OSI 七层模型(从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层)是网络通信的经典理论框架,每层都有其核心功能和对应的协议。以下是各层的主要协议列举:
1. 物理层(Physical Layer)
功能:定义物理设备(如网线、光纤、无线信号)的电气特性、接口规范、数据传输的物理介质和信号形式(如电压、频率)。
主要协议 / 标准:
- RS-232(串行通信接口标准)
- RS-485(差分传输的串行通信标准,支持多设备连接)
- Ethernet 物理层标准(如 10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T,定义网线类型和传输速率)
- 光纤通信标准(如 OC-3、OC-12,定义光纤传输的带宽和信号格式)
- 无线通信标准(如 IEEE 802.11 物理层、蓝牙物理层,定义无线信号的调制方式和频率)
2. 数据链路层(Data Link Layer)
功能:负责相邻设备间的帧传输,处理物理层的错误(如校验)、流量控制,以及 MAC 地址寻址(局域网内的设备识别)。
主要协议:
- 以太网(Ethernet)相关:
- IEEE 802.3(以太网帧格式、CSMA/CD 介质访问控制协议,用于有线局域网)
- MAC 协议(媒体访问控制,定义设备的 MAC 地址格式和帧的封装规则)
- 无线局域网:
- IEEE 802.11(Wi-Fi 的核心协议,包含 MAC 层和物理层规范)
- 广域网协议:
- PPP(点对点协议,用于拨号上网、路由器之间的直接连接)
- HDLC(高级数据链路控制,面向比特的同步通信协议,常用于专线)
- SLIP(串行线路网际协议,早期拨号上网协议,已被 PPP 取代)
- 其他:
- ARP(地址解析协议,从 IP 地址映射到 MAC 地址,逻辑上属于网络层,但实现依赖数据链路层)
- RARP(反向地址解析协议,从 MAC 地址映射到 IP 地址,较少使用)
3. 网络层(Network Layer)
功能:实现跨网络的数据包路由和转发,定义 IP 地址(逻辑地址),处理数据包的分片与重组。
主要协议:
- 核心协议:
- IPv4(互联网协议第 4 版,定义 32 位 IP 地址、数据包格式和路由规则)
- IPv6(互联网协议第 6 版,解决 IPv4 地址枯竭,采用 128 位地址,支持自动配置和更安全的特性)
- 控制与辅助协议:
- ICMP(互联网控制消息协议,用于网络诊断和错误报告,如 Ping 命令基于 ICMP Echo 请求 / 回复)
- IGMP(互联网组管理协议,管理主机加入 / 离开多播组,支持多播通信)
- 路由协议:
- 内部网关协议(IGP):RIP(路由信息协议)、OSPF(开放式最短路径优先)、IS-IS(中间系统到中间系统)
- 外部网关协议(EGP):BGP(边界网关协议,互联网核心路由协议)
4. 传输层(Transport Layer)
功能:提供端到端的可靠数据传输,处理流量控制、拥塞控制和差错恢复,定义端口号(区分应用程序)。
主要协议:
- TCP(传输控制协议,面向连接、可靠传输,通过三次握手建立连接,四次挥手断开,支持重传和流量控制)
- UDP(用户数据报协议,无连接、不可靠传输,速度快,适用于实时通信如视频、语音)
- SCTP(流控制传输协议,结合 TCP 和 UDP 的优点,支持多流和多宿主,用于电信网络等场景)
5. 会话层(Session Layer)
功能:建立、管理和终止应用程序之间的会话(如通信连接的维持),提供会话恢复和同步机制。
主要协议:
- RPC(远程过程调用协议,允许一台计算机调用另一台计算机的程序,隐藏网络细节)
- NetBIOS(网络基本输入输出系统,用于局域网内的进程通信和名称解析)
- PPTP(点对点隧道协议,部分功能涉及会话层,用于 VPN 会话管理)
6. 表示层(Presentation Layer)
功能:处理数据的格式转换(确保不同系统能理解彼此的数据),包括编码、加密、压缩等。
主要协议 / 标准:
- 数据格式标准:ASCII、Unicode(字符编码),JPEG、PNG(图像编码),MPEG(视频编码)
- 加密协议:SSL/TLS(安全套接层 / 传输层安全,提供数据加密和认证,虽常与传输层结合,但逻辑上涉及表示层)
- 压缩协议:如 ZIP 压缩算法(数据压缩和解压缩)
7. 应用层(Application Layer)
功能:直接为用户应用程序提供服务,定义应用程序间的通信规则。
主要协议:
- 网络服务类:HTTP/HTTPS(超文本传输协议,用于网页访问)、FTP(文件传输协议,用于文件上传下载)、SMTP/POP3/IMAP(邮件传输和接收协议)
- 远程访问类:Telnet(远程登录协议)、SSH(安全外壳协议,加密的远程登录)
- 域名与标识类:DNS(域名系统,将域名解析为 IP 地址)
- 实时通信类:SIP(会话初始协议,用于 VoIP 和视频通话)、IRC(互联网中继聊天协议)
- 其他:NFS(网络文件系统,远程访问文件)、SNMP(简单网络管理协议,管理网络设备)
总结
OSI 七层模型的协议分工明确:下层(1-3 层)负责数据的物理传输和路由,中层(4 层)负责端到端的可靠传输,上层(5-7 层)负责与应用程序的交互和数据格式处理。实际应用中,TCP/IP 协议族常简化为四层或五层模型,但 OSI 七层模型仍是理解网络通信的基础框架。