计算机网络osi参考模型分为几层计算机网络通信的

导读今天这篇的标题是“扫盲”，也就是说：即使那些完全不懂IT领域，也不懂CT领域的读者，依然能看懂（至少能看懂一部分）。为了做到这点，我会尽量使用通俗的比喻，并....

今天这篇的标题是“扫盲”，也就是说：即使那些完全不懂 IT 领域，也不懂CT领域的读者，依然能看懂（至少能看懂一部分）。为了做到这点，我会尽量使用通俗的比喻，并适当加一些示意图。

另外，就算你已经比较了解网络通信领域，本文中提到的某些部分，也可能是你所不知道的。也就是说：懂行的同学，看看此文，也会有帮助。本文的标题特地强调了【系统性】——我希望这篇教程能帮助读者对“计算机网络通信”这个领域进行系统性学习（何为“系统性学习”？）为了做到【系统性】这个目的，这篇教程很长。建议大伙儿慢慢看，不要着急。

★基本概念

为了足够通俗，我先要介绍一些基本概念。

◇信道（channel）

这是通讯领域非常基本的概念，肯定要先聊聊它。通俗地说，信道就是“传送信息的通道”。

◇信道的类型

首先，信道可以从广义上分为“物理信道 ＆ 逻辑信道”。顾名思义，“物理信道”就是直接使用某种【物理介质】来传送信息；至于“逻辑信道”——是基于“物理信道”之上抽象出来的玩意儿（待会儿讲到“协议栈”的时候再聊）。

◇信道的带宽

“带宽”指的是：某个信道在单位时间内最大能传输多少比特的信息。请注意：电气领域 ＆ 计算机领域都有“带宽”这个概念，但两者的定义不太一样。电气领域所说的“带宽”指的是“模拟带宽”，单位是“赫兹/Hz”；计算机领域所说的“带宽”指“数字带宽”，单位是“比特率”或“字节率”。后续章节提到“带宽”，都是指计算机领域的术语。

◇带宽的单位——容易把外行绕晕

“比特率”或“字节率”很容易搞混淆。用英文表示的话——大写字母 B 表示【字节】；小写字母 b 表示【比特】。

由于带宽的数字通常很大，要引入“K、M、G”之类的字母表示数量级，于是又引出一个很扯蛋的差异——“10进制”与“2进制”的差异。【10进制】的 K 表示 1000；M 表示 1000×1000（1百万）【2进制】的 K 表示 1024（2的10次方）；M 表示 1024×1024（2的20次方）为了避免扯皮，后来国际上约定了一个规矩：对【2进制】的数量级要加一个小写字母 i。比如说：Ki 表示 1024；Mi 表示 1024×1024 …… 以此类推。举例：1Kbps 表示“1000比特每秒”1KiBps 表示“1024字节每秒”

◇信道的工作模式：单工 VS 半双工 VS 全双工

再来说说信道的工作模式。大致可以分为如下三种。为了让大伙儿比较好理解，我对每一种都举相应的例子。

单工（simplex）比如“电台广播”就是典型的【单工】。“电台”可以发信号给“收音机”，但“收音机”【不能】发信号给“电台”。

半双工（half-duplex）比如“单条铁路轨道”，就是典型的【半双工】。火车在单条铁轨上，可以有两种运行方向；但对于同一个瞬间，只能选其中一个方向（否则就撞车了）。

全双工（full-duplex）比如“光纤”就是典型的【全双工】。在同一根光导纤维中，可以有多个光束【同时相向】传播，互相不会干扰对方。

◇端点

为了叙述方便，我把参与通讯的对象（主体）称作“通讯端点”，简称“端点”。这里的“端点”是广义的，可以是硬件（比如某个网卡），也可以是软件（比如某个应用程序）。

◇单播、组播/多播、广播、选播

对于“网络通讯”，至少得有 N 个端点参与，并且【N ≥ 2】才有意义。当 N 个端点构成一个网络，这时候就会涉及到“单播、组播、广播”这几个概念。通俗地说：单播（unicast）——发送给网络中的指定的【单个】端点组播/多播（multicast）——发送给网络中的指定的【多个】端点广播（broadcast）——发送给网络中的【所有】端点选播（anycast）——发送给网络中随机选择的【单个】端点

◇通讯协议（protocol）

所谓的“通讯协议”就是：参与通讯的各方所采用的某种【约定】。只有大家都遵守这个约定，才有可能相互传递信息。打个比方：如果两个人要用自然语言交流，前提是：双方使用相同（或相互兼容）的自然语言。“通讯协议”就类似某种自然语言，参与通讯的多个端点，都必须能理解这个语言。

★从“分层”到“参考模型”◇分层

在聊“分层”之前，先说说“分工”。比如在一个公司中，通常设有不同的工种/岗位，这就是【分工】。对于网络通讯也是如此，不太可能用一种通讯协议完成所有的信息传递任务（注：对于特别简单的网络，或许有可能只用单一协议；但如今的网络通讯已经很复杂，用【单个】通讯协议包办所有事情，已经不太可能）一旦采用了多种通讯协议，这几种协议之间，该如何配合捏？在网络通讯领域，采用的是【分层】的设计思路。多个层次的协议在一起协同工作，技术上称作“协议栈”（洋文叫做“protocol stack”）。

◇协议栈的原理

对于多层次的协议栈。每个层次都有各自的“端点”（进行通讯的主体）。处于【同一层次】的两个端点会使用该层次的协议进行通讯（注：同一个层次的协议，可能只有一个，也可能有多个）。除了最顶层，每个层次的端点会向其【直接】上层提供“服务”；除了最底层，每个层次的端点会调用【直接】下层提供的“服务”（这里所说的“服务”指某种“编程接口”，技术行话叫 API）。

（“协议栈”的示意图）

（“服务”与“协议”之间的关系）

◇逻辑信道

（前一个小节说了）每个层次会向上一个层次提供服务（API 调用）。对上层而言，调用下层提供的 API 发送信息，其效果相当于在使用某种【信道】进行通讯，这也就是我在 ★基本概念 那个章节所说的“逻辑信道”。

（“逻辑信道”示意图）

◇数据格式的原理

大部分协议会把要传送的数据切割为 N 份，每一份就是一个数据包。通常来说，数据包的格式有如下三部分：

头部身体（也称作“有效载荷”）尾部（注：很多协议没有尾部）

如果你收过快递，可以把“网络数据包”与“快递包裹”作一个对照——数据包的“头/尾”，就类似于快递包裹的【包装袋】。数据包的“身体”，就类似于快递包裹里面的东西。

对于【相邻】两层的协议，【下】层包含【上】层。也就是说：下层协议的【载荷】就是上层协议的【整体】。还是以快递举例：假设你从网上买了一台笔记本电脑。电脑出厂时，电脑厂商肯定会提供一个包装盒。快递公司在寄送这台笔记本的时候，又会在笔记本的盒子外面再加一个包装袋。对应到网络协议——“快递公司的包装袋”相当于【下层】协议；“电脑厂商的包装盒”，相当于【上层】协议。

（上下层协议的格式及包含关系）

◇网络分层的参考模型

上述所说的“分层 ＆ 协议栈”只是一个抽象的（笼统的）思路。具体要分几层？每一层要干啥事儿？这些都是很有讲究滴！网络技术发展了几十年，已经有很多牛人提出了各种不同的划分方案，称之为“网络分层的参考模型”（为了打字省力，以下简称“模型”）。在各种模型中，名气最大的当然是“OSI 模型”（洋文称作“OSI model”）。在后续的章节中，我会以这个模型为主体，进行介绍。除了“OSI 模型”还有一个很出名的模型是“TCP/IP 模型”（因为互联网很成功，它才跟着出名）。对“TCP/IP 模型”的分层，不同的文章或书籍，说法不太一样（“3层、4层、5层”皆有），这就引发了一些争议。包括几位热心读者也在博客留言，表达不同意见。为了避免一家之言，贴出XX百科的“”，其中给出了几种比较有名的说法。另外，我想提醒一下：由于本文是基于【OSI 模型】进行展开。对于 TCP/IP 模型到底算几层，这方面的争论【不】影响本文后续的内容。

★OSI 概述◇OSI 的历史

“OSI”的全称是“Open System Interconnection”。先说说它的历史。上世纪70年代，“国际电信联盟”（ITU）想对各国的电信系统（电话/电报）建立标准化的规格；与此同时，“国际标准化组织”（ISO）想要建立某种统一的标准，使得不同公司制造的大型主机可以相互联网。后来，这两个国际组织意识到：“电信系统互联”与“电脑主机互联”的性质差不多。于是 ISO 与 ITU 就决定合作，两家一起干。这2个组织的2套班子，从上世纪70年代开始搞，搞来搞去，搞了很多年，一直到1984年才终于正式发布 OSI 标准。

◇OSI 标准的两个组成部分

严格来讲，OSI 包括两大部分——其一，抽象的概念模型，也就是前面提到的【OSI model】；其二，针对这个概念模型的具体实现（具体的通讯协议），洋文叫做【OSI protocols】。

（前面说了）OSI 是由 ISO ＆ ITU 联手搞出来滴。这两个国际组织里面的人，要么是来自各国的电信部门，要么是来自各国的高校学者。总而言之，既有严重的官僚风气，又有明显的学究风气。（正是因为这两种风气叠加，所以搞了很多年，才搞出 OSI）OSI 的协议实现（OSI protocols），不客气地说，就是一堆垃圾——据说把 OSI protocols 所有的协议文档，全部打印成 A4 纸，摞起来得有一米多高！是不是很吓人？协议搞得如此复杂，严重违背了 IT 设计领域的 KISS 原则。由于 OSI protocols 实在太复杂，后来基本没人用。但 OSI model 反而广为流传，并且成为“网络分层模型”中名气最大，影响力最广的一个。因此，本文后续章节中，凡是提到 OSI，指的是【OSI model】。

◇OSI 模型的7层

OSI 模型总共分7层，示意图参见如下表格：