 作用:提供逻辑地址(IP 地址),用于实现不同网络之间的路由与数据传输。它确保数据包从源设备发送到目标设备,甚至经过多个网络跳跃。这一层负责分割大数据包、管理网络地址、以及选择数据包的最佳路径。
  • 协议:IP、ICMP、ARP、RARP等。
  • 关键功能
    • 数据包的寻址与路由。
    • 确保数据能够在不同网络间传输。

3. 传输层(Transport Layer)

  • 作用:负责端到端的通信管理,确保数据能够从发送端传递到接收端,提供了数据传输的可靠性和完整性。它还处理数据的流量控制、差错检测和纠正。
  • 协议:TCP(传输控制协议)、UDP(用户数据报协议)。
  • 关键功能
    • TCP:面向连接,提供可靠的数据传输,确保数据包按顺序到达,并且提供差错校验。
    • UDP:无连接,传输效率高,适用于对速度要求高、但不需要保证数据完整性的场景(如视频流)。

4. 应用层(Application Layer)

  • 作用:直接为用户提供网络服务,包含所有允许用户与网络进行交互的协议。这一层是用户与网络的接口,支持各种应用程序(如网页浏览、电子邮件、文件传输等)。
  • 协议:HTTP、FTP、SMTP、DNS等。
  • 关键功能:提供应用程序与网络之间的通信接口,让应用能够利用网络传输数据。

结构概览

  • 网络接口层:处理与物理网络的交互。
  • 互联网层:负责路由和逻辑地址的管理。
  • 传输层:确保数据传输的可靠性和准确性。
  • 应用层:为各种网络应用提供服务。

通过这四个层次,TCP/IP 模型实现了设备之间的互联和通信,它是当今互联网的核心框架。

分层的优点

  • 简化设计与实现:通过将网络功能分解为不同的层,每一层只负责特定的任务,从而简化了设计和实现的复杂性。
  • 模块化:每一层可以独立发展和优化,不同层次之间通过标准接口进行通信,便于各层的更新和替换。
  • 互操作性:明确定义每个层次之间的接口和协议,不同厂商或组织开发的网络设备和软件可以相互兼容,使得不同的网络设备和系统能够在不同的层
  • 次上进行无缝互操作,提升了网络的兼容性。
  • 故障隔离:每个层次都有自己的错误检测、纠错和恢复机制,且分层结构能够帮助网络工程师定位问题所在的层次,从而更快地进行故障排除。

OSI 七层模型和TCP/IP 四层模型的区别

OSI 七层模型和 TCP/IP 四层模型都是网络通信协议的参考模型,用于定义网络中数据传输的不同阶段。它们有许多相似之处,但在层次划分和设计目标上有所不同。下面是它们的主要区别:

1)模型层次

OSI 模型有七层,更细化了各个通信过程;而 TCP/IP 模型则简化为四层,将会话层、表示层、应用层合并为一个“应用层”,物理层和数据链路层合并为“网络接口层”。

2)设计目的

  • OSI 模型:是一个理论参考模型,设计时是为了成为通用的网络通信标准,它定义了理想情况下通信应该如何进行,但在实际应用中并未完全普及。
  • TCP/IP 模型:是一个实践驱动的模型,基于实际的互联网设计,并且成为了现实中的标准通信模型。它的设计目的更加注重于如何在网络中高效传输数据。

区别:OSI 是理论模型,而 TCP/IP 是实践模型,更贴合实际的互联网实现。

3)协议的层次对应

  • OSI 模型中每一层有特定的职责和协议,例如:

    • 物理层负责硬件连接;
    • 数据链路层负责帧的传输;
    • 网络层负责路由选择(如 IP 协议);
    • 传输层负责端到端连接(如 TCP 和 UDP)。
  • TCP/IP 模型则更简化:

    • 网络接口层:相当于 OSI 的物理层和数据链路层;
    • 互联网层:对应 OSI 的网络层,主要处理 IP 地址和路由;
    • 传输层:对应 OSI 的传输层,负责 TCP 和 UDP;
    • 应用层:整合了 OSI 的会话层、表示层和应用层,处理如 HTTP、FTP 等应用协议。

区别:OSI 对层次划分更加细致,而 TCP/IP 合并了部分功能层,适应互联网中的实际需求。

4)灵活性与复杂性

  • OSI 模型的每一层是独立的,可以互相替换,因此它更具灵活性和通用性,适合理论研究和教学。
  • TCP/IP 模型更加简单且实际,许多层之间的界限较模糊,因此它的实现更加高效,但灵活性不如 OSI 模型。

区别:OSI 模型更灵活,但复杂;TCP/IP 模型较为简单,实用性更强。

总结

  • 层数区别:OSI 模型有 7 层,TCP/IP 模型有 4 层。
  • 用途区别:OSI 是理论参考模型,TCP/IP 是实际应用的模型。
  • 协议细分:OSI 更细致,TCP/IP 更简化。
  • 实用性:TCP/IP 在实际网络中广泛应用,OSI 则更多用于教学和标准化参考。

 

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