一文看懂 | OSI 七层网络模型——以电子邮件的完整收发流程为例

场景：你（客户端）用 Outlook 发送邮件给朋友（服务器），朋友用 Gmail 接收并回复

一、发送方：从应用层到物理层（数据封装）

1. 应用层（Application Layer）

   • 用户通过 Outlook 撰写邮件，应用层协议（如 SMTP 发送邮件、POP3/IMAP 接收邮件）解析邮件内容和指令。
   • Outlook 生成符合 SMTP 格式的指令（如 HELO 标识客户端、MAIL FROM 指定发件人、RCPT TO 指定收件人、DATA 传输邮件内容）。

2. 表示层（Presentation Layer）

   • 对邮件内容进行编码（如将附件转为 Base64 文本）、加密（如 TLS/SSL 加密），并生成 MIME 格式数据，确保不同设备可识别。

3. 会话层（Session Layer）

   • 建立邮件会话逻辑，维护客户端与服务器的交互状态。例如，在 SMTP 通信中，确保指令按顺序执行（如先完成 HELO 和认证，再发送 DATA），依赖传输层的 TCP 连接（如 Outlook 与 SMTP 服务器 25 端口连接）进行会话管理。

4. 传输层（Transport Layer）

   • 利用 TCP 协议与 SMTP 服务器（目标端口 25）建立连接（三次握手），将数据分割为 TCP 段，添加序列号和端口号（源端口随机），并通过滑动窗口和 ACK 确认机制确保可靠传输。

5. 网络层（Network Layer）

   • 将 TCP 段封装为 IP 数据报，添加源 IP 和目标 IP（SMTP 服务器 IP），并基于路由表选择路径（如家用路由器 → 运营商网关 → 互联网骨干网 → 服务器）。

6. 数据链路层（Data Link Layer）

   • 将 IP 数据报封装为数据帧，添加源 MAC 地址和目标 MAC 地址（下一跳设备），通过 CRC 校验确保链路传输正确。

7. 物理层（Physical Layer）

   • 将数据帧转换为电信号或光信号，通过网线、Wi-Fi 等介质发送到网络中。

二、接收方：从物理层到应用层（数据解封装）

1. 物理层 → 数据链路层 → 网络层 → 传输层

   • 物理层接收比特流，数据链路层剥离 MAC 头提取 IP 数据报；
   • 网络层剥离 IP 头提取 TCP 段，根据目标端口（如 POP3 110 端口）交给对应应用程序；
   • 传输层重组数据，确认所有 TCP 段接收完毕并发送 ACK 回执。

2. 会话层

   • 维护接收方与服务器的会话状态（如 POP3 认证、下载状态），确保指令顺序执行（如先认证，再下载邮件）。

3. 表示层

   • 解密（如 TLS 解密）、解码（如还原 Base64 附件），恢复邮件原始格式。

4. 应用层

   • Outlook 解析邮件内容，显示在收件箱中，用户读取邮件。

三、完整类比对照表（电子邮件场景）

OSI 层	类比	核心作用
物理层	邮件运输的物理介质（公路、光纤）	传输比特流（电信号/光信号）
数据链路层	本地中转站的货车与分拣（贴 MAC 标签）	局域网内帧传输与错误检测
网络层	跨城市路由规划（根据 IP 选路线）	全网寻址与路径选择
传输层	物流公司核心服务（TCP 连接、分段、重传）	端到端可靠传输（确保邮件完整送达）
会话层	邮件会话流程管理器（认证、指令顺序）	维护应用会话逻辑（如 SMTP 指令顺序）
表示层	邮件的语言翻译与包装（MIME 编码、加密）	数据格式转换与安全处理
应用层	用户操作的邮件客户端（Outlook/ Gmail）	直接与用户交互（写邮件、读邮件）

四、核心总结

1. 下四层（物理层到传输层） 负责数据的 “运输”，从物理介质传输到端到端可靠传输，类似快递运输系统。
2. 上三层（会话层到应用层） 负责数据的 “处理”，包括会话管理、格式转换和用户交互，类似快递客服与用户的协作。
3. 易错点：会话层 不负责创建 TCP 连接，而是基于传输层连接管理应用会话逻辑；传输层通过 TCP/UDP 实现数据的分段与可靠传输。