什么是第 7 层？

将第 7 层视为网络的控制中心。就像大脑控制人体一样，第 7 层负责管理和协调不同应用程序之间的通信。

了解 OSI 模型

开放系统互连模型是一个概念框架，用于描述数据如何在网络上传输。它由国际标准化组织（ISO）于 1984 年制定，现已被广泛接受为网络通信的标准模式。

OSI 模型对网络通信过程进行了系统化的表述，各层负责特定的服务，这些服务有助于实现网络通信的整体功能。每一层都与相邻层进行通信。数据通过发送方的层向下传递，穿过网络，再通过接收方的层向上传递。

认识 OSI 模型的层级

第 1 层 - 物理层：作为 OSI 模型的基础层，物理层负责通过铜线、光纤或无线电波等物理介质传输原始比特流数据。它规定了比特率、信号强度、物理连接器、电缆类型和网络拓扑结构等方面。第 1 层确保网络中二进制传输的完整性。

第 2 层 - 数据链路层：这一层将物理层的原始比特结构化为数据帧，并通过物理地址（MAC 地址）管理节点与节点之间的通信。第 2 层提供错误检测和纠正功能，确保可靠的数据传输。它还通过载波侦测多路访问与碰撞检测（CSMA/CD）和其他技术管理对物理介质的访问。

第 3 层 - 网络层：网络层提供了在不同网络中将长度可变的数据序列（数据包）从一个节点传输到另一个节点的手段。它根据逻辑地址处理数据包路由，并管理网络拥塞和数据包排序。

第 4 层 - 传输层：第 4 层处理源系统和目标系统之间的主机对主机通信。它通过 TCP 和 UDP 等协议提供可靠或不可靠的数据传输机制，并管理数据包的流量控制、错误检查和分段。

第 5 层 - 会话层：会话层建立、管理和终止通信两端应用程序之间的连接（会话）。

第 6 层--呈现层：表现层将应用格式数据转换为通用格式，反之亦然，并提供加密、解密和数据压缩等服务。第 6 层确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层读取。

第 7 层 - 应用层：OSI 模型的最顶层，即应用层，是用户或进程与网络之间的通信接口。它提供特定于应用程序的服务，如 HTTP 请求、文件传输和电子邮件。

数据如何在 OSI 模型中流动？

当数据从源设备发送到目的设备时，数据在 OSI 模型中的流动过程称为封装和解封装。

封装过程（数据向下流动）

封装过程从源设备上的应用层（第 7 层）开始。用户数据被转换成适合传输的格式，并下传到表现层（第 6 层）进行翻译、压缩或加密。在会话层（第 5 层），建立一个会话，并在数据传输期间保持该会话。

传输层（第 4 层）接收这些数据，将其分成可管理的段落，并添加 TCP 或 UDP 标头，其中包括端口号。然后，网络层（第 3 层）添加包含源 IP 地址和目标 IP 地址的 IP 标头，将网段转换成数据包。

数据链路层（第 2 层）将该数据包封装为一个帧，在帧头中添加 MAC 地址，在帧尾中添加帧校验序列 (FCS)。最后，物理层（第 1 层）将这些帧转换成二进制数据（比特），以便在物理介质上传输。

解除封装过程（数据向上流动）

数据到达目的地设备后，会以相反的方式进入 OSI 层。在物理层，接收到的比特被转换成帧。数据链路层检查 FCS 是否有误，删除 MAC 地址并将数据包传递给网络层。

网络层从数据包中移除 IP 地址，将其变回网段，再传递给传输层。传输层验证数据顺序是否正确，确认收到数据包，并删除 TCP 或 UDP 报头。

现在，数据以其原始形式通过会话层和表现层，会话在此关闭，之前进行的任何翻译或加密都会被逆转。最后，在应用层，原始用户数据将以可使用的格式传送给接收应用。

第 7 层的作用

第 7 层为软件应用程序与低层网络服务之间的通信提供便利。这一层不涉及网络的底层细节，而是侧重于为软件应用程序提供使用网络服务的方法。第 7 层主要充当网络解释器，将用户或应用程序的数据转换成 OSI 模型其他层可以理解的标准协议。

应用层通过各种协议（每种协议都有其特定的目的）来促进通信合作伙伴之间的端到端通信。例如

• 文件传输访问和管理（FTAM）协议允许用户访问和管理远程系统中的文件。

• 简单网络管理协议（SNMP）使网络管理员能够管理、监控和配置网络设备。

• 通用管理信息协议（CMIP）定义了网络管理信息。

• HTTP（超文本传输协议）可实现客户端与服务器之间的网络通信。

第 7 层负载平衡

负载平衡器将网络流量分配给多个服务器，以优化资源使用，尽量缩短响应时间，并避免任何一台服务器超负荷运行。

在第 7 层，负载均衡为网络流量的分配引入了一个额外的维度。第 4 层负载平衡器根据 IP 地址和 TCP 或 UDP 端口信息做出决定，而第 7 层负载平衡器则不同，它会检查用户信息的内容来做出路由选择决定。

第 7 层负载平衡器分析网络数据包的 "有效载荷"，考虑 HTTP 头、cookie 或应用信息中的数据等元素，从而做出复杂的负载平衡决策。例如，它们可以根据请求的 URL 或请求的内容类型（如图像、脚本或文本），将流量导向不同的服务器。

第 7 层安全

无论组织选择本地部署、基于云还是混合方法，保护应用层的安全对于保护敏感数据和保持服务可用性都至关重要。作为直接与用户及其数据交互的层，第 7 层会诱使坏人访问用户凭据和个人身份信息。这一层常见的攻击类型包括应用层攻击和第 7 层分布式拒绝服务（DDoS）攻击。

应用层攻击试图利用应用程序中的漏洞，如验证不充分的输入或不安全的配置设置。第 7 层 DDoS 攻击的目的是向服务器、服务或网络发出超过其处理能力的请求。传统的 DDoS 攻击 会用大量流量淹没网络，而第 7 层 DDoS 攻击则不同，它通常模仿正常用户行为缓慢开始，因此更难被发现。

在 云原生环境中，Kubernetes 等工具提供了第 7 层网络安全的内置机制。不过，这些机制往往需要额外的安全措施，如 网络应用防火墙（WAF）、入侵检测系统和强大的安全策略。

WAF 尤其在第 7 层安全方面发挥着重要作用，因为 WAF 在应用层运行，能够理解数据包内容并根据数据包内容做出决策。WAF 可以根据为 HTTP/HTTPS 定义的规则过滤掉恶意流量，从而实现比传统网络层防火墙更精细的网络流量控制。

OSI 模式与 TCP/IP 模式的对比

与 OSI 模型一样，传输控制协议/Internet 协议（TCP/IP）模型也描述了网络协议如何相互作用、协同工作以提供网络服务。不过，这两种模式在结构、抽象程度和历史使用方面都有所不同。

结构和抽象层次

OSI 模型共有七层，每层提供一组特定服务，独立运行，同时与上下两层进行交互。按照设计意图，它为所有类型的网络通信创建了一个通用标准。

TCP/IP 模型更注重网络通信的实际情况，否定了功能的模块化分离，从其四层结构就可以看出这一点。

1. 网络接口（相当于 OSI 模型的物理层和数据链路层）
2. 互联网（相当于网络层）
3. 运输
4. 应用层（结合 OSI 模型的会话层、表现层和应用层）

历史使用情况

尽管 OSI 模型设计全面，但在实际网络实施中从未被广泛采用。它的使用一直停留在概念上，是理解和描述网络协议交互和运行的工具。

相比之下，TCP/IP 模型的创建和实施则是现代互联网的基础。TCP 和 IP 是互联网的骨干协议。该模型旨在解决实际网络问题，实现有效的广域网通信，而不是遵从分层参考模型。

第 7 层和 OSI 模型常见问题