OSI七层模型详解

层级	名称	PDU单位	核心功能	典型协议/技术	网络设备
1	物理层	比特流	物理介质传输	RJ45, 光纤, 802.11 Wi-Fi	集线器、中继器
2	数据链路层	帧	物理寻址、差错校验	Ethernet, VLAN, PPP	交换机、网桥
3	网络层	数据包	逻辑寻址、路由选择	IP, ICMP, OSPF, BGP	路由器
4	传输层	段/数据报	端到端传输、流量控制	TCP, UDP	防火墙（部分功能）
5	会话层	数据	会话管理、连接控制	NetBIOS, RPC, SIP	-
6	表示层	数据	数据格式化、加解密	SSL/TLS, JPEG, ASCII	-
7	应用层	数据/消息	用户接口，网络服务	HTTP, FTP, SMTP, DNS	网关、代理服务器

逐层深度解析

物理层（Physical Layer）

• 核心功能：通过物理介质传输比特流（0/1信号）
• 补充细节：
  • 传输介质：双绞线（Cat5/6）、光纤（单模/多模）、无线电波（Wi-Fi）、红外线
  • 信号类型：电信号（铜缆）、光信号（光纤）、电磁波（无线）
  • 典型设备：中继器（信号放大）、集线器（多端口中继器，已淘汰）
  • 关键术语：带宽（Hz）、波特率、调制技术（如QAM）

数据链路层（Data Link Layer）

• 核心功能：成帧、物理寻址（MAC）、差错控制（CRC）、流量控制
• 补充细节：
  • 子层划分：
    • MAC子层：控制多设备共享介质（CSMA/CD以太网冲突检测）
    • LLC子层：提供逻辑接口，处理流量控制和差错恢复
  • 典型技术：
    • 以太网（IEEE 802.3）、Wi-Fi（IEEE 802.11）
    • VLAN（虚拟局域网，基于802.1Q标签隔离广播域）
  • 设备：交换机（基于MAC地址转发帧）、网桥（连接不同物理层网络）

网络层（Network Layer）

• 核心功能：逻辑寻址（IP）、路由选择、拥塞控制
• 补充细节：
  • 路由协议：
    • 内部网关协议（IGP）：OSPF（链路状态）、RIP（距离矢量）
    • 外部网关协议（EGP）：BGP（互联网核心路由协议）
  • 关键协议：
    • ARP（IPv4地址解析）、ICMP（ping/traceroute）、IPsec（VPN加密）
  • NAT技术：实现私有IP与公有IP转换

传输层（Transport Layer）

• 核心功能：端到端连接管理、分段重组、可靠传输

• TCP vs UDP对比：

  特性	TCP（面向连接）	UDP（无连接）
  可靠性	三次握手、重传、确认机制	无确认，可能丢包
  流量控制	滑动窗口机制	无
  应用场景	网页（HTTP）、邮件（SMTP）	视频流（RTP）、DNS查询

  • 端口号：0-65535（知名端口如80/HTTP、443/HTTPS）

会话层（Session Layer）

• 核心功能：建立/维护/终止会话、同步对话
• 典型应用：
  • 远程过程调用（RPC）：跨网络调用函数
  • NetBIOS：Windows文件共享会话管理
  • SIP协议：VoIP电话会话控制

表示层（Presentation Layer）

• 核心功能：数据格式转换、加密压缩
• 典型技术：
  • 加密：SSL/TLS（HTTPS）、SSH
  • 压缩：ZIP、GZIP（网页内容压缩）
  • 编码：ASCII/Unicode文本、JPEG/PNG图像

应用层（Application Layer）

• 核心功能：直接为用户应用提供网络服务
• 协议示例：
  • HTTP/HTTPS：网页传输
  • SMTP/POP3：邮件收发
  • DNS：域名解析
  • MQTT：物联网设备通信

数据封装流程示例

用户数据 → 应用层（HTTP头） → 表示层（加密） → 会话层（会话ID）  
→ 传输层（TCP头+端口） → 网络层（IP头+地址）  
→ 数据链路层（帧头+MAC） → 物理层（比特流）