OSI 模型

全名 Open System Interconnection Reference Model

OSI 模型是幹嘛用的？

難道你上網的時候都不會有疑問

為什麼我們可以打開瀏覽器輸入 google.com 就可以連到 google 的網頁？
電腦和電腦之間是怎麼溝通的？
acer 的電腦和 asus 的電腦為什麼可以通？
linux 和 windows 怎麼溝通？
我家網路是中華電信和我朋友家是遠傳，阿怎麼可以通？

所以那麼多的作業系統、硬體設備要進行網路溝通就得要制訂共同遵守的標準才行

『初探資訊』ＯＳＩ網路通訊架構

簡介

這個標準是由國際組織規範的，你的系統裡面只要提供可以加入該標準的程式碼，那你就能夠透過這個標準與其他系統進行溝通
OSI 定義了網路互聯的 7 層框架
1. 實體層
2. 資料連結層
3. 網路層
4. 傳輸層
5. 會議層
6. 表達層
7. 應用層

應用層 Application Layer

定義應用程式是如何進入 OSI 模式
例如: HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3 等

表達層 Presentation Layer

能為不同的用戶端提供資料語法的轉換，使系統能解讀正確的資料，同時亦提供加密/解密、壓縮/解壓縮的功能
- 格式轉換
  - 如傳送端用 Unicode 碼，接收端用 EBCDIC 碼，傳送端就必須在表達層中將資料轉換成接收端可識別的格式
- 加密解密
  - 為避免資料在傳送過程中被窺探，可在傳送端作加密的動作，待送達接收端時，再作解密的動作
- 壓縮解壓縮
  - 壓縮可使資料在傳輸過程中更具有效率，所以同樣的，可在傳送端作壓縮的動作，送達接收端後，再作解壓縮的動作

會議層 Session Layer

定義了如何連接和掛斷連接﹐和在網路上面的數據如何交換
- 允許程式以電腦名稱註冊成為網路上唯一的位址
- 在電腦之間建立﹑監測﹑和結束虛擬電路 (Virtual Circuit)
- 負責電腦之間的信息同步﹐監測資料溝通狀態﹐並對錯誤信息做出處理
負責建立、管理、終止兩個通訊主機間的連線對話(會議)
對話控制
- 判斷兩個通訊主機當下所扮演的角色
  - 當下誰是 Server、誰是 Client
- 判斷使用全雙工還是半雙工
  - 全雙工 (雙向同時對話)
    - 會議層幾乎不干涉對話，讓兩台電腦的其他層來管理
  - 半雙工 (雙向交互通訊)
    - 需使用會議層資料記號，讓主機輪流傳送訊息

傳輸層 Transport Layer

傳送資料單位稱為段 Segment
提供 port 到 port 可靠的、透明的數據傳輸服務
傳輸層會將 Data or Message 切割成 Segment 並加上編號，以利接收端重組區段 Segment
- 流量控制：網路壅塞時，會停止資料傳送
- 偵錯處理：當接收端收到 Segment 時，會檢查區段編號，若有遺失，就會發出錯誤訊息告知，或要求重送
例如：TCP、UDP
- TCP 可靠，在進行通訊時，彼此會互傳確認訊息，同時進行資料處理，確保資料完整無遺漏，像是網頁、信箱、檔案共享
- UDP 即時，像是網路電話，速度優於一切

網路層 Network Layer

傳送資料單位稱為封包 Packet
定義了和相同或不同網路設備連線時，如何將封包送達目的地的路由
- 邏輯定址
  - 將 Segment 加上傳輸雙方的 IP 位址，以產生 Packet
- 路徑選擇
  - 考慮網路的壅塞程度、發送的優先權等，以規劃 Packet 最佳傳輸路徑
例如：IP、路由器
- IP 地址是作業系統所設定的邏輯位置
- MAC 地址是燒錄在電腦網卡中的實體位置

資料連結層 Data Link Layer

傳送資料單位稱為幀 Frame
這層的主要作用是通過校驗、確認和反饋重發等手段，將不可靠的物理鏈路轉換成對網絡層來說無差錯的數據鏈路
分為兩個子層進行資料的轉換動作
- 邏輯鏈路控制（logical link control，LLC）
  - 偏軟體
  - 主要是將上層的 Packet 轉成 Frame
    - 訊息交換
      - 將 Packet 加上傳輸雙方的實體位址 (MAC 位址)，以產生 frame
    - 偵錯處理
      - 為資料加上錯誤檢查碼，例如：漢明碼、CRC 碼，讓接收端檢查是否正確。若錯誤就會選擇丟棄或重送
- 媒介存取控制（Medium access control，MAC）
  - 偏硬體
  - 主要是將 Frame 轉成可被實體所接受的bit
例如：乙太網路、記號環網路、橋接器
每一張網卡都有一個獨一無二的卡號 MAC Address
- 硬體位址最小由 00:00:00:00:00:00 到 FF:FF:FF:FF:FF:FF (16 進位法)
- 這 6 bytes 當中，前 3 bytes 為網卡廠商的代碼，後 3 bytes 則是該廠商自行設定的裝置碼了

實體層 Physical Layer

傳送資料單位稱為 bit，只有 0 和 1
定義了網路線的材質、連接器的類型及 Pin 腳排列方式等所有的實體網路器材
例如：針腳、電壓、線纜規範、集線器、中繼器、網卡、主機介面卡等

各個封包的相關性

結論

OSI 七層協定只是一個參考的模型 (model)，目前的網路社會並沒有什麼很知名的作業系統在使用 OSI 七層協定的聯網程式碼。那…講這麼多幹嘛？這是因為 OSI 所定義出來的七層協定在解釋網路傳輸的情況來說，可以解釋的非常棒，因此大家都拿 OSI 七層協定來做為網路的教學與概念的理解。至於實際的程式碼，那就交給 TCP/IP 這個東東

那 TCP/IP 是如何運作的呢？舉例常常連上的 Yahoo 入口網站來做個說明好了，整個連線的狀態可以這樣看：

應用程式階段
- 打開瀏覽器，在瀏覽器上面輸入網址，按下 Enter。此時網址與相關資料會被瀏覽器包成一個資料，並向下傳給 TCP/IP 的應用層
應用層
- 由應用層提供的 HTTP 通訊協定，將來自瀏覽器的資料包起來，並給予一個應用層表頭，再向傳送層丟去
傳送層
- 由於 HTTP 為可靠連線，因此將該資料丟入 TCP 封包內，並給予一個 TCP 封包的表頭，向網路層丟去
網路層
- 將 TCP 包裹包進 IP 封包內，再給予一個 IP 表頭 (主要就是來源與目標的 IP)，向鏈結層丟去
鏈結層
- 如果使用乙太網路時，此時 IP 會依據 CSMA/CD 的標準，包裹到 MAC 訊框中，並給予 MAC 表頭，再轉成位元串後，利用傳輸媒體傳送到遠端主機上。