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

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OSI 七层模型

介绍

OSI（开放系统互连）模型是一个标准参考框架，在网络数据传输领域发挥着重要作用。该模型旨在帮助理解和设计数据传输过程，并将其划分为七个独立的功能层。每一层都承担着明确的任务与职责，在保障数据安全可靠传输的同时促进高效通信机制的实现。

该网络分层架构由国际标准化组织（ISO）于1983年提出。该架构将整个网络系统划分为七部分，并规定各部分的具体功能划分原则及相互间的协调关系。其中每一部分都专注于完成本职责范围内的具体任务，并依仗下一层的支撑才能发挥其应有的作用。例如，在数据通信过程中上一层如运输协议需依靠下一层如网际协议实现路由选择等功能以确保数据能够正确送达目的节点。

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 ：负责二进制数据传输过程中的通信接口规范及技术参数设置工作，并对传输介质特性、电压水平、电流强度及信号传播速度进行明确规定。
• 具体作用 : 主要规范硬件规格要求，包括通信介质选择、电压安全范围及信号调制方式等内容。该技术实现的核心在于通过物理层电路实现数字信号在介质中的稳定传递。
• 设备 : 包括网线（ twisted pair cables )、光纤（ optical fiber )、集线器（ network interface cards )等关键组件。
• 协议和标准 ：
  • IEEE 802.3/以太网物理层规范
  • IEEE 802.11/WiFi局域网技术规范
  • 光纤通道技术规范
  • USB 2.0数据传输规范
  • 蓝牙4.0无线通信规范

2. 数据链路层（Data Link Layer）

• 功能 ：确保物理链路传输的稳定性和可靠性，在固定帧格式下规范数据的访问权限，并实现错误检测与纠正。
  • 具体作用 : 将物理层提供的原始比特流组织为帧结构，并负责同一局域网络内数据的可靠传输；同时负责错误检测与纠正。
  • 设备 : 交换机与网卡。
  • 协议 ：
    • MAC（介质访问控制）协议 ：在共享介质上决定设备发送数据的机制（例如CSMA/CD技术，在以太网中应用广泛）。
    • PPP（点对点协议） ：通过串行链路实现数据传输。
    • HDLC ：用于同步数据链路控制。
    • ARP（地址解析协议） ：将IP地址映射为对应的MAC地址。

3. 网络层（Network Layer）

• 功能 ：主要负责数据包的路由选择机制，并决定如何将数据包传输至目标网络。
  • 具体作用 : 确保数据能够从源地址正确传输至目标地址，并能够跨越多个网络环境。
  • 设备 : 路由器。
  • 协议 ：
    • IP（互联网协议） ：用于确定数据包的目的地址并进行路由连接，包括IPv4（ IPv4） 和 IPv6（ IPv6）两个主要版本。
    • ICMP（互联网控制消息协议） ：用于发送错误报告和其他网络控制信息（如ping命令）。
    • IGMP（互联网组管理协议） ：用于实现组播通信中的广播机制管理。

4. 传输层（Transport Layer）

职责 ：负责全链路的数据传输，并保证数据传输的可靠性与完整度。
* 具体作用 : 控制端口以实现稳定传输（例如TCP协议）或实时传输（例如UDP），同时负责流量控制、错误检测及纠正。
* 协议 ：
* TCP（传输控制协议） ：基于连接的字节流数据传输方案。
* UDP（用户数据报协议） ：无连接状态下的快速数据传输方案。
* SCTP（流控制传送协议） ：适用于信令相关的实时通信需求。

5. 会话层（Session Layer）

• 功能：负责处理不同计算机之间的会话建立、维护及终止。
• 具体作用：在通信双方之间建立并维护会话以确保数据按顺序传输和对话能够恢复。
• 协议：
  • PPTP协议（Point-to-Point Tunnel Protocol）是一种用于虚拟专用网（VPN）中的隧道化技术。
  • RPC协议通过调用远程设备上的函数来实现进程间的通信。

6. 表示层（Presentation Layer）

• 职责：该系统负责将不同类型的数据显示或呈现为不同的格式，并完成这些操作的任务包括对文件进行加密与解密操作以及相应的编码转换工作。
• 具体作用：该系统将不同类型的数据显示或呈现为不同的格式，并完成这些操作的任务包括对文件进行加密与解密操作以及相应的编码转换工作。它不仅支持基本的数据转换功能，并且还能够处理文件的数据完整性验证工作以及相应的错误修复功能。
• 协议：
  • SSL/TLS（安全套接字层/传输层安全协议）：该协议被用来保护通信的安全性，并且支持双向的数据认证机制。
  • 图像与视频文件常用的压缩编码标准包括JPEG与MPEG两种。

7. 应用层（Application Layer）

• 功能：该网络服务旨在为应用程序提供必要的连接功能。
  • 具体作用：
    • 用户与网络的直接接口是与应用程序交互的入口点。
    • 该接口支持多种通信协议以实现不同功能。
    • 具体包括：
      • HTTP/HTTPS（HyperText Transfer Protocol及其增强版）：用于万维网的网页传输。
      • FTP（File Transfer Protocol）：用于文件的上传和下载。
      • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：用于电子邮件的传输。
      • DNS（Domain Name System）：用于将域名解析为 IP 地址。
      • Telnet 和 SSH 协议：分别用于远程登录和管理。

重点总结

• 物理层 : 负责发送或接收比特流。
  • 数据链路层 : 协调处理帧及相关的物理地址。
  • 网络层 : 负责转发数据包。
  • 传输层 : 实现可靠或不可靠的数据传输。
  • 会话层 : 协调建立与维护通信会话。
  • 表示层 : 分别负责数据的格式化、加密以及解密过程。
  • 应用层 : 直接面向用户服务。

OSI模型的主要功能在于将复杂的网络通信任务划分为若干分立的部分。这些分立的部分不仅相互独立运行,还能通过特定接口进行交互协作,从而让各种不同的设备与技术能够配合运作,并且构建了系统性的框架供网络协议的设计与开发。

既然 OSI 七层模型这么厉害，为什么干不过 TCP/IP 四层模型呢？

确信无疑的是，在过去很长一段时间里，在全球范围内都存在着广泛的共识和认可。然而，在这种情况下，为何该方法未能取得预期效果呢？主要有以下几个方面的原因：

• OSI 战略专家团队在实际操作经验方面存在明显不足，在参与 OSI 标准制定过程中缺乏内在动力。
• 实现 OSI 协议的技术难度较大且效率不高。
• 制定标准耗时过长导致基于 OSI 标准的设备无法及时投入市场（即使在 20 世纪 90 年代初期，完整版的 OSI 国际标准已初步形成框架；然而在此之前 TCP/IP 基础协议已在全球较大范围内成功应用）。
• OSI 层次划分不够合理 导致某些功能被多次提及。

TCP/IP 四层模型

介绍

TCP/IP 四层结构是互联网通信的基本框架。该模型明确了数据在网络中的传输方式，并通过机制确保不同设备之间的有效通信连接。其中包含了四个具体的层级结构部分。

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：主要处理设备与本地网络之间的数据传输问题，并负责在与其他设备的通信中扮演角色。具体来说，在该层次中涉及物理连接问题（如网卡），以及与其他层协议（如Ethernet以太网和Wi-Fi）之间的通信事务，并且明确规范了数据帧的结构组成以及相关参数设置。
• 协议：包括Ethernet以太网技术标准族中的多种协议体系架构。
• 关键功能：实现了本层节点间的数据封装机制以及相应的解封装过程。

2. 互联网层（Internet Layer）

• 作用 ：负责分配逻辑地址（IP 地址），旨在实现不同网络之间的路由与高效的数据传输。该机制确保将电子消息或文件可靠地传递至远程系统，并通过拆分大型数据分段来跨越多个子网传输。此外，它还管理这些逻辑地址，并选择最佳路径以提高通信效率。
• 协议 ：包括IP（Internet Protocol）、ICMP（Internet Control Message Protocol）、ARP（Address Resolution Protocol）以及RARP（Router Address Resolution Protocol）等。
• 关键功能 ：
  • 确定数据块的路径并进行转发。
  • 保证将电子消息或文件可靠地传递至远程系统。

3. 传输层（Transport Layer）

• 作用 ：负责实现两端数据传输管理，并保证数据能够从发送端成功传递至接收端；该系统还确保了数据传输的可靠性与完整性。
• 协议 ：TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）。
• 关键功能 ：
  • TCP ：基于连接模型；提供可靠的数据传输服务；确保按顺序传送数据，并支持差错检测与纠正。
  • UDP ：无连接模型；具有高效的传输性能；适用于对速度要求高但对可靠性要求较低的应用场景（例如，在视频流等对实时性要求高的场合中）。

4. 应用层（Application Layer）

• 作用 ：网络服务向用户提供各种交互功能，并涵盖了所有支持用户与网络交互的协议。支撑层作为用户与网络连接的桥梁，提供了网页浏览、电子邮件以及文件传输等功能。
  • 协议 ：如HTTP（Hypertext Transfer Protocol）、FTP（Transfer-Encoding：chunked）等。
  • 关键功能 ：确保应用程序能够通过网络实现数据传输的核心功能。

结构概览

• 网络接口层 ：负责通过物理网络实现数据通信。
  • 互联网层 ：主要负责数据包路由及逻辑地址维护。
  • 传输层 ：能够保证高效可靠且准确的数据传输。
  • 应用层 ：承担不同层次的应用需求的服务功能。

基于这四个层级的结构设计原理下

分层的优点

• 简化设计与实现：通过将网络功能划分为多个层级来优化架构设计，在确保功能完整性的同时降低了设计与实现的复杂度。
• 模块化：每个层级独立运行并完成特定功能任务，在遵循标准化接口的基础上实现了模块间的高效协作与信息传递。
• 互操作性：明确规定了各层级之间的接口规范与通信协议，在确保兼容性的基础上实现了不同厂商设备及系统间的无缝互联。
• 在不同层级之间实现了良好的交互与协同工作，并提升了整体系统的兼容性水平。
• 故障排查：每个层级都具备独立的错误检测机制，并且通过分层架构能够迅速定位问题所在层级，在第一时间完成故障排除工作以保障系统稳定运行。

OSI 七层模型和TCP/IP 四层模型的区别

OSI七层模型与TCP/IP四层模型均被视为网络通信协议的重要参考框架。它们在功能定位上有诸多共同点，在网络体系结构中也都扮演着关键角色。然而，在层次划分上存在显著差异，在设计目标也存在明显差异。以下是它们的主要区别：首先，在 OSI 模型中包含了完整的 seven 个功能层，在 TCP/IP 模型中则只包含了四个功能层；其次，在 OSI 模型中各层之间的交互更加复杂，在 TCP/IP 模型中则相对简化；最后，“传输过程中的关键节点”的具体实现细节也各有不同

1）模型层次

OSI模型共有七层结构化分组方式更加详细地划分了各个通信过程具体来说它涵盖了从物理传输到网络数据报等多种层次功能而TCP/IP模型则主要包含四层架构其中将会话层表示层以及应用层层元素整合到同一个层面并将其统称为"应用层面"同时将物理层面与数据链路层面归并为"网络接口层面"

2）设计目的

• OSI 模型：作为一个理论参考模型，在设计过程中特意考虑将其作为通用网络通信的标准制定依据；它为理想状态下通信提供了明确的规范体系，在实际应用中则未完全普及。
  • TCP/IP 模型：作为一个实践导向的框架，在互联网的实际发展需求基础上构建而成；并因此成为了现代网络通信的标准模式；其核心理念在于提升数据传输效率与可靠性。

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：

• 物理层面承担硬件连接的任务；
• 数据链路层面处理帧传输的具体事务；
• 网络层面管理路由选择过程，并采用诸如 IP 协议等技术手段；
• 传输层面管理端到端通信，并采用诸如 TCP 和 UDP 等协议作为支撑。

TCP/IP 模型 则更简化：

• 网络接口层次：相当于 OSI 层次中的物理层面与数据链路层面；
• 互联网层次：对应于 OSI 网络层面的主要任务是处理 IP 地址与路由信息；
• 传输层次：负责 OSI 传输介质上的数据分组传送工作；
• 应用层次：整合了 OSI 会话层面、表示层面以及应用层面的功能内容，并承担诸如 HTTP/HTTPS、FTP 等实际业务流程的操作任务。

区别：OSI对层次划分更为精细，并非如人们所知；而TCP/IP则整合了多个子网络协议栈的功能层，并非如人们所知。

4）灵活性与复杂性

• 遵循OSI模型设计的每一分层都是独立实现的，并且能够相互替代，在不同场景中展现出高度的灵活性与普遍适用性。这种架构设计使其适用于理论探讨与教学场景。
  • 基于TCP/IP协议栈的实际应用更为基础与广泛运用，在网络协议体系中占据核心地位。其具体实现相对高效稳定，并且各层之间的界限较为模糊不清。
    相比OSI模型而言则稍显缺乏灵活性。

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：基于OSI的架构设计了七层结构；而遵循了基于TCP/IP的四层架构设计。
  • 用途区别：作为理论上的参考架构；而TCP/IP则主要用于实际应用场景中的网络通信。
  • 协议细分：相比而言，在功能划分上更为细致；相对而言，在功能划分上更为简略。
  • 实用性：在现实世界中的广泛应用程度更高；而主要应用于教学环境和标准化协议制定过程。