编辑“︁OSI七层模型”︁

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'''OSI七层模型'''（Open Systems Interconnection Model）是国际标准化组织（ISO）提出的一个网络通信框架，用于标准化不同厂商设备之间的通信协议。它将网络通信过程划分为七个逻辑层，每层负责特定的功能，并通过接口与相邻层交互。该模型是理解计算机网络体系结构的核心基础。

== 概述 ==
OSI模型通过分层设计实现模块化，各层独立工作且仅需了解相邻层的接口。这种设计简化了网络协议的开发与维护，并支持异构系统的互联。七层从下到上依次为：

<mermaid>
graph TD
    A[物理层 Physical Layer] --> B[数据链路层 Data Link Layer]
    B --> C[网络层 Network Layer]
    C --> D[传输层 Transport Layer]
    D --> E[会话层 Session Layer]
    E --> F[表示层 Presentation Layer]
    F --> G[应用层 Application Layer]
</mermaid>

=== 各层功能对比 ===
{| class="wikitable"
|+ OSI七层功能摘要
! 层级 !! 名称 !! 功能 !! 典型协议/设备
|-
| 1 || 物理层 || 比特流传输、电气特性 || 网线、光纤、集线器
|-
| 2 || 数据链路层 || 帧封装、MAC寻址、差错控制 || 以太网、交换机
|-
| 3 || 网络层 || 逻辑寻址、路由选择 || IP、路由器
|-
| 4 || 传输层 || 端到端连接、可靠性保障 || TCP、UDP
|-
| 5 || 会话层 || 建立/管理会话 || NetBIOS
|-
| 6 || 表示层 || 数据格式转换、加密 || SSL、JPEG
|-
| 7 || 应用层 || 用户接口、服务实现 || HTTP、FTP
|}

== 分层详解 ==
=== 1. 物理层（Physical Layer） ===
负责原始比特流在物理介质上的传输，定义电压、接口形状等机械/电气特性。例如：
* '''案例'''：双绞线（Cat6）传输差分信号以减少干扰。

=== 2. 数据链路层（Data Link Layer） ===
将比特流组织为'''帧'''，通过MAC地址实现设备间直接通信。关键机制包括：
* '''差错控制'''：CRC校验检测帧损坏
* '''流量控制'''：如滑动窗口协议
* '''MAC子层'''：处理冲突（CSMA/CD）

<syntaxhighlight lang="python">
# 模拟以太网帧结构
import struct

def build_ethernet_frame(dest_mac, src_mac, payload):
    preamble = b'\x55' * 7 + b'\xD5'
    dest = bytes.fromhex(dest_mac.replace(':', ''))
    src = bytes.fromhex(src_mac.replace(':', ''))
    eth_type = b'\x08\x00'  # IPv4类型
    frame = preamble + dest + src + eth_type + payload.encode()
    return frame

print(build_ethernet_frame("00:1A:2B:3C:4D:5E", "00:0A:95:9D:68:16", "Hello").hex())
</syntaxhighlight>
'''输出'''：55555555555555d5001a2b3c4d5e00a959d6816080048656c6c6f

=== 3. 网络层（Network Layer） ===
实现跨网络的'''分组转发'''和'''路由选择'''。核心协议IP提供：
* '''逻辑寻址'''：32位IPv4或128位IPv6地址
* '''分片重组'''：MTU适配不同链路层

<math>
\text{TTL} = \text{初始值} - \text{经过路由器数量}
</math>

=== 4. 传输层（Transport Layer） ===
确保端到端可靠传输，主要协议对比：
{| class="wikitable"
|-
! 特性 !! TCP !! UDP
|-
| 连接方式 || 面向连接 || 无连接
|-
| 可靠性 || 确认重传 || 尽最大努力
|-
| 流量控制 || 滑动窗口 || 无
|}

=== 5-7. 高层协议 ===
* '''会话层'''：管理对话（如RPC的会话恢复）
* '''表示层'''：数据加密（TLS）、压缩（gzip）
* '''应用层'''：HTTP请求示例：
<syntaxhighlight lang="http">
GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
Accept-Language: en
</syntaxhighlight>

== 实际应用 ==
=== 数据封装过程 ===
数据从应用层向下传递时，每层添加首部（和尾部）：
<mermaid>
sequenceDiagram
    participant App as 应用层
    participant Pres as 表示层
    participant Session as 会话层
    participant Transport as 传输层
    participant Network as 网络层
    participant DataLink as 数据链路层
    participant Physical as 物理层

    App->>Pres: 应用数据
    Pres->>Session: 数据 + 表示层头
    Session->>Transport: 数据 + 会话层头
    Transport->>Network: 段 + TCP头
    Network->>DataLink: 包 + IP头
    DataLink->>Physical: 帧 + 帧头尾
</mermaid>

=== 协议栈实现 ===
操作系统内核中的协议栈按层次处理数据包。例如Linux的TCP/IP栈：
<syntaxhighlight lang="c">
// 简化的内核sk_buff结构（网络数据包）
struct sk_buff {
    struct net_device *dev;  // 网络设备
    __u32 ip_hdr;           // IP头指针
    __u32 tcp_hdr;          // TCP头指针
    unsigned char *data;     // 有效载荷
};
</syntaxhighlight>

== 常见问题 ==
=== 为什么需要分层？ ===
* '''解耦'''：各层独立演进（如IPv4→IPv6不影响HTTP）
* '''标准化'''：厂商只需实现特定层（如交换机仅需L2）

=== OSI与TCP/IP模型区别 ===
TCP/IP模型将OSI的5-7层合并为应用层，更贴近实际协议：
<mermaid>
graph LR
    OSI[OSI七层] -->|对应| TCP[TCP/IP四层]
    OSI7[应用层] --> TCP1[应用层]
    OSI6[表示层] --> TCP1
    OSI5[会话层] --> TCP1
    OSI4[传输层] --> TCP2[传输层]
    OSI3[网络层] --> TCP3[网络层]
    OSI2[数据链路层] --> TCP4[链路层]
    OSI1[物理层] --> TCP4
</mermaid>

== 扩展阅读 ==
* '''MTU与分片'''：以太网默认MTU=1500字节，超出需分片
* '''协议分析工具'''：Wireshark捕获各层数据包示例

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