OSI 七层模型和四层模型(TCP/IP 模型)

文章目录

  • 前言
  • [一、OSI 七层模型](#一、OSI 七层模型)
  • [二、TCP/IP 四层模型](#二、TCP/IP 四层模型)
  • 三、运行协议及设备
    • [1. OSI 七层模型](#1. OSI 七层模型)
    • [2. TCP/IP 四层模型](#2. TCP/IP 四层模型)
    • [3. 运行协议](#3. 运行协议)
    • [4. 各类设备的作用](#4. 各类设备的作用)
  • 总结

前言

OSI 七层模型和四层模型(TCP/IP 模型)是两种常见的网络协议分层架构,它们的主要区别如下:


一、OSI 七层模型

OSI(Open Systems Interconnection)模型是国际标准化组织(ISO)制定的网络通信参考模型,将网络通信分为 7 层,各层的主要功能如下:

  1. 物理层(Physical Layer):定义硬件设备的物理特性,如电缆、光纤、无线电波等,负责数据的比特流传输。
  • 协议:IEEE 802.3(以太网)、IEEE 802.11(Wi-Fi)、RS-232(串口通信)等。
  1. 数据链路层(Data Link Layer):负责数据帧的传输,提供错误检测和流量控制。
  • 协议:PPP、HDLC、Ethernet(以太网)、STP(生成树协议)、MAC(介质访问控制)等。
  1. 网络层(Network Layer):负责数据包的路由和寻址,决定数据如何从源到达目标。
  • 协议:IP、ICMP、ARP、RIP、OSPF、BGP 等。
  1. 传输层(Transport Layer):提供端到端的通信,确保数据可靠传输。
  • 协议:TCP(可靠传输)、UDP(无连接传输)、SCTP(流控制传输协议)等。
  1. 会话层(Session Layer):管理会话控制,建立、维护和终止会话连接。
  • 协议:RPC、SQL、NetBIOS、PPTP 等。
  1. 表示层(Presentation Layer):负责数据格式转换、加密/解密、压缩/解压缩。
  • 协议:TLS、SSL、JPEG、GIF、MPEG、ASCII、EBCDIC 等。
  1. 应用层(Application Layer):提供用户直接使用的网络服务。
  • 协议:HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、POP3、IMAP、DNS、SNMP、Telnet 等。

二、TCP/IP 四层模型

TCP/IP 模型是现代互联网的基础协议栈,它简化了 OSI 七层模型,将其合并为 4 层

  1. 网络接口层(Network Interface Layer):对应 OSI 的物理层 + 数据链路层,负责底层数据的传输。
  • 协议:Ethernet(以太网)、PPP、Wi-Fi、MAC、ARP、STP 等。
  1. 互联网层(Internet Layer):对应 OSI 的网络层,负责数据包的寻址和路由。
  • 协议:IP、ICMP、ARP、RIP、OSPF、BGP 等。
  1. 传输层(Transport Layer):对应 OSI 的传输层,提供端到端的通信。
  • 协议:TCP、UDP、SCTP 等。
  1. 应用层(Application Layer):包含 OSI 的会话层、表示层和应用层,提供用户应用程序的接口。
  • 协议:HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、DNS、SSH、Telnet、POP3、IMAP、SNMP 等。

三、运行协议及设备

1. OSI 七层模型

层级 OSI 七层 主要功能 常见设备
7 应用层(Application) 提供应用程序的网络服务,如 Web 浏览、邮件收发等 PC、服务器、网关、云计算设备(运行应用程序,如 Web 服务器、FTP 服务器、邮件服务器)
6 表示层(Presentation) 数据格式转换、加密/解密、压缩/解压缩 服务器、网关(SSL 加密/解密、数据转换)
5 会话层(Session) 维护会话连接,管理数据传输 服务器、网关(如 VoIP 服务器、PPTP VPN 服务器)
4 传输层(Transport) 端到端的连接管理,可靠性保证 防火墙、负载均衡器(基于 TCP/UDP 端口的流量管理)
3 网络层(Network) 逻辑寻址(IP 地址)、路由选择 路由器、多层交换机、防火墙
2 数据链路层(Data Link) 物理寻址(MAC 地址)、帧传输 交换机、网桥、无线 AP
1 物理层(Physical) 比特流传输,电气信号、光信号 集线器(Hub)、网卡(NIC)、光纤、无线设备

2. TCP/IP 四层模型

层级 TCP/IP 四层 主要功能 典型设备
4 应用层(Application) 提供应用级网络通信 服务器、客户端、网关、代理服务器
3 传输层(Transport) 端到端传输(TCP/UDP) 防火墙、负载均衡器(基于端口的流量管理)
2 互联网层(Internet) IP 地址寻址、路由 路由器、防火墙
1 网络接口层(Network Interface) 物理数据传输 交换机、网桥、无线 AP、网卡、光纤、集线器

3. 运行协议

层级 七层模型 TCP/IP 四层模型 主要协议
7 应用层(Application) 应用层(Application) HTTP、FTP、SMTP、DNS
6 表示层(Presentation) 合并到应用层 TLS、SSL、JPEG、GIF
5 会话层(Session) 合并到应用层 SQL、RPC、PPTP
4 传输层(Transport) 传输层(Transport) TCP、UDP
3 网络层(Network) 互联网层(Internet) IP、ICMP、ARP、BGP
2 数据链路层(Data Link) 网络接口层(Network Interface) Ethernet、PPP、Wi-Fi
1 物理层(Physical) 网络接口层(Network Interface) IEEE 802.3、光纤、无线电波

4. 各类设备的作用

  1. 服务器(应用层)
  • 提供 HTTP、DNS、FTP、SMTP、IMAP 等服务,如 Web 服务器、邮件服务器、数据库服务器。
  1. 网关(应用层 / 传输层)
  • 充当不同网络协议间的转换器,如 VPN 网关、协议转换网关。
  1. 防火墙(传输层 / 网络层)
  • 负责基于 IP 地址、端口号或应用层协议的安全控制。
  1. 负载均衡器(传输层 / 应用层)
  • 负责在多个服务器之间均衡流量,提高系统可用性。
  1. 路由器(网络层)
  • 负责 IP 地址路由,决定数据包的转发路径。
  1. 交换机(数据链路层)
  • 基于 MAC 地址进行数据帧转发,提高网络效率。
  1. 无线 AP(Access Point)(数据链路层)
  • 负责无线信号覆盖,为无线设备提供网络接入。
  1. 网桥(Bridge)(数据链路层)
  • 连接两个或多个网络段,扩展网络范围。
  1. 集线器(Hub)(物理层)
  • 纯物理信号放大、广播所有接收到的数据帧,无智能分发能力。
  1. 网卡(NIC)(物理层)
  • 负责计算机和网络设备的连接,处理物理层的数据传输。

总结

  • OSI 七层模型更详细,理论性强,结构清晰,但应用较少。

  • TCP/IP 四层模型更实际,直接应用于互联网协议栈,更符合现实的网络通信流程。

  • 高层设备(应用层 - 传输层):服务器、网关、负载均衡器、代理服务器等。

  • 中间层设备(网络层):路由器、防火墙等。

  • 底层设备(数据链路层 - 物理层):交换机、无线 AP、网桥、集线器、网卡等。

在现代网络架构中,许多设备(如防火墙、多层交换机、路由器)都融合了多个网络层的功能,并支持智能流量管理。

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