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

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據傳輸。該層還為終端應用定義協議，例如域名系統（DNS）、文件傳輸協議（FTP）、超文本傳輸協議（HTTP）、互聯網消息訪問協議（IMAP）、郵局協議（POP）、簡單郵件傳輸協議 (SMTP)、簡單網絡管理協議 (SNMP) 和 Telnet（終端仿真）。

第 6 層：表示層

表示層檢查數據以確保它與通信資源兼容。它將數據轉換成應用層和更低層接受的形式。任何需要的數據格式化或代碼轉換也由第六層處理，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。它也可用于數據壓縮和加密。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，數據會在接收端恢復。對于安全性要求較高的數據，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。它也驗證數據是否已交付。會話層通常在使用遠程過程調用的應用程序環境中顯式實現。

第 4 層：傳輸層

傳輸層提供通過一個或多個網絡將數據序列從源主機傳輸到目標主機的功能和手段，同時保持服務質量（QoS）功能并確保數據的完整傳遞。數據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 和用戶數據報協議 (UDP) 是第 4 層中必不可少的協議。

第三層：網絡層

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

第 2 層：數據鏈路層

數據鏈路層提供節點到節點的傳輸——兩個直接連接的節點之間的鏈接。它處理幀中數據的打包和解包。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議，例如點對點協議 (PPP)。數據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 層負責控制網絡中的設備如何訪問媒體和傳輸數據的權限。LLC層負責識別和封裝網絡層協議，控制錯誤檢查和幀同步。

第 1 層：物理層

物理層定義了數據連接的電氣和物理規范。例如，連接器的引腳布局、電纜的工作電壓、光纖電纜的規格以及無線設備的頻率。它負責在物理介質中傳輸和接收非結構化原始數據。比特率控制在物理層完成。它是底層網絡設備的層，從不關心協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 協議套件。它通常被稱為 TCP/IP，因為基礎協議是 TCP 和 IP，但在此模型中不僅使用這兩個協議。

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據的協議。最廣為人知的應用層協議包括 HTTP、FTP、SMTP、Telnet、DNS、SNMP 和路由信息協議 (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據報通信服務。這一層的核心協議是 TCP 和 UDP。TCP 提供一對一的、面向連接的、可靠的通信服務。它負責對發送的數據包進行排序和確認，以及恢復傳輸中丟失的數據包。UDP 提供一對一或一對多、無連接、不可靠的通信服務。當要傳輸的數據量很小（例如該數據適合單個數據包）時，通常使用 UDP。

互聯網層

Internet 層負責主機尋址、打包和路由功能。互聯網協議層的核心協議是IP、地址解析協議（ARP）、互聯網控制消息協議（ICMP）和互聯網組管理協議（IGMP）。IP 是一種可路由協議，負責 IP 尋址、路由以及數據包的分段和重組。ARP 負責發現網絡訪問層地址，例如與給定 Internet 層訪問關聯的硬件地址。ICMP 負責提供診斷功能并報告由于 IP 數據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 將包頭添加到數據包中，這稱為 IP 地址。

圖 2：IPv4 地址和 IPv6 地址示例。

網絡接入層

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

傳輸過程中如何處理數據？

在分層系統中，一層的設備以不同的格式交換數據，稱為協議數據單元（PDU）。下表顯示了不同層中的 PDU。

表：在不同層處理的協議數據單元 (PDU)。

型號類型OSI 層協議數據單元 (PDU)TCP/IP 層主機層應用層數據應用層表示層會話層會話層應用傳輸層段 (TCP) / 數據報 (UDP)傳輸層媒體層網絡層包互聯網層數據鏈路層框架網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站時，遠程服務器軟件首先將請求的數據提供給應用層，由應用層逐層處理，每一層執行其指定的功能。然后數據通過網絡的物理層傳輸，直到目標服務器或其他設備接收到它。此時，數據再次通過層向上傳遞，每一層執行其分配的操作，直到數據被接收軟件使用。

圖 3：數據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，用于引導和識別數據包。這個過程稱為封裝。頁眉（和頁腳）和數據一起形成下一層的 PDU。該過程一直持續到到達最低層（物理層或網絡訪問層），數據從該層傳輸到接收設備。接收設備反轉該過程，在每一層使用指導操作的頁眉和頁腳信息對數據進行解封裝。然后應用程序最終使用數據。該過程一直持續到所有數據都被發送和接收。

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網，您應該首先檢查您的計算機是否插入了網線，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 模型的網絡訪問層包括 OSI 模型的數據鏈路和物理層。請注意，TCP/IP 的 Internet 層沒有利用 OSI 模型的數據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絡通信的生成描述。OSI 模型是通用的、獨立于協議的，但大多數協議和系統都遵循它，而 TCP/IP 模型是基于 Internet 開發的標準協議。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 層對于任何數據通信都是必需的，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議。通常，當我們談論網絡設備工作的第 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，又用于提供一組規則，所有形式的網絡傳輸都遵循這些規則。

審核編輯：符乾江