OSI 七层模型与 TCP/IP 四层经典模型

OSI 七层模型

OSI七层模型，全称是开放系统互连参考模型。是国际标准化组织提出的一个用于管理网络通信的网络分层模型。

如下表所示，OSI模型十分详尽，理论背书充足。但是也正是因为过于理论这个原因，其实现十分复杂，缺乏实际落地应用的基础，且有的层次划分不尽合理。

所以在应用方面实际被广泛使用的是TCP的经典四层模型。

实际学习中，对于七层理论模型了解一下即可。

层级	名称	核心功能	常见协议/设备
第7层	应用层	为用户提供网络服务接口	HTTP、FTP、SMTP
第6层	表示层	数据格式转换、加密、压缩	SSL/TLS、JPEG、ASCII
第5层	会话层	建立、管理、终止会话	NetBIOS、RPC
第4层	传输层	端到端可靠传输	TCP、UDP
第3层	网络层	路由选择、逻辑寻址	IP、ICMP、路由器
第2层	数据链路层	帧封装、MAC寻址、差错检测	以太网、交换机、PPP
第1层	物理层	比特流传输、电气特性	网线、光纤、集线器

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TCP/IP 四层经典模型

TCP/IP 四层模型才是真正的重头戏。与OSI理论模型不同，TCP经典模型是在不断的实践运用中逐渐积累起来的。主要分为以下几个层次：

层级	对应 OSI 层	核心功能	常见协议
应用层	5+6+7	用户服务	HTTP、FTP、DNS、SMTP
传输层	4	端到端传输	TCP、UDP
网络层	3	路由寻址	IP、ICMP、ARP
网络接口层	1+2	物理传输	以太网、Wi-Fi、PPP

• 应用层：囊括了理论模型的会话、表示层，统一收拢到应用层中。常见的上层应用协议（例如HTTP、MQTT、DNS等等）均在此层
• 传输层：这和理论模型第四层是相同的，TCP/UDP的“老巢”，负责端到端（你也可以理解为 进程–>进程）之间的数据包寻址。
• 网络层：同理论模型第三层，主要是IP协议，规定了数据包怎么走，走哪条路。该层还包含了ARP与ICMP等等次生协议用于辅助通信。
• 网络接口层：对应理论模型的1、2层。负责将数据变为光电信号发出，网卡驱动以及物理线缆都属于这一层的范围。

总的来说，TCP/IP 四层把 OSI 的上三层（会话、表示、应用）合并成应用层，下两层（物理、数据链路）合并成网络接口层。这不是简单的“压缩”，而是按实际工程需要重新划分——OSI 的会话层和表示层在实际协议栈中几乎没有独立实现，它们的功能被直接塞进了应用层协议里（比如 TLS 做加密、HTTP 管会话）。

数据封装与解封装流程

四层模型每一层都对应这一个封装与解封装的过程：

• 对于发送方而言，由应用层开始从上至下，每经过一层就加上该层的头部（或尾部），这个过程就叫封装。
• 对于接收方而言，由物理层（接口层）开始从下至上往上递交，每经过一层都要剥去该层的头部（或尾部），这个过程叫解封装。

所以总的来说，分层的本质是：各层只关心自己的头部，只根据自身的头部进行对应操作，而不关心其它层的内容。其它层的内容相对于它们就视作普通数据负载。

以下是以HTTP为例的以太网数据包封装与解封装示意图：

发现了吗，封装流程与解封装流程基本上是一样的，只是方向不同罢了。

在传输过程中，传输层的PDU单位叫作“段”，也就是我们说的TCP报文段；网络层单位叫作“包”，IP数据包；在接口层叫作帧，以太网帧。了解一下就好。

关于数据发出与接收的详细流程，本文不做阐述，这些细节将在其余文章进行单独叙述。

为什么工程上用 TCP/IP 而不是 OSI？

因为OSI 是“先定标准，再写实现”，TCP/IP 是“先有实现，再总结标准”。这就导致：

• OSI 的协议栈复杂、层次过多，实际部署极少；
• TCP/IP 经过 ARPANET 和互联网几十年实战检验，实现轻量、兼容性好；
• 但 OSI 的分层思想被 TCP/IP 完整继承——所以我们理论研究时可以用 OSI 进行阐述和理解，但是落实到实际工程中要用 TCP/IP 。