OSI模型中协议数据单元（PDU）

OSI模型中协议数据单元（PDU）

协议数据单元（Protocol Data Unit, PDU）是网络通信中每一层协议处理的数据单位，其内容和格式由特定层的协议定义。PDU在不同OSI层次中有不同的名称和结构，体现了分层模型的核心思想：每一层为上层提供服务，并利用下层的服务传递数据。

OSI各层PDU的名称与封装关系

OSI层	PDU名称	组成说明
应用层 (Layer 7)	报文/消息 (Message)	用户数据（如HTTP请求、FTP文件）
表示层 (Layer 6)	报文 (Message)	加密/压缩后的数据（如SSL/TLS加密的HTTP数据）
会话层 (Layer 5)	报文 (Message)	建立/维护会话的数据（如RPC调用、NetBIOS会话）
传输层 (Layer 4)	段 (Segment)	TCP/UDP数据，添加端口号、校验和（如TCP段包含序列号、窗口大小）
网络层 (Layer 3)	包 (Packet)	IP数据包，包含源/目的IP地址（如IPv4包）
数据链路层 (Layer 2)	帧 (Frame)	以太网帧，添加MAC地址、CRC校验（如Ethernet II帧）
物理层 (Layer 1)	比特流 (Bits)	二进制信号（如电脉冲、光信号）

PDU的封装与解封装过程

数据在发送时从上到下逐层封装，接收时从下到上逐层解封装：

发送方（封装流程）

应用层生成原始数据（如HTTP请求）。

• 传输层（TCP/UDP）添加端口号、校验和，形成Segment。

• 网络层（IP）添加源/目的IP地址，形成Packet。

• 数据链路层（以太网）添加MAC地址、帧头/尾，形成Frame。

• 物理层将帧转为比特流，通过介质传输。

接收方（解封装流程）

• 物理层接收比特流，还原为帧。

• 数据链路层校验帧，去除MAC头，提取Packet。

• 网络层检查IP地址，去除IP头，提取Segment。

• 传输层验证端口和校验和，去除TCP/UDP头，传递数据给应用层。

关键点

• 每层只处理本层的PDU

  • 例如，路由器（网络层设备）只处理IP包，不关心TCP段或以太网帧的内容。

  • 交换机（数据链路层设备）只处理MAC帧，不解析IP包。

• PDU的命名差异

  • TCP/IP模型中：

    • 网络接口层PDU称Frame（帧）。

    • 互联网层（IP）PDU称Packet（包）。

    • 传输层（TCP/UDP）PDU仍称Segment（段）。

• 封装开销

  • 每层添加的头部/尾部会增加传输开销（如以太网帧头14字节，IP头20字节，TCP头20字节）。

实例分析（HTTP over TCP/IP）

假设用户访问一个网页，PDU变化如下：

• 应用层：HTTP请求（GET /index.html） → Message。

• 传输层：添加TCP头（源端口、目的端口80） → Segment。

• 网络层：添加IP头（源IP 192.168.1.2，目的IP 93.184.216.34） → Packet。

• 数据链路层：添加以太网头（源MAC 00:1A:2B:3C:4D:5E，目的MAC 网关MAC） → Frame。

• 物理层：转为比特流发送。