开放式系统互联模型（Open System Interconnection Model，缩写为OSI）是一个概念模型，用于理解和实现网络协议。
它通常被称为七层模型，因为它包含七个层级，每个层级都有其特定的功能和责任。OSI模型通过定义数据传输的标准，有助于标准化数据通信和信息处理。
分层的概念
OSI 模型的分层概念将系统划分为多个层，每一层都有每一层的作用，举例说明就像我们在公司工作中，各种部门之间的工种是不一样的，通过部门间配合，最终交付产品。
这种模块化设计使系统开发、测试和维护更加容易，它还使得不同的厂商可以按照统一的规范实现各自的层级，从而促进市场的标准化。
协议栈
OSI 模型的每个层级都与一组特定的协议相关联，负责处理特定的通信功能。例如，当从主机 A 传输消息到主机 B 时，数据在主机 A 的第三层进行了封装，然后在主机 B 的第三层进行相应层级的解封装，数据能够成功传递。这是因为主机 A 和主机 B 都使用相同的协议，进行各自层级的封装和解封装。
数据格式
协议通常将传输的数据切割成多个数据包，每个数据包由三部分组成：
- 头部：包含一些元数据和控制信息。
- 身体（内容）：实际的数据内容。
- 尾部：可能包含校验和和结束标志等信息。
这个结构可以类比到收取快递的情景中，最外层的快递袋就相当于数据包的头部和尾部，而袋内的商品就是身体部分。
再类比下网络协议，还以购买商品包装为例。商品自带的包装盒相当于上层协议，而外层的快递袋相当于下层协议，下层协议会包含上层协议的内容。
数据封装流程（从上到下）：
| 层级 | 描述 |
|---|---|
| 应用层（第7层） | 添加应用层数据（例如消息、文件） |
| 表示层（第6层） | 添加表示层数据（例如加密、压缩） |
| 会话层（第5层） | 添加会话层数据（例如会话标识符） |
| 传输层（第4层） | 添加传输层数据（例如源/目标端口号） |
| 网络层（第3层） | 添加网络层数据（例如源/目标IP地址） |
| 数据链路层（第2层） | 添加数据链路层数据（例如MAC地址） |
| 物理层（第1层） | 将数据转换为物理信号进行传输 |
数据解封装流程（从下到上）：
| 层级 | 描述 |
|---|---|
| 物理层（第1层） | 将接收的物理信号转换为数据 |
| 数据链路层（第2层） | 移除数据链路层信息（例如MAC地址） |
| 网络层（第3层） | 移除网络层信息（例如IP地址） |
| 传输层（第4层） | 移除传输层信息（例如端口号） |
| 会话层（第5层） | 移除会话层信息（例如会话标识符） |
| 表示层（第6层） | 移除表示层信息（例如解密、解压缩） |
| 应用层（第7层） | 恢复应用层数据（例如消息、文件） |
物理层
物理层依赖于传输媒介，重要性不言而喻，例如以太网电缆、光纤电缆、电台广播和卫星通信等，负责在计算机和设备之间进行数据传输。
链路层
链路层的主要任务是对信息进行打包。在物理层传输的是二进制数据，没有标准格式，所以链路层首先将二进制流处理成数据帧。
数据的传输是基于物理地址（如MAC地址）进行的，可以直接将数据帧从一个节点传递到另一个直接相连的节点，无需进行路由操作。这种情况下，网络是一个扁平化的结构，所有节点都在同一个广播域内，彼此直接相连。
为了检测和纠正传输中的错误，链路层还实施差错控制，包括检错算法和纠错算法。检错算法会在数据校验不正确时丢弃数据，要求发送方重新发送。而纠错算法不仅能检测错误，还能纠正错误，比检错算法更复杂。
在无线通信中，由于传输中出错的概率较高，重新传输的成本也较高，因此无线链路层协议更倾向于使用纠错算法机制，而有线通信链路层协议更倾向于使用检错机制。
网络层
随着网络规模的扩大和复杂性的增加，链路层的能力可能变得有限，无法满足网络的需求。此时，引入网络层可以提供更高级的功能，提供路由功能，用于数据的转发。
当主机 A 向主机 B 发送网络层数据时，大致原理如下：
- 首先判断 A 和 B 是否在同一个子网内。如果是，则直接将数据发送给B；如果不在同一个子网，需要发送给子网的网关。
- 网关要么自己路由到下一个节点，要么将数据传递给能进行路由的设备。
- 数据被传递出去后，如果 B 恰好与网关连接，直接发送数据，路由过程结束。
- 如果没有连接，数据将一直发送到下一个路由器，循环重复，直到到达B主机。
传输层
传输层面向地址中的端口，用于将数据传递给相应的软件。它扮演着连接上下层的桥梁角色。下面三层与网络设备密切相关，上面三层与软件密切相关。
传输层面向的是地址（这里的地址指的是网络层确认的主机地址）里的「端口」，传输层会把数据传给「软件」使用。当我们在使用 API 开发网络接口的时候，通常是把端口和网络地址一起使用，这样可以直接定位到某个主机的某个进程。
在互联网协议中，TCP和UDP 是两个主要的传输层实现。
业务层
业务层是指位于传输层之上的三个层级，它们更接近软件应用，因此被统称为业务层。
由于传输层位于操作系统内部，无法直接理解软件的业务逻辑，所以为了实现软件之间的相互通信，需要在传输层之上定义更高级的协议。
业务层涉及的协议非常多样，其中一些常见的协议包括：
HTTP 协议：
我们在浏览器中访问的网页内容是通过HTTP协议传输的。HTTP 协议定义了客户端和服务器之间的通信规则，包括请求和响应的格式、状态码等。
SSL/TLS 协议：
为了增强通信安全性，设计了 SSL 协议，用于加密 HTTP 流量。后来 SSL 升级为 TLS 协议，TLS 协议通过加密和认证机制，确保通信的保密性和完整性。
DNS 协议：
DNS 协议最初用于域名查询，将域名转换为对应的IP地址。由于早期的DNS协议存在安全隐患，后来引入了新的加密协议来加强安全性。
这些业务层协议使得软件应用能够进行高级的功能和服务交互。它们定义了数据的格式、通信的规则和安全性要求，为应用程序提供了统一的接口和标准化的通信方式。通过这些协议，不同的软件可以在网络上相互交流和协作。
总结两句
OSI模型是一个分层的网络协议模型，数据从上至下进行封装和传输，数据的传输是自上而下的，并且每一层都会将上一层的数据封装在自己的数据单元中。
在发送端，每一层都会添加特定的头部或尾部信息，将上一层的数据封装起来形成一个新的数据单元。这个新的数据单元成为该层的数据包或帧。
在接收端，逆向的流程被用于解析数据。每一层都会逆向操作，从接收到的数据中提取并解析出上一层的数据。每一层根据自己的协议规范，识别并处理相应的头部或尾部信息，然后将剩余的数据传递给上一层。
这种逆向的解析过程在接收端的每一层依次进行，直到最上层的应用程序获得完整的数据，并进行相应的处理和展示。
通过分层的封装和解析过程，数据可以在不同层级之间进行有效的传输和处理。每一层都负责特定的功能和任务，通过添加和解析头部或尾部信息，确保数据在网络中的可靠传递和正确解析。
题图生成：Pixabay；内容优化：ChatGPT；内容来源：《深入理解计算机系统》
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