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OSI 模型是什么?

开放式系统互联（Open System Interconnection，OSI）模型是一种由国际标准化组织提出，通过 ISO/IEC 74981 进行定义的概念模型，为不同类型计算机通过网络进行互联互通提供了一种标准化的框架。

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OSI 模型的重要性

OSI 模型是一个重要的网络通信框架，为讨论和教授网络概念提供了一个标准化的参考模型。以下是 OSI 模型的重要性：

促进网络互操作性

OSI 模型将数据通信过程划分为 7 个抽象层次，定义了网络设备和软件之间的互操作性。每一层为上层提供服务，由下层服务支持，从而实现透明的对等通信。这种分层架构使得不同厂商的网络产品能够相互通信，促进了网络互操作性的发展。

简化复杂系统理解

OSI 模型将复杂的网络系统分解为可管理的小部分，使用抽象层次概念化每个组件的主要功能。这种分层抽象方法有助于人们更好地理解整个系统，降低了复杂性。

标准化网络通信开发

OSI 模型为每一层次规定了协议应执行的任务，而不是指定具体协议。这种灵活的标准化方式使得网络通信开发更加标准化，人们可以快速理解、构建和分解复杂系统，而无需了解系统的所有细节。

促进研究与开发

OSI 模型使工程师能够清楚地知道自己正在为哪个技术层次开发新的网络系统。这种分层思维有助于加快研究和开发的进程，提高效率。

OSI 模型的设计目标

OSI 模型的设计目标是为网络通信提供一个标准化的框架，使不同的技术能够通过标准协议进行通信。它的主要目标如下：

促进协议层一致性

OSI 模型的设计目标是推广一种一致的协议层模型，定义网络设备和软件之间的互操作性。这有助于协调标准的发展，以实现系统互连。

分层抽象网络通信

OSI 模型将通信系统中的数据流划分为七个抽象层，从物理实现到数据的最高级表示。每一层为上层提供一类功能，并由下层服务，允许通过等效的协议数据单元交换实现透明通信。

提供共享理解

OSI 模型允许工程师根据主要功能将网络系统的各个组件的操作层进行分离和建模，从而更容易理解整个系统。这种抽象使得复杂系统的概念化变得更加简单。

加快研发进程

OSI 参考模型有助于工程师在创建新的网络系统时了解他们正在开发的是哪个技术层，从而利用一系列可重复的流程和协议。这加快了研发进程。

灵活标准化

OSI 模型通过指定协议应执行的任务而不是具体协议来标准化网络通信开发。这允许在无需事先了解的情况下快速理解、构建和分解复杂系统。

按照自上而下的顺序，OSI 模型共分为下列七层

开源软件的商业模式主要包括以下几种：

第 1 层：物理层 (Physical)

物理层是 OSI 模型的最底层，负责建立、维护和断开物理连接。它定义了电气、机械、功能和过程特性，以在通信实体之间激活、维护和停用物理链路。主要技术包括：

以太网：使用双绞线或光纤电缆作为物理介质，广泛应用于局域网中。
光纤：利用光在玻璃或塑料纤维中传输数据，具有高带宽、低衰减和抗干扰能力。
同轴电缆：由一根实心金属芯线和一层外部金属网状包被组成，常用于有线电视网络和一些旧式以太网。
双绞线：由两根或多根绞合的金属线缆组成，常用于电话线路和以太网。

第 2 层：数据链路层 (Data link)

数据链路层负责建立逻辑连接，进行硬件地址寻址、数据封装、流量控制、差错检测和纠正等功能。它确保可靠地在相邻节点之间传输数据帧。主要协议包括：

WiFi：基于 IEEE 802.11 标准的无线局域网技术。
ARP (Address Resolution Protocol)：用于将IP地址解析为MAC地址。
WiMAX：一种无线城域网技术，提供高速无线宽带接入。
ATM (Asynchronous Transfer Mode)：一种面向连接的数据传输技术，支持多种流量类型。
Ethernet：最常用的有线局域网技术，定义了数据链路层和物理层的标准。
GPRS (General Packet Radio Service)：一种移动数据服务，允许在移动设备上传输数据包。

第 3 层：网络层 (Network)

网络层负责逻辑地址寻址，在不同网络之间实现路径选择和数据包转发。它确保数据从源节点传输到目的节点。主要协议包括：

IP (Internet Protocol)：互联网的基础协议，负责逻辑地址寻址和路由选择。
ICMP (Internet Control Message Protocol)：用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息。
IGMP (Internet Group Management Protocol)：用于管理 IP 主机对多播组的加入和离开。
IPSec (Internet Protocol Security)：一套用于保护IP通信的安全协议，提供数据机密性、完整性和身份认证。

第 4 层：传输层 (Transport)

传输层负责定义传输数据所用的协议端口号，以及实现流控、差错校验、数据分段和重组等功能。它确保端到端的可靠数据传输。主要协议包括：

TCP (Transmission Control Protocol)：面向连接的可靠传输协议，提供流量控制和拥塞控制机制。
UDP (User Datagram Protocol)：无连接的不可靠传输协议，适用于实时应用。
DCCP (Datagram Congestion Control Protocol)：一种无连接的传输层协议，支持拥塞控制。
SCTP (Stream Control Transmission Protocol)：一种面向连接的传输协议，支持多宿主和部分可靠传输。
TLS/SSL (Transport Layer Security/Secure Sockets Layer)：用于在互联网上提供安全通信的加密协议。

第 5 层：会话层 (Session）

会话层负责在数据传输过程中设置并维护两台计算机之间的通信连接。它管理会话的建立、同步和终止，以及在数据传输期间交换数据。由于应用层的HTTP、RPC、SDP等协议提供了类似功能，因此该层在现代互联网协议栈中已被弃用。

第 6 层：表示层 (Presentation)

表示层负责把数据转换为与接收方的系统兼容，并且适合传输的格式。它处理数据的表示、加密、压缩和转换。由于应用层和传输层的部分协议（如应用层的 HTTP、HTTPS，传输层的 TLS、SSL）提供了类似的功能，因此该层在实际应用中已被弃用。

第 7 层：应用层 (Application)

应用层是 OSI 模型的最顶层，为应用程序设计的接口，借此实现与其他应用软件之间的通信。它定义了应用程序如何访问网络服务。主要协议包括：

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)：用于在万维网上传输超文本文档的应用层协议。
HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure)：HTTP 的安全版本，通过 SSL/TLS 提供加密通信。
FTP (File Transfer Protocol)：用于在 Internet 上传输文件的标准网络协议。
Telnet：一种用于远程登录的网络协议，允许用户在终端上访问远程计算机。
SSH (Secure Shell)：用于远程登录和远程文件传输的安全网络协议。

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OSI 模型在现代网络中的应用

尽管 OSI 模型最初设计的协议并未广泛流行，但它仍被用作教学和文档的参考。OSI 模型在现代网络中的应用主要体现在以下几个方面：

网络概念标准化的基础

OSI 模型提出了一致的协议层模型的理念，定义了网络设备和软件之间的互操作性。它将网络系统划分为七个抽象层，每一层为上层提供一类功能，并由下层服务。这种分层方法是网络概念标准化的重大进步。

概念框架和系统建模

OSI 模型仍然是描述网络如何从整体上运作的流行模型，尤其是在教育领域。在现代应用中，尽管较低层的网络和协议通常被抽象掉以简化系统设计和开发，但 OSI 模型仍被用作组织和建模复杂网络系统架构的概念框架。它允许工程师根据主要功能将每个系统组件的操作层分离开来，通过抽象将系统分解为更小、更易于管理的部分，从而更容易概念化整个系统。

工程开发指导

OSI 参考模型还有助于工程师更好地理解他们的工作，因为在创建需要相互通信的新网络系统时，他们可以确定自己正在为哪个技术层次开发。这样可以加快网络系统的研发，并利用一系列可重复的流程和协议。

OSI 模型与 TCP/IP 模型的区别

层级结构差异

OSI 模型共分为 7 层，包括应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。而 TCP/IP 模型只有 4 层，即应用层、传输层、网际层和网络接口层。TCP/IP 模型中没有单独的表示层和会话层，这些功能由应用层负责。同时，TCP/IP 的网际层类似于 OSI 网络层的子集功能，而网络接口层则对应 OSI 的数据链路层和部分物理层功能。

实用性差异

OSI 模型被认为过于复杂，难以实现，而 TCP/IP 模型则更加实用，被广泛采用。TCP/IP 模型并不完全遵循 OSI 模型的严格分层概念，某些协议如 TLS 可能跨越多个 OSI 层。相比之下，OSI 模型主要用于教学目的，从整体上描述网络通信，而 TCP/IP 模型则更贴近实际互联网系统和应用的结构。

应用领域差异

尽管两种模型均为开放标准，任何人都可以使用或扩展，但 TCP/IP 模型在实际互联网系统和应用中应用更为广泛。OSI 模型虽然作为网络框架依然受到推崇，但 TCP/IP 模型已成为构建基于互联网的实际系统和应用的主流模型。

OSI 模型的标准化过程

OSI 模型的标准化过程经历了一段漫长的历程。以下是该过程的几个关键阶段：

起源与草案阶段

OSI 模型的发展始于 20 世纪 70 年代后期，当时世界各地都在推动大型国家网络建设，各种竞争的计算机网络方法应运而生。在 80 年代，OSI 模型成为国际标准化组织 (ISO) 开放系统互连工作组的工作成果。制定参考模型的人员不得不权衡许多相互竞争的优先事项和利益，而且技术变革的速度使得有必要先定义新系统可以融合的标准，而不是事后标准化程序。

正式发布

1978 年 2 月，法国软件工程师于伯特·齐默尔曼在华盛顿特区首次定义了OSI模型的原始形式。1980 年，ISO 发布了精炼但仍处于草案状态的标准。1983 年 5 月，CCITT 和 ISO 文件合并，形成了最终的开放系统互连基本参考模型，并于 1984 年由 ISO 和 ITUT 共同发布。英国贸易和工业部担任秘书处，英国的大学开发了标准的原型。

标准化的意义

OSI 模型标准化了网络通信开发，使人们能够在不了解系统的情况下快速理解、构建和分解高度复杂的系统。它还抽象了细节，因此工程师不需要了解模型的每一个方面。OSI 模型没有规定各层之间使用哪些协议，而是规定了协议执行的任务。这种标准化允许灵活开发，因为工程师可以在构建网络系统时利用一系列可重复的过程和协议。