當(dāng)我們談?wù)摰?2 層交換機(jī)和第 3 層以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，我們實(shí)際上指的是通用協(xié)議模型的層——開(kāi)源互連 (OSI) 模型。它通常用于描述網(wǎng)絡(luò)通信。如果沒(méi)有共同的規(guī)則來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，則不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信是不可能的。這些規(guī)則被稱為協(xié)議，其中傳輸控制協(xié)議（TCP）/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）是使用最廣泛的協(xié)議之一。TCP/IP 模型廣泛用于網(wǎng)絡(luò)描述，比 OSI 模型更老。它們都有很多層，它們之間有什么區(qū)別？

OSI 參考模型層

OSI 模型是一種概念模型，它表征和標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)通信中涉及的不同軟件和硬件組件應(yīng)如何分工和相互交互。它有七層。

圖 1：OSI 模型的七層。

第 7 層：應(yīng)用層

OSI模型的應(yīng)用層直接與軟件應(yīng)用程序交互，提供所需的通信功能，最接近終端用戶。應(yīng)用層的功能通常包括驗(yàn)證通信伙伴和資源的可用性以支持任何數(shù)據(jù)傳輸。該層還為終端應(yīng)用定義協(xié)議，例如域名系統(tǒng)（DNS）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、互聯(lián)網(wǎng)消息訪問(wèn)協(xié)議（IMAP）、郵局協(xié)議（POP）、簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議 (SMTP)、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 (SNMP) 和 Telnet（終端仿真）。

第 6 層：表示層

表示層檢查數(shù)據(jù)以確保它與通信資源兼容。它將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成應(yīng)用層和更低層接受的形式。任何需要的數(shù)據(jù)格式化或代碼轉(zhuǎn)換也由第六層處理，例如將擴(kuò)展二進(jìn)制編碼十進(jìn)制交換碼 (EBCDIC) 編碼的文本文件轉(zhuǎn)換為美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼 (ASCII) 編碼的文本文件。它也可用于數(shù)據(jù)壓縮和加密。比如視頻通話在傳輸過(guò)程中會(huì)被壓縮，這樣可以更快地傳輸，數(shù)據(jù)會(huì)在接收端恢復(fù)。對(duì)于安全性要求較高的數(shù)據(jù)，例如包含您的密碼的短信，將在這一層進(jìn)行加密。

第 5 層：會(huì)話層

會(huì)話層控制計(jì)算機(jī)之間的對(duì)話（連接）。它建立、管理、維護(hù)并最終終止本地和遠(yuǎn)程應(yīng)用程序之間的連接。第 5 層軟件還處理身份驗(yàn)證和授權(quán)功能。它也驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否已交付。會(huì)話層通常在使用遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的應(yīng)用程序環(huán)境中顯式實(shí)現(xiàn)。

第 4 層：傳輸層

傳輸層提供通過(guò)一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)序列從源主機(jī)傳輸?shù)侥繕?biāo)主機(jī)的功能和手段，同時(shí)保持服務(wù)質(zhì)量（QoS）功能并確保數(shù)據(jù)的完整傳遞。數(shù)據(jù)的完整性可以通過(guò)糾錯(cuò)和類似功能來(lái)保證。它還可以提供顯式的流量控制功能。雖然不嚴(yán)格遵循 OSI 模型，但 TCP 和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (UDP) 是第 4 層中必不可少的協(xié)議。

第三層：網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)邏輯尋址和交換功能處理數(shù)據(jù)包路由。網(wǎng)絡(luò)是許多節(jié)點(diǎn)可以連接到的媒介。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)地址。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要向其他節(jié)點(diǎn)傳遞消息時(shí)，它只需要提供消息的內(nèi)容和目的節(jié)點(diǎn)的地址，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)想辦法將消息傳遞到目的節(jié)點(diǎn)，可能會(huì)通過(guò)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。如果消息太長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)將其拆分為多個(gè)片段，分別發(fā)送它們并在另一個(gè)節(jié)點(diǎn)重新組裝這些片段。

第 2 層：數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層提供節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的傳輸——兩個(gè)直接連接的節(jié)點(diǎn)之間的鏈接。它處理幀中數(shù)據(jù)的打包和解包。它定義了在兩個(gè)物理連接的設(shè)備之間建立和終止連接的協(xié)議，例如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 (PPP)。數(shù)據(jù)鏈路層一般分為兩個(gè)子層——媒體訪問(wèn)控制（MAC）層和邏輯鏈路控制（LLC）層。MAC 層負(fù)責(zé)控制網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備如何訪問(wèn)媒體和傳輸數(shù)據(jù)的權(quán)限。LLC層負(fù)責(zé)識(shí)別和封裝網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，控制錯(cuò)誤檢查和幀同步。

第 1 層：物理層

物理層定義了數(shù)據(jù)連接的電氣和物理規(guī)范。例如，連接器的引腳布局、電纜的工作電壓、光纖電纜的規(guī)格以及無(wú)線設(shè)備的頻率。它負(fù)責(zé)在物理介質(zhì)中傳輸和接收非結(jié)構(gòu)化原始數(shù)據(jù)。比特率控制在物理層完成。它是底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的層，從不關(guān)心協(xié)議或其他更高層的項(xiàng)目。

TCP/IP 模型層

TCP/IP 模型也是一個(gè)分層的參考模型，但它是一個(gè)四層模型。它的另一個(gè)名稱是 Internet 協(xié)議套件。它通常被稱為 TCP/IP，因?yàn)榛A(chǔ)協(xié)議是 TCP 和 IP，但在此模型中不僅使用這兩個(gè)協(xié)議。

應(yīng)用層

TCP/IP 模型的應(yīng)用層為應(yīng)用程序提供了訪問(wèn)其他層服務(wù)的能力，并定義了應(yīng)用程序用來(lái)交換數(shù)據(jù)的協(xié)議。最廣為人知的應(yīng)用層協(xié)議包括 HTTP、FTP、SMTP、Telnet、DNS、SNMP 和路由信息協(xié)議 (RIP)。

傳輸層

傳輸層，也稱為主機(jī)到主機(jī)傳輸層，負(fù)責(zé)為應(yīng)用層提供會(huì)話和數(shù)據(jù)報(bào)通信服務(wù)。這一層的核心協(xié)議是 TCP 和 UDP。TCP 提供一對(duì)一的、面向連接的、可靠的通信服務(wù)。它負(fù)責(zé)對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序和確認(rèn)，以及恢復(fù)傳輸中丟失的數(shù)據(jù)包。UDP 提供一對(duì)一或一對(duì)多、無(wú)連接、不可靠的通信服務(wù)。當(dāng)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很?。ɡ缭摂?shù)據(jù)適合單個(gè)數(shù)據(jù)包）時(shí)，通常使用 UDP。

互聯(lián)網(wǎng)層

Internet 層負(fù)責(zé)主機(jī)尋址、打包和路由功能?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議層的核心協(xié)議是IP、地址解析協(xié)議（ARP）、互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議（ICMP）和互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）。IP 是一種可路由協(xié)議，負(fù)責(zé) IP 尋址、路由以及數(shù)據(jù)包的分段和重組。ARP 負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層地址，例如與給定 Internet 層訪問(wèn)關(guān)聯(lián)的硬件地址。ICMP 負(fù)責(zé)提供診斷功能并報(bào)告由于 IP 數(shù)據(jù)包傳送不成功而導(dǎo)致的錯(cuò)誤。IGMP 負(fù)責(zé)管理IP 組播組。在這一層中，IP 將包頭添加到數(shù)據(jù)包中，這稱為 IP 地址。

圖 2：IPv4 地址和 IPv6 地址示例。

網(wǎng)絡(luò)接入層

網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層（或鏈路層）負(fù)責(zé)將 TCP/IP 數(shù)據(jù)包放在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上，并從網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上接收 TCP/IP 數(shù)據(jù)包。TCP/IP 被設(shè)計(jì)為獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)方法、幀格式和介質(zhì)。換句話說(shuō)，它獨(dú)立于任何特定的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通過(guò)這種方式，TCP/IP 可用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)類型，例如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、X.25、幀中繼和異步傳輸模式 (ATM)。

傳輸過(guò)程中如何處理數(shù)據(jù)？

在分層系統(tǒng)中，一層的設(shè)備以不同的格式交換數(shù)據(jù)，稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。下表顯示了不同層中的 PDU。

表：在不同層處理的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)。

型號(hào)類型OSI 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)TCP/IP 層主機(jī)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層表示層會(huì)話層會(huì)話層應(yīng)用傳輸層段 (TCP) / 數(shù)據(jù)報(bào) (UDP)傳輸層媒體層網(wǎng)絡(luò)層包互聯(lián)網(wǎng)層數(shù)據(jù)鏈路層框架網(wǎng)絡(luò)接入層物理層少量

例如，當(dāng)用戶請(qǐng)求在計(jì)算機(jī)上瀏覽一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，遠(yuǎn)程服務(wù)器軟件首先將請(qǐng)求的數(shù)據(jù)提供給應(yīng)用層，由應(yīng)用層逐層處理，每一層執(zhí)行其指定的功能。然后數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的物理層傳輸，直到目標(biāo)服務(wù)器或其他設(shè)備接收到它。此時(shí)，數(shù)據(jù)再次通過(guò)層向上傳遞，每一層執(zhí)行其分配的操作，直到數(shù)據(jù)被接收軟件使用。

圖 3：數(shù)據(jù)從上層向下流向下層，每一層都在 PDU 中添加頁(yè)眉/頁(yè)腳。

在傳輸過(guò)程中，每一層都向來(lái)自上層的 PDU 添加一個(gè)標(biāo)頭或頁(yè)腳，或兩者兼有，用于引導(dǎo)和識(shí)別數(shù)據(jù)包。這個(gè)過(guò)程稱為封裝。頁(yè)眉（和頁(yè)腳）和數(shù)據(jù)一起形成下一層的 PDU。該過(guò)程一直持續(xù)到到達(dá)最低層（物理層或網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層），數(shù)據(jù)從該層傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備。接收設(shè)備反轉(zhuǎn)該過(guò)程，在每一層使用指導(dǎo)操作的頁(yè)眉和頁(yè)腳信息對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解封裝。然后應(yīng)用程序最終使用數(shù)據(jù)。該過(guò)程一直持續(xù)到所有數(shù)據(jù)都被發(fā)送和接收。

TCP/IP 和 OSI 對(duì)故障排除的意義

有了分層的知識(shí)，我們就可以在連接失敗時(shí)診斷出問(wèn)題出在哪里。原則是從最低層檢查，而不是從最高層檢查。因?yàn)槊恳粚佣际菫楸人叩膶臃?wù)的，處理低層的問(wèn)題會(huì)更容易。例如，如果您的計(jì)算機(jī)無(wú)法連接互聯(lián)網(wǎng)，您應(yīng)該首先檢查您的計(jì)算機(jī)是否插入了網(wǎng)線，或者無(wú)線接入點(diǎn) (WAP) 是否連接到交換機(jī)，或者 RJ45 的針腳是否連接器狀況良好。

TCP/IP 模型與 OSI 模型

TCP/IP 模型比 OSI 模型更早。下圖顯示了它們層的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖 4：OSI 模型與 TCP/IP 模型以及 TCP/IP 協(xié)議套件。

比較 TCP/IP 模型和 OSI 模型的層，TCP/IP 模型的應(yīng)用層類似于 OSI 第 5、6、7 層的組合，但 TCP/IP 模型沒(méi)有單獨(dú)的表示層或會(huì)話層。TCP/IP 的傳輸層包含了 OSI 傳輸層的職責(zé)和 OSI 會(huì)話層的一些職責(zé)。TCP/IP 模型的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層包括 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。請(qǐng)注意，TCP/IP 的 Internet 層沒(méi)有利用 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路層中可能存在的排序和確認(rèn)服務(wù)。TCP/IP 模型中的傳輸層負(fù)責(zé)。

考慮到這兩個(gè)參考模型的含義，OSI 模型只是一個(gè)概念模型。它主要用于描述、討論和理解單個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能。然而，TCP/IP 最初是為了解決一組特定的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，而不是像 OSI 模型那樣充當(dāng)所有網(wǎng)絡(luò)通信的生成描述。OSI 模型是通用的、獨(dú)立于協(xié)議的，但大多數(shù)協(xié)議和系統(tǒng)都遵循它，而 TCP/IP 模型是基于 Internet 開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在 OSI 模型中應(yīng)該注意的另一件事是，并非所有層都用于更簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序。雖然第 1、2、3 層對(duì)于任何數(shù)據(jù)通信都是必需的，但應(yīng)用程序可能會(huì)使用一些獨(dú)特的接口層到應(yīng)用程序，而不是模型中通常的上層。

概括

TCP/IP 模型和 OSI 模型都是用于描述所有網(wǎng)絡(luò)通信的概念模型，而 TCP/IP 本身也是所有 Internet 操作中使用的重要協(xié)議。通常，當(dāng)我們談?wù)摼W(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作的第 2 層、第 3 層或第 7 層時(shí)，我們指的是 OSI 模型。TCP/IP 模型既用于對(duì)當(dāng)前的 Internet 體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，又用于提供一組規(guī)則，所有形式的網(wǎng)絡(luò)傳輸都遵循這些規(guī)則。

審核編輯：符乾江