TCP/IP與OSI：這兩種模型的區(qū)別是什么

當我們談論第 2 層交換機和第 3 層以太網(wǎng)交換機時，我們實際上指的是通用協(xié)議模型的層——開源互連 (OSI) 模型。它通常用于描述網(wǎng)絡通信。如果沒有共同的規(guī)則來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，則不同網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通信是不可能的。這些規(guī)則被稱為協(xié)議，其中傳輸控制協(xié)議（TCP）/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）是使用最廣泛的協(xié)議之一。TCP/IP 模型廣泛用于網(wǎng)絡描述，比 OSI 模型更老。它們都有很多層，它們之間有什么區(qū)別？

OSI 參考模型層

OSI 模型是一種概念模型，它表征和標準化網(wǎng)絡通信中涉及的不同軟件和硬件組件應如何分工和相互交互。它有七層。

圖 1：OSI 模型的七層。

第 7 層：應用層

OSI模型的應用層直接與軟件應用程序交互，提供所需的通信功能，最接近終端用戶。應用層的功能通常包括驗證通信伙伴和資源的可用性以支持任何數(shù)據(jù)傳輸。該層還為終端應用定義協(xié)議，例如域名系統(tǒng)（DNS）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、互聯(lián)網(wǎng)消息訪問協(xié)議（IMAP）、郵局協(xié)議（POP）、簡單郵件傳輸協(xié)議 (SMTP)、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議 (SNMP) 和 Telnet（終端仿真）。

第 6 層：表示層

表示層檢查數(shù)據(jù)以確保它與通信資源兼容。它將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成應用層和更低層接受的形式。任何需要的數(shù)據(jù)格式化或代碼轉(zhuǎn)換也由第六層處理，例如將擴展二進制編碼十進制交換碼 (EBCDIC) 編碼的文本文件轉(zhuǎn)換為美國信息交換標準碼 (ASCII) 編碼的文本文件。它也可用于數(shù)據(jù)壓縮和加密。比如視頻通話在傳輸過程中會被壓縮，這樣可以更快地傳輸，數(shù)據(jù)會在接收端恢復。對于安全性要求較高的數(shù)據(jù)，例如包含您的密碼的短信，將在這一層進行加密。

第 5 層：會話層

會話層控制計算機之間的對話（連接）。它建立、管理、維護并最終終止本地和遠程應用程序之間的連接。第 5 層軟件還處理身份驗證和授權功能。它也驗證數(shù)據(jù)是否已交付。會話層通常在使用遠程過程調(diào)用的應用程序環(huán)境中顯式實現(xiàn)。

第 4 層：傳輸層

傳輸層提供通過一個或多個網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)序列從源主機傳輸?shù)侥繕酥鳈C的功能和手段，同時保持服務質(zhì)量（QoS）功能并確保數(shù)據(jù)的完整傳遞。數(shù)據(jù)的完整性可以通過糾錯和類似功能來保證。它還可以提供顯式的流量控制功能。雖然不嚴格遵循 OSI 模型，但 TCP 和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 (UDP) 是第 4 層中必不可少的協(xié)議。

第三層：網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層通過邏輯尋址和交換功能處理數(shù)據(jù)包路由。網(wǎng)絡是許多節(jié)點可以連接到的媒介。每個節(jié)點都有一個地址。當一個節(jié)點需要向其他節(jié)點傳遞消息時，它只需要提供消息的內(nèi)容和目的節(jié)點的地址，網(wǎng)絡就會想辦法將消息傳遞到目的節(jié)點，可能會通過其他節(jié)點進行路由。如果消息太長，網(wǎng)絡可能會在一個節(jié)點將其拆分為多個片段，分別發(fā)送它們并在另一個節(jié)點重新組裝這些片段。

第 2 層：數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層提供節(jié)點到節(jié)點的傳輸——兩個直接連接的節(jié)點之間的鏈接。它處理幀中數(shù)據(jù)的打包和解包。它定義了在兩個物理連接的設備之間建立和終止連接的協(xié)議，例如點對點協(xié)議 (PPP)。數(shù)據(jù)鏈路層一般分為兩個子層——媒體訪問控制（MAC）層和邏輯鏈路控制（LLC）層。MAC 層負責控制網(wǎng)絡中的設備如何訪問媒體和傳輸數(shù)據(jù)的權限。LLC層負責識別和封裝網(wǎng)絡層協(xié)議，控制錯誤檢查和幀同步。

第 1 層：物理層

物理層定義了數(shù)據(jù)連接的電氣和物理規(guī)范。例如，連接器的引腳布局、電纜的工作電壓、光纖電纜的規(guī)格以及無線設備的頻率。它負責在物理介質(zhì)中傳輸和接收非結構化原始數(shù)據(jù)。比特率控制在物理層完成。它是底層網(wǎng)絡設備的層，從不關心協(xié)議或其他更高層的項目。

TCP/IP 模型層

TCP/IP 模型也是一個分層的參考模型，但它是一個四層模型。它的另一個名稱是 Internet 協(xié)議套件。它通常被稱為 TCP/IP，因為基礎協(xié)議是 TCP 和 IP，但在此模型中不僅使用這兩個協(xié)議。

應用層

TCP/IP 模型的應用層為應用程序提供了訪問其他層服務的能力，并定義了應用程序用來交換數(shù)據(jù)的協(xié)議。最廣為人知的應用層協(xié)議包括 HTTP、FTP、SMTP、Telnet、DNS、SNMP 和路由信息協(xié)議 (RIP)。

傳輸層

傳輸層，也稱為主機到主機傳輸層，負責為應用層提供會話和數(shù)據(jù)報通信服務。這一層的核心協(xié)議是 TCP 和 UDP。TCP 提供一對一的、面向連接的、可靠的通信服務。它負責對發(fā)送的數(shù)據(jù)包進行排序和確認，以及恢復傳輸中丟失的數(shù)據(jù)包。UDP 提供一對一或一對多、無連接、不可靠的通信服務。當要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很?。ɡ缭摂?shù)據(jù)適合單個數(shù)據(jù)包）時，通常使用 UDP。

互聯(lián)網(wǎng)層

Internet 層負責主機尋址、打包和路由功能?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議層的核心協(xié)議是IP、地址解析協(xié)議（ARP）、互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議（ICMP）和互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）。IP 是一種可路由協(xié)議，負責 IP 尋址、路由以及數(shù)據(jù)包的分段和重組。ARP 負責發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡訪問層地址，例如與給定 Internet 層訪問關聯(lián)的硬件地址。ICMP 負責提供診斷功能并報告由于 IP 數(shù)據(jù)包傳送不成功而導致的錯誤。IGMP 負責管理IP 組播組。在這一層中，IP 將包頭添加到數(shù)據(jù)包中，這稱為 IP 地址。

圖 2：IPv4 地址和 IPv6 地址示例。

網(wǎng)絡接入層

網(wǎng)絡訪問層（或鏈路層）負責將 TCP/IP 數(shù)據(jù)包放在網(wǎng)絡介質(zhì)上，并從網(wǎng)絡介質(zhì)上接收 TCP/IP 數(shù)據(jù)包。TCP/IP 被設計為獨立于網(wǎng)絡訪問方法、幀格式和介質(zhì)。換句話說，它獨立于任何特定的網(wǎng)絡技術。通過這種方式，TCP/IP 可用于連接不同的網(wǎng)絡類型，例如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、X.25、幀中繼和異步傳輸模式 (ATM)。

傳輸過程中如何處理數(shù)據(jù)？

在分層系統(tǒng)中，一層的設備以不同的格式交換數(shù)據(jù)，稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。下表顯示了不同層中的 PDU。

表：在不同層處理的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)。

型號類型OSI 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)TCP/IP 層主機層應用層數(shù)據(jù)應用層表示層會話層會話層應用傳輸層段 (TCP) / 數(shù)據(jù)報 (UDP)傳輸層媒體層網(wǎng)絡層包互聯(lián)網(wǎng)層數(shù)據(jù)鏈路層框架網(wǎng)絡接入層物理層少量

例如，當用戶請求在計算機上瀏覽一個網(wǎng)站時，遠程服務器軟件首先將請求的數(shù)據(jù)提供給應用層，由應用層逐層處理，每一層執(zhí)行其指定的功能。然后數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡的物理層傳輸，直到目標服務器或其他設備接收到它。此時，數(shù)據(jù)再次通過層向上傳遞，每一層執(zhí)行其分配的操作，直到數(shù)據(jù)被接收軟件使用。

圖 3：數(shù)據(jù)從上層向下流向下層，每一層都在 PDU 中添加頁眉/頁腳。

在傳輸過程中，每一層都向來自上層的 PDU 添加一個標頭或頁腳，或兩者兼有，用于引導和識別數(shù)據(jù)包。這個過程稱為封裝。頁眉（和頁腳）和數(shù)據(jù)一起形成下一層的 PDU。該過程一直持續(xù)到到達最低層（物理層或網(wǎng)絡訪問層），數(shù)據(jù)從該層傳輸?shù)浇邮赵O備。接收設備反轉(zhuǎn)該過程，在每一層使用指導操作的頁眉和頁腳信息對數(shù)據(jù)進行解封裝。然后應用程序最終使用數(shù)據(jù)。該過程一直持續(xù)到所有數(shù)據(jù)都被發(fā)送和接收。

TCP/IP 和 OSI 對故障排除的意義

有了分層的知識，我們就可以在連接失敗時診斷出問題出在哪里。原則是從最低層檢查，而不是從最高層檢查。因為每一層都是為比它高的層服務的，處理低層的問題會更容易。例如，如果您的計算機無法連接互聯(lián)網(wǎng)，您應該首先檢查您的計算機是否插入了網(wǎng)線，或者無線接入點 (WAP) 是否連接到交換機，或者 RJ45 的針腳是否連接器狀況良好。

TCP/IP 模型與 OSI 模型

TCP/IP 模型比 OSI 模型更早。下圖顯示了它們層的對應關系。

圖 4：OSI 模型與 TCP/IP 模型以及 TCP/IP 協(xié)議套件。

比較 TCP/IP 模型和 OSI 模型的層，TCP/IP 模型的應用層類似于 OSI 第 5、6、7 層的組合，但 TCP/IP 模型沒有單獨的表示層或會話層。TCP/IP 的傳輸層包含了 OSI 傳輸層的職責和 OSI 會話層的一些職責。TCP/IP 模型的網(wǎng)絡訪問層包括 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。請注意，TCP/IP 的 Internet 層沒有利用 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路層中可能存在的排序和確認服務。TCP/IP 模型中的傳輸層負責。

考慮到這兩個參考模型的含義，OSI 模型只是一個概念模型。它主要用于描述、討論和理解單個網(wǎng)絡功能。然而，TCP/IP 最初是為了解決一組特定的問題而設計的，而不是像 OSI 模型那樣充當所有網(wǎng)絡通信的生成描述。OSI 模型是通用的、獨立于協(xié)議的，但大多數(shù)協(xié)議和系統(tǒng)都遵循它，而 TCP/IP 模型是基于 Internet 開發(fā)的標準協(xié)議。在 OSI 模型中應該注意的另一件事是，并非所有層都用于更簡單的應用程序。雖然第 1、2、3 層對于任何數(shù)據(jù)通信都是必需的，但應用程序可能會使用一些獨特的接口層到應用程序，而不是模型中通常的上層。

概括

TCP/IP 模型和 OSI 模型都是用于描述所有網(wǎng)絡通信的概念模型，而 TCP/IP 本身也是所有 Internet 操作中使用的重要協(xié)議。通常，當我們談論網(wǎng)絡設備工作的第 2 層、第 3 層或第 7 層時，我們指的是 OSI 模型。TCP/IP 模型既用于對當前的 Internet 體系結構進行建模，又用于提供一組規(guī)則，所有形式的網(wǎng)絡傳輸都遵循這些規(guī)則。

審核編輯：符乾江