引言

OSI（Open System Interconnect），即開放式系統互聯。 一般都叫OSI參考模型，是ISO（國際標準化組織）組織在1985年研究的網絡互聯模型，這篇文章給大家介紹一下OSI參考模型以及在這個參考模型下設備是如何運作的。

文章目錄

0×1.ISO/OSI參考模型和設備的關系
　　a.物理層(Physical Layer)
　　b.數據鏈路層(Data Link Layer)
　　c.網絡層(Network)
　　d.傳輸層(Transport Layer)
　　e.會話層(Session Layer)
　　f.表示層(Presentation Layer)
　　g.應用層(Application Layer)

0×1.ISO/OSI參考模型和設備的關系

這是一個標準的OSI七層參考模型，從下往上依次是：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層；

下面將詳解在這個參考模型中，我們的設備都運行在哪一層，這些知識的了解會對以後的學習非常有幫助。

a.物理層(Physical Layer)

物理層關心的典型問題就是用什麽方式來發送1和0，一位的持續時間，是否可同時雙向進行，連接如何建立和如何終止等。

工作在物理層的設備有：

中繼器(repeater)： 雙絞線（RJ-45接口網線）的理論最大傳輸距離是100M，超過100M信號會衰減，這時候就要用到中繼器，它能起到放大信號延長傳輸距離的作用。

集線器(hub)：集線器相當於一個多端口的中繼器，也能起到放大信號的作用，並且集線器是屬於半雙工模式的（簡單的理解成在同一時刻只有一個方向的數據可以傳輸，收的時候不能發，發的時候不能收），而在集線器連接的網絡中，不管有多少個集線器，都只有一個廣播域和一個沖突域。集線器工作原理如下圖：

因為集線器屬於物理層設備，無法判斷數據鏈路層的MAC地址以及網絡層IP地址，所以在這個集線器相連的網絡裏，假設PC0封裝數據發送給PC1，集線器接收到PC0發來的數據後，直接將它轉發到除接收端口以外的所有端口，這時候PC1/3/4都能收到這個數據，只不過根據包頭部的MAC地址信息，只有PC1會處理它，PC3/4將丟棄這個數據包，而如果PC3/4上面運行了數據包分析軟件，就可以捕獲並分析PC0發出的數據，這種網絡拓撲設計將非常不安全。

b.數據鏈路層(Data Link Layer)

數據鏈路層的主要功能是在不可靠的物理層上進行數據的可靠傳輸，將用戶數據封裝成幀（Frame），進行CRC效驗（循環冗余效驗）以及防止高速發送方的數據將低速方淹沒等。

工作在數據鏈路層的設備主要有：

網卡(NIC Network Interface Card)：也叫網絡適配器，在生產時將一個唯一的網絡節點地址（MAC地址）燒錄到了它的ROM中。MAC地址占用48位，前24位代表廠商，後24位為設備號。MAC地址可以通過一些軟件設備來更改，但是更改的僅僅是顯示，ROM中的MAC地址除非重新燒錄否則無法更改。Windows系統在CMD中輸入"ipconfig /all"來查看網卡的MAC地址；Linux系統可以在終端中輸入"ifconfig"來查看；
網橋(Bridge)：網橋可以將兩個局域網（LAN）連接並按照MAC地址轉發數據幀，就好像他們是一個LAN一樣，現在網橋大多應用於軟件。工作原理如下圖：

圖中A、C連接在集線器1（Hub1）上，B、D連接在Hub2上，Hub1的一個接口連接在網橋的接口1上，Hub2的一個接口連接在網橋的接口2上（它們之間的連線都是直通線，集線器，網橋，計算機，三者屬於不同設備，使用直通線），各PC的MAC地址以及IP地址如上圖所示，其工作原理如下：

1）網橋如果剛剛加電啟動，它的MAC地址緩存為空，此時假設A要發送數據給C，並且A已經知道C的MAC地址（這中間涉及到一個ARP獲取MAC地址的操作，這裏暫時不討論），A將數據封裝好發送給Hub1，Hub1是一個物理層設備，它簡單的將信號放大從除接收端口以外的其他端口將數據發送出去（發送給C和網橋的接口1）；

2）網橋從接口1接收到A發過來的數據後，首先添加這個數據幀的源MAC地址，既A的MAC（AAAAAAAAAAAA）和對應的端口1添加到自己的MAC地址表中，然後從自己的MAC地址表中去查找這個數據幀目的地C的MAC地址，但是此時找不到，所以網橋以廣播形式將這個數據幀從接口2發送出去；

3）集線器2收到這個數據幀，它將這個數據幀從除接收端口以外的其他端口發送出去，D和B都接收到了這個數據幀，D和B對數據幀進行檢查時發現目的MAC地址與自己的網卡MAC地址不相同，計算機D和B丟棄這個數據幀；

4）在第1步中C也同時收到了這個數據幀，C檢查目的MAC地址的時候發現，與本機相同，C接收這個數據包，並回發數據包對A進行確認，C封裝一個源地址為自己MAC地址，目的地址是A的MAC地址的數據幀發送給集線器1，集線器將這個數據幀發給網橋的接口1和A；

5）網橋接收到這個數據幀，它首先添加C的MAC和對應的接口1到自己的MAC地址表，然後查詢地址表的時候發現A的MAC地址同樣處在接口1，網橋不再將這個數據幀從接口2發出，也不會將這個數據幀再重新從接口1發回去；

6）A收到C發回的確認，通信成功；

7）通過這種形式，最後網橋會學習到這個簡單局域網中所有的電腦的MAC地址以及所在接口。如下：

一個網橋包含兩個沖突域、一個廣播域；沖突域是發送一個單播會影響的範圍，廣播域是發送一個廣播會影響的範圍。

註：網橋並不具備三層設備的特性，這就意味著如果通過網橋將兩個不同網段的局域網連接起來，這兩個局域網之間是無法通信的，除非在其中配置默認路由指向一臺三層設備，這臺三層設備需要具有去往這兩個網段的路由，否則當計算機往其他網段發送數據時，由於本地路由表並沒有這個網段的路由，也沒有配置默認路由，數據會在發送端直接被丟棄。

交換機（Switch）: 可以將交換機簡單的看做多端口的網橋，因為它也根據收到的數據幀的源地址進行學習，也根據MAC地址表中的目的地址進行轉發，但交換機有下面幾個需要註意的地方，請看下圖：

假如這個交換機學習到的MAC地址表如下：

其一：交換機對已知的單播幀，只發往對應的端口；比如A發給B，交換機中學習到了B的MAC，那麽直接發往端口2；
其二：交換機對未知的單播幀，進行泛洪轉發（即發往除接收端口以外的所有端口），比如C發送一個單播幀給D，這個數據幀到達交換機後，交換機MAC表中還沒有學習到D的MAC，交換機將這個數據幀從1、2、4端口發出；
其三：交換機對所有廣播和組播，進行泛洪轉發（即發往除接收端口以外的所有端口）；

交換機可以劃分為下面三類：

傳統交換機：屬於鏈路層，一個廣播域，每個接口是一個沖突域；
VLAN交換機：屬於鏈路層，可網管型，可以劃分多個VLAN，每個VLAN是一個廣播域，每個接口是一個沖突域，並且可以配置IP地址；
三層交換機：比VLAN型交換機多了路由功能，可以理解成交換機+路由器，屬於OSI模型網絡層；

c.網絡層(Network)

路由器和三層交換機都屬於網絡層設備，它們是應用於不同網段間的設備；路由器的每個端口屬於一個單獨的廣播域，也是一個單獨的沖突域。

d.傳輸層(Transport Layer)

傳輸層實現了用戶進程間端到端的通信（End-to-End），傳輸層相關的協議有TCP、UDP等。我們會經常看到這兩個協議名稱出現在Windows CMD的"netstat -ano"這條命令的顯示裏，Linux下可以在終端中輸入"netstat -nautp"來查看這些端口。

e.會話層(Session Layer)

會話層提供的主要服務是會話控制、同步、重傳等。

f.表示層(Presentation Layer)

表示層提供的主要服務為數據的編碼、壓縮、加密解密等。

g.應用層(Application Layer)

應用層包含了大量協議的應用，最常見的有： HTTP-TCP80、FTP-TCP21、SMTP-TCP25、POP3-TCP110、DNS-TCP/UDP53、TELNET-TCP23等。

[CCNA]-02-OSI參考模型和設備的對應關系