5.1 开放互连参考模型
为什么网络要分层
计算机网络的根本作用可以概括为两件事：资源共享和远程通信。你在本机观看网站视频时，看到的是有意义的视频、文字和按钮；但在底层线路里传递的其实仍是 0/1 比特流。分层模型解决的就是这两端之间的巨大差异。
OSI 七层模型是一种理论参考模型。它把“用户看到的应用信息”到“线路上传输的电信号”拆成多个层次，使高层不用直接关心底层电气细节，低层也不用理解上层业务含义。课堂里说得很直接：中间加层，是为了降低最高层和最低层之间的耦合。
资源子网与通信子网
从用户主机看，网络可以分成两类部分：
| 子网 | 关注对象 | 作用 |
|---|---|---|
| 资源子网 | 主机、服务器、应用资源、数据资源 | 提供可共享的计算和信息资源 |
| 通信子网 | 网络接口、链路、交换设备、路由设备 | 完成数据从一端到另一端的传输 |
例如你从宿舍网络访问课程服务器：你的电脑、服务器、课程资源属于资源子网；从网卡出发，经过校园网、城域网、Internet、路由器跳转到服务器网络的路径，属于通信子网。
OSI 七层从上到下
考试中要能从第 1 层到第 7 层说清名称、功能、数据单位和典型关键词。
| 层号 | 层次 | 数据/功能关键词 | 典型对象 |
|---|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 具体应用功能、网络服务 | HTTP、FTP、SMTP、DNS |
| 6 | 表示层 | 格式转换、编码、加密、压缩 | 字符编码、数据压缩、加密 |
| 5 | 会话层 | 建立、管理、终止会话 | 会话控制 |
| 4 | 传输层 | 端到端连接、端口、可靠/不可靠传输 | TCP、UDP |
| 3 | 网络层 | 分组、IP 地址、路由选择 | IP、路由器、三层交换机 |
| 2 | 数据链路层 | 帧、MAC 地址、差错控制 | 网卡、网桥、交换机 |
| 1 | 物理层 | 二进制比特流、电气信号、传输介质 | 中继器、集线器、网线 |
封装与解封装
发送数据时，高层数据向下传递，每经过一层就按该层协议增加控制信息。接收端则反过来，一层层拆掉头部或尾部，最终在应用层还原为用户能理解的信息。
| 过程 | 方向 | 发生了什么 |
|---|---|---|
| 封装 | 应用层向物理层 | 每层添加本层控制信息，例如端口、IP、MAC 等 |
| 传输 | 物理层之间 | 以二进制比特流、电信号或光信号形式传递 |
| 解封装 | 物理层向应用层 | 每层检查并去掉本层控制信息，交给上层 |
课堂里用“看视频”举例：视频数据在应用层按应用协议处理；表示层可能做压缩、加密或格式转换；传输层处理端到端传输；网络层处理 IP 地址与路由；数据链路层形成带帧头帧尾的数据帧；物理层最终把它变成比特流。
发送端：应用数据 -> 报文段 -> 分组/数据报 -> 帧 -> 比特流
接收端：比特流 -> 帧 -> 分组/数据报 -> 报文段 -> 应用数据MAC、IP、端口分别在哪里
这三个名词特别容易混在一起。可以按“越往下越靠近本地链路，越往上越靠近进程通信”理解。
| 标识 | 所在层次 | 解决的问题 | 典型考法 |
|---|---|---|---|
| MAC 地址 | 数据链路层 | 本地链路上识别网卡 | 帧头/帧尾、交换机、网桥 |
| IP 地址 | 网络层 | 跨网络识别主机并进行路由 | 路由器、分组转发 |
| 端口号 | 传输层 | 主机内定位具体进程/服务 | TCP/UDP、端到端通信 |
注意：字幕里有一处把网络层分组中提到端口信息，做题时应按标准分层理解：端口属于传输层，IP 属于网络层，MAC 属于数据链路层。实际报文逐层封装后，下层载荷里会包含上层信息，但考试判断层次归属时要按标准职责来答。
网络硬件设备对应层次
OSI 题常考硬件功能与分层。课堂强调硬件主要集中在下面三层。
| 设备 | 所在层 | 功能理解 | 冲突域/广播域提示 |
|---|---|---|---|
| 中继器 | 物理层 | 放大、再生比特信号 | 不隔离冲突域，不隔离广播域 |
| 集线器 | 物理层 | 多端口中继，广播式转发信号 | 不隔离冲突域，不隔离广播域 |
| 网桥 | 数据链路层 | 根据 MAC 帧转发，连接局域网段 | 可隔离冲突域，不隔离广播域 |
| 二层交换机 | 数据链路层 | 多端口网桥，根据 MAC 表转发 | 每端口可隔离冲突域，默认不隔离广播域 |
| 路由器 | 网络层 | 根据 IP 进行路由，连接不同网络 | 隔离广播域 |
| 三层交换机 | 网络层 | 具有路由功能的交换机 | 可按三层转发并隔离广播域 |
一个常见易错点是“检测冲突”和“隔离冲突”。集线器既不能检测也不能隔离冲突；网桥/交换机不是去“检测冲突”，而是通过分割网段来隔离冲突域。
OSI 和 TCP/IP 的关系
OSI 七层是理论模型，层次更细；实际互联网更多使用 TCP/IP 体系，常压缩成四层或五层来讲。考试中，OSI 仍然用于考“层次职责、设备归属、协议归属”；TCP/IP 则用于考“具体协议功能和应用场景”。
| OSI 七层 | TCP/IP 常见四层 |
|---|---|
| 应用层、表示层、会话层 | 应用层 |
| 传输层 | 传输层 |
| 网络层 | 网际层 |
| 数据链路层、物理层 | 网络接口层 |
例题
自查要点
- 为什么说 OSI 七层模型主要是理论参考模型？
- 资源子网和通信子网分别包括哪些对象？
- 发送端封装和接收端解封装方向分别是什么？
- MAC 地址、IP 地址、端口号分别解决什么问题？
- 中继器、网桥、交换机、路由器分别属于哪一层？