文章目录
- 前言
- 一、OSI参考模型
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- [1. 概述](#1. 概述)
- [2. 七层结构](#2. 七层结构)
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- [1 物理层](#1 物理层)
- [2 数据链路层](#2 数据链路层)
- [3 网络层](#3 网络层)
- [4 传输层](#4 传输层)
- [5 会话层](#5 会话层)
- [6 表示层](#6 表示层)
- [7 应用层](#7 应用层)
- [二、 数据封装与解封装过程](#二、 数据封装与解封装过程)
- 三、TCP/IP体系结构
- 四、OSI模型与TCP/IP模型对比
- 五、关键考点与常见误区
- 六、真题示例
前言
本文带大家了解OSI七层模型的结构、功能及数据封装过程，阐述服务访问点与层间交互机制；同时梳理TCP/IP体系结构的层次划分与核心协议。
一、OSI参考模型
1. 概述
OSI（Open System Interconnection Reference Model）模型由国际标准化组织（ISO）于1984年提出，将网络通信划分为7个层次，每一层使用下层提供的服务，并为上层提供服务。其核心思想是分层对等通信，即对等层之间通过协议进行逻辑通信，实际数据流垂直经过各层。
2. 七层结构
层次 名称 协议数据单元（PDU） 典型设备/协议
1 物理层
- 功能：在传输媒介上透明传输比特流，定义接口机械、电气、功能和规程特性。
- 协议数据单元（PDU）比特（Bit）
- 典型设备：中继器、集线器、网线、光纤
2 数据链路层
在相邻节点间可靠传输帧，进行物理寻址（MAC）、差错检测、流量控制 帧（Frame） 交换机、网桥、PPP、以太网
3 网络层
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功能：逻辑寻址、路由选择、拥塞控制，将分组从源端传送到目的端
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协议数据单元（PDU）：包/分组（Packet）
-
典型设备/协议：路由器，IP、ICMP
4 传输层
- 功能：提供端到端的可靠或不可靠传输，负责报文分段、流量控制、差错校验
- 协议数据单元（PDU）： 段（Segment）
- 典型设备/协议：TCP、UDP
5 会话层
- 功能：建立、管理和终止会话，提供对话控制（双工/半双工）、同步点（断点续传）
- 协议数据单元（PDU）：数据
- 典型设备/协议： NetBIOS、RPC
6 表示层
- 功能：处理数据格式转换、加密/解密、压缩/解压缩，确保应用层数据可被对方理解
- 协议数据单元（PDU）：数据
- 典型设备/协议：JPEG、ASCII、SSL/TLS
7 应用层
- 功能：直接为应用程序提供网络服务，如文件传输、电子邮件、远程登录等
- 协议数据单元（PDU）：数据
- 典型设备/协议： HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet
OSI模型中，会话层、表示层、应用层常被统称为"高层"，现代TCP/IP应用层涵盖了这三层功能。
二、 数据封装与解封装过程
1、封装
发送方从上至下逐层添加头部（部分层增加尾部）。
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应用层 → 传输层：添加TCP/UDP头（封装成段）
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传输层 → 网络层：添加IP头（封装成包）
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网络层 → 数据链路层：添加MAC头、尾部FCS（封装成帧）
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数据链路层 → 物理层：转换为比特流
2、解封装：
接收方从下至上逐层剥除头部，还原上层数据。
关键概念：载荷（Payload）------上层传来的数据在本层成为数据部分。
3. 服务访问点（SAP）与层间交互
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SAP（Service Access Point）：相邻层实体之间交换服务的逻辑接口。
- （N）层通过（N）SAP向（N+1）层提供服务。
- （N+1）层通过（N）SAP向（N）层请求服务。
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网络层SAP：IP地址+协议字段（标识上层协议，如TCP=6，UDP=17）
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传输层SAP：端口号（标识应用进程）
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数据链路层SAP：以太网类型字段（如IPv4=0x0800，ARP=0x0806）
三、TCP/IP体系结构
1. 概述
TCP/IP模型是因特网实际标准，采用四层/五层混合结构，更注重实用性。它将OSI的高三层合并为应用层，将数据链路层与物理层合并为网络接口层。
2. TCP/IP层次结构与协议栈
层次（五层模型） 对应OSI层 主要功能 核心协议/技术
应用层
- 对应OSI层的会话层、表示层、应用层。
- 主要功能：提供应用程序通信接口
- 核心协议/技术：HTTP、FTP、SMTP、POP3、IMAP、DNS、Telnet、SSH、DHCP、SNMP
传输层
- 对应OSI层的传输层
- 提供端到端通信，可靠/不可靠传输 TCP（可靠，面向连接）、UDP（不可靠，无连接）
网络层
- 对应OSI的网络层
- 主要功能：逻辑编址、路由选择、分组转发
- 核心协议/技术：IPv4、IPv6、ICMP、IGMP、ARP（通常跨层，介于链路层与网络层之间）
数据链路层
- 对应OSI的数据链路层
- 主要功能是介质访问控制、帧传输、差错检测
- 核心协议/技术：以太网、PPP、HDLC、VLAN、MAC子层、LLC子层
物理层
- 对应OSI的物理层 比特流传输、
- 主要功能是接口规范
- 核心协议/技术：网线、光纤、中继器、集线器
注：TCP/IP常使用四层模型（网络接口层、网络层、传输层、应用层），其中网络接口层包含了OSI的数据链路层和物理层。考试中常采用五层模型以便清晰对应。
3. 著名协议的工作层次及调用关系
3.1 协议层次分布
- 应用层协议：调用传输层服务（TCP或UDP）。
- 基于TCP：HTTP（80）、FTP（20/21）、SMTP（25）、Telnet（23）、SSH（22）、POP3（110）
- 基于UDP：DNS（53）、DHCP（67/68）、SNMP（161/162）、TFTP（69）
- 混合使用：DNS（主要UDP，大响应时使用TCP）
- 传输层协议：调用网络层服务（IP）。
- TCP：提供可靠、有序、流量控制、拥塞控制
- UDP：提供尽力而为、低延迟传输
- 网络层协议：调用数据链路层服务，同时为上层提供路由与转发。
- IP：无连接、不可靠，负责分组转发与路由
- ICMP：用于差错报告与诊断（ping、traceroute）
- ARP/RARP：地址解析协议，将IP地址映射为MAC地址（通常认为工作在网络层与链路层之间）
- 链路层协议：封装IP数据报成帧，通过物理介质传输。
3.2 协议调用关系示意
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应用进程 （HTTP/FTP/SMTP...）通过端口号调用传输层 （TCP/UDP ）。
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传输层 （TCP/UDP ）通过协议号调用网络层 （IP, ICMP）。
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网络层 （IP, ICMP）通过类型字段调用数据链路层（ Ethernet, PPP ）
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数据链路层（Ethernet, PPP）直接调用物理层 （比特流）
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调用关系的本质是上层通过SAP（端口、协议号、类型字段）标识下层承载的协议类型，实现多路复用与分用。
四、OSI模型与TCP/IP模型对比
分层数量
- OSI模型共7层，先于协议诞生，理论完善、标准化导向，各层协议独立；
- TCP/IP模型采用4层（或5层）结构，协议先于模型，实践导向、应用广泛。
服务类型
- OSI网络层同时支持面向连接与无连接，传输层仅面向连接；
- TCP/IP网络层仅提供无连接的IP服务，传输层则兼顾面向连接的TCP与无连接的UDP。
协议依赖
- OSI对具体协议保持独立，
- TCP/IP则与核心协议紧密结合。
实际应用
- OSI主要作为教学参考，实际影响有限；
- TCP/IP是当今因特网的事实标准。
共同特性
- 均采用分层体系结构，层间独立并通过服务访问点（SAP）交互；
- 传输层均实现端到端通信，网络层均承担路由与寻址功能。
五、关键考点与常见误区
- OSI各层PDU名称：比特→帧→包→段→数据。
- TCP/IP中ARP的位置：ARP不严格属于某一层，常归为网络层或链路层。
- 端口号作用：传输层SAP，标识应用进程。系统端口（0-1023）、注册端口（1024-49151）、动态/私有端口（49152-65535）。
- 协议号作用：网络层SAP，标识上层协议（TCP=6，UDP=17，ICMP=1）。
- 封装过程顺序：发送方从高层向低层添加头部，接收方逆序剥离。
- 面向连接与无连接：OSI网络层支持两者，TCP/IP网络层仅无连接，传输层补充了面向连接的TCP。
六、真题示例
