网络协议分层（七层、四层）

一、概述

网络协议设计者不应当设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而应把通信问题划分成多个小问题，然后为每一个小问题设计一个单独的协议。这样做使得每个协议的设计、分析、时限和测试比较容易。协议划分的一个主要原则是确保目标系统有效且效率高。为了提高效率，每个协议只应该注意没有被其他协议处理过的那部分通信问题；为了主协议的实现更加有效，协议之间应该能够共享特定的数据结构；同时这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误以及其它异常情况。为了保证这些协议工作的协同性，应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列(即协议族)，而不是孤立地开发每个协议。
   所以在网络历史的早期，国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求(在协议栈的顶部)到网络介质(底部) ，OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。

如图所示：

OSI模型的七层分别进行以下的操作：
第一层：物理层（physical）（单位类型：比特）：实现比特流的透明传输，物理接口，具有电气特性

第二层：数据链路层（date link）（单位类型：帧）：访问介质；数据在该层封装成帧；用MAC地址作为访问媒介；具有错误检测与修正功能。MAC描述在共享介质环境中如何进行站的调度、发生和接收数据。MAC确保信息跨链路的可靠传输，对数据传输进行同步，识别错误和控制数据的流向。一般地讲，MAC只在共享介质环境中才是重要的，只有在共享介质环境中多个节点才能连接到同一传输介质上

第三层:网络层（network）（单位类型：报文）：数据传输；提供逻辑地址，选择路由数据包，负责在源和终点之间建立连接

第四层：传输层（transport）:实现端到端传输；分可靠与不可靠传输；在传输前实现错误检测与流量控制，定义端口号（标记相应的服务）

第五层：会话层（session）：主机间通信；对应用会话管理，同步

第六层：表示层（presention）：数据表现形式；特定功能的实现-比如加密模式确保原始设备上加密的数据可以在目标设备上正确地解密

第七层：应用层（application）：最接近终端用户的OSI层，这就意味着OSI应用层与用户之间是通过应用软件直接相互作用的。网络进程访问应用层；提供接口服务

OSI的应用层协议包括文件的传输、访问及管理协议(FTAM) ，以及文件虚拟终端协议(VIP)和公用管理系统信息(CMIP)等。

TCP/IP分层模型（TCP/IP Layening Model）被称作因特网分层模型(Internet Layering Model)、因特网参考模型(Internet Reference Model)。

TCP/IP四层参考模型

TCP/IP协议被组织成四个概念层，其中有三层对应于OSI参考模型中的相应层。TCP/IP协议族并不包含物理层和数据链路层，因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能，必须与许多其他的协议协同工作。
TCP/IP分层模型的四个协议层分别完成以下的功能：
第四层：应用层：TCP/IP协议的应用层相当于OSI模型的会话层、表示层和应用层，FTP(文件传输协议)，DNS（域名系统），HTTP协议，Telnet（网络远程访问协议）

第三层：传输层：提供TCP(传输控制协议)，UDP（用户数据报协议）两个协议，主要功能是数据格式化、数据确认和丢失重传等。

第二层：网络层：该层负责相同或不同网络中计算机之间的通信主要处理数据包和路由。数据包是网络传输的最小数据单位。通过某条传输路线将数据包传给对方。IP协议,ICMP协议，IGMP协议。在IP层中，ARP协议用于将IP地址转换成物理地址，ICMP协议用于报告差错和传送控制信息。IP协议在TCP/IP协议组中处于核心地位。

第一层：网络接口层：TCP/IP协议的最低一层，对实际的网络媒体的管理，包括操作系统中的设备驱动程序和计算机对应的网络接口卡

OSI与TCP/IP对比图

OSI与TCP/IP的对比：

分层结构：OSI参考模型与TCP/IP协议都采用了分层结构，都是基于独立的协议栈的概念。OSI参考模型有7层，而TCP/IP协议只有4层，即TCP/IP协议没有了表示层和会话层，并且把数据链路层和物理层合并为网络接口层。不过，二者的分层之间有一定的对应关系。

连接服务：OSI的网络层基本与TCP/IP的网络层对应，二者的功能基本相似，但是寻址方式有较大的区别。

OSI的地址空间为不固定的可变长，由选定的地址命名方式决定，最长可达160字节，可以容纳非常大的网络，因而具有较大的成长空间。根据OSI的规定，网络上每个系统至多可以有256个通信地址。TCP/IP网络的地址空间为固定的4字节（在目前常用的IPV4中是这样，在IPV6中将扩展到16字节）。网络上的每个系统至少有一个唯一的地址与之对应。