開放系統互連參考模型(OSI)-網絡中的七層協議

         國際標準化組織ISO制定的OSI開放系統參考模型是目前分層最詳細完備的網絡協議標準,然而到了20世紀90年代初期,雖然整套的OSI國際標準都已經制定出來了,但由於因網已經搶先在全世界覆蓋了相當大的範圍,而與此同時卻找不到有什麼廠家生產符合OSI標準的商用產品。因此人們得出這樣的結論:OSI只獲得了一些理論研究的成果,但在市場化方面OSI則事與願違,它只應用於研究。 因此現在的互聯網絡使用的是TCP/IP的分層標準。

        這個標準也只是邏輯層面上的分層,是人們構想出來的。:OSI採用了分層的結構化技術,共分七層,物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

      

 第一層:物理層 

        物理層是OSI的第一層,它雖然處於最底層,卻是整個開放系統的基礎。物理層爲設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備,爲數據傳輸提供可靠的環境。物理層的媒體包括架空明線、平衡電纜、光纖、無線信道等。通信用的互連設備指DTE(Data Terminal Equipment)和DCE(Data Communications Equipment)間的互連設備。DTE即數據終端設備,又稱物理設備,如計算機、終端等都包括在內。而DCE則是數據通信設備或電路連接設備,如調制解調器等。數據傳輸通常是經過DTE-DCE,再經過DCE-DTE的路徑。互連設備指將DTE、DCE連接起來的裝置,如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細同軸電纜、T型接頭、插頭、接收器、發送器、中繼器等都屬物理層的媒體和連接器。
物理層的主要功能是:①爲數據端設備提供傳送數據的通路,數據通路可以是一個物理媒體,也可以是多個物理媒體連接而成。一次完整的數據傳輸,包括激活物理連接、傳送數據和終止物理連接。所謂激活,就是不管有多少物理媒體參與,都要在通信的兩個數據終端設備間連接起來,形成一條通路。②傳輸數據。物理層要形成適合數據傳輸需要的實體,爲數據傳送服務。一是要保證數據能在其上正確通過,二是要提供足夠的帶寬(帶寬是指每秒鐘內能通過的比特(Bit)數),以減少信道上的擁塞。傳輸數據的方式能滿足點到點,一點到多點,串行或並行,半雙工或全雙工,同步或異步傳輸的需要。③完成物理層的一些管理工作。
     
       規定通信設備的機械的、電氣的、功能的和過程的特性,用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。具體地講,機械特性規定了網絡連接時所需接插件的規格尺寸、引腳數量和排列情況等;電氣特性規定了在物理連接上傳輸bit流時線路上信號電平的大小、阻抗匹配傳輸速率距離限制等;功能特性是指對各個信號先分配確切的信號含義,即定義了DTE和DCE之間各個線路的功能;規程特性定義了利用信號線進行bit流傳輸的一組操作規程,是指在物理連接的建立、維護、交換信息是,DTE和DCE雙放在各電路上的動作系列。
在這一層,數據的單位稱爲比特(bit)。
屬於
物理層定義的典型規範代表包括:EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35RJ-45等。

 

第二層:數據鏈路層

    

        數據鏈路可以粗略地理解爲數據通道。物理層要爲終端設備間的數據通信提供傳輸介質及其連接。介質是長期的,連接是有生存期的。在連接生存期內,收發兩端可以進行不等的一次或多次數據通信。每次通信都要經過建立通信聯絡和拆除通信聯絡兩個過程。這種建立起來的數據收發關係就叫做數據鏈路。而在物理媒體上傳輸的數據難免受到各種不可靠因素的影響而產生差錯,爲了彌補物理層上的不足,爲上層提供無差錯的數據傳輸,就要能對數據進行檢錯和糾錯。數據鏈路的建立,拆除,對數據的檢錯,糾錯是數據鏈路層的基本任務。
鏈路層是爲網絡層提供數據傳送服務的,這種服務要依靠本層具備的功能來實現。鏈路層應具備如下功能:
鏈路連接的建立、拆除和分離;
幀定界幀同步鏈路層的數據傳輸單元是幀,協議不同,幀的長短和界面也有差別,但無論如何必須對幀進行定界;
順序控制,指對幀的收發順序的控制;
差錯檢測和恢復。還有鏈路標識,流量控制等等。差錯檢測多用方陣碼校驗和循環碼校驗來檢測信道上數據的誤碼,而幀丟失等用序號檢測。各種錯誤的恢復則常靠反饋重發技術來完成。
獨立的鏈路產品中最常見的當屬網卡,網橋也是鏈路產品。數據鏈路層將本質上不可靠的傳輸媒體變成可靠的傳輸通路提供給網絡層。在IEEE802.3情況下,數據鏈路層分成了兩個子層,一個是邏輯鏈路控制,另一個是媒體訪問控制.

 

          數據鏈路可以粗略地理解爲數據通道。物理層要爲終端設備間的數據通信提供傳輸介質及其連接。介質是長期的,連接是有生存期的。在連接生存期內,收發兩端可以進行不等的一次或多次數據通信。每次通信都要經過建立通信聯絡和拆除通信聯絡兩個過程。這種建立起來的數據收發關係就叫做數據鏈路。而在物理媒體上傳輸的數據難免受到各種不可靠因素的影響而產生差錯,爲了彌補物理層上的不足,爲上層提供無差錯的數據傳輸,就要能對數據進行檢錯和糾錯。數據鏈路的建立,拆除,對數據的檢錯,糾錯是數據鏈路層的基本任務。

鏈路層是爲網絡層提供數據傳送服務的,這種服務要依靠本層具備的功能來實現。鏈路層應具備如下功能:
鏈路連接的建立、拆除和分離;
幀定界幀同步鏈路層的數據傳輸單元是幀,協議不同,幀的長短和界面也有差別,但無論如何必須對幀進行定界;
順序控制,指對幀的收發順序的控制;
差錯檢測和恢復。還有鏈路標識,流量控制等等。差錯檢測多用方陣碼校驗和循環碼校驗來檢測信道上數據的誤碼,而幀丟失等用序號檢測。各種錯誤的恢復則常靠反饋重發技術來完成。
獨立的鏈路產品中最常見的當屬網卡,網橋也是鏈路產品。數據鏈路層將本質上不可靠的傳輸媒體變成可靠的傳輸通路提供給網絡層。在IEEE802.3情況下,數據鏈路層分成了兩個子層,一個是邏輯鏈路控制,另一個是媒體訪問控制.
 
 
第三層:網絡層
 
       
        網絡層的產生也是網絡發展的結果。在聯機系統和線路交換的環境中,網絡層的功能沒有太大意義。當數據終端增多時。它們之間有中繼設備相連,此時會出現一臺終端要求不只是與惟一的一臺而是能和多臺終端通信的情況,這就產生了把任意兩臺數據終端設備的數據鏈接起來的問題,也就是路由或者叫尋徑。另外,當一條物理信道建立之後,被一對用戶使用,往往有許多空閒時間被浪費掉。人們自然會希望讓多對用戶共用一條鏈路,爲解決這一問題就出現了邏輯信道技術和虛擬電路技術。
網絡層爲建立網絡連接和爲上層提供服務,應具備以下主要功能:
1.路由選擇和中繼;2.激活,終止網絡連接;3.在一條數據鏈路上覆用多條網絡連接,多采取分時複用技術;4.檢測與恢復;5.排序,流量控制;6.服務選擇;7.網絡管理
      在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路,也可能還要經過很多通信子網網絡層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點, 確保數據及時傳送。網絡層數據鏈路層提供的幀組成數據包,包中封裝有網絡層包頭,其中含有邏輯地址信息- -源站點和目的站點地址的網絡地址。 

       如果你在談論一個IP地址,那麼你是在處理第3層的問題,這是“數據包”問題,而不是第2層的“幀”。IP是第3層問題的一部分,此外還有一些
路由協議地址解析協議(ARP)。有關路由的一切事情都在第3層處理。地址解析和路由是3層的重要目的。網絡層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。
在這一層,數據的單位稱爲數據包(packet)。
網絡層協議的代表包括:IP、IPX、RIP、OSPF等。
 

第四層:傳輸層
 
      
       傳輸層是兩臺計算機經過網絡進行數據通信時,第一個端到端的層次,具有緩衝作用。當網絡層服務質量不能滿足要求時,它將服務加以提高,以滿足高層的要求;當網絡層服務質量較好時,它只用很少的工作。傳輸層還可進行復用,即在一個網絡連接上創建多個邏輯連接。傳輸層也稱爲運輸層。傳輸層只存在於端開放系統中,是介於低3層通信子網系統和高3層之間的一層,但是很重要的一層。因爲它是源端到目的端對數據傳送進行控制從低到高的最後一層。
        有一個既存事實,即世界上各種通信子網在性能上存在着很大差異。例如電話交換網,分組交換網,公用數據交換網,局域網等通信子網都可互連,但它們提供的吞吐量傳輸速率,數據延遲通信費用各不相同。對於會話層來說,卻要求有一性能恆定的界面。傳輸層就承擔了這一功能。它採用分流/合流,複用/介複用技術來調節上述通信子網的差異,使會話層感受不到。
        此外傳輸層還要具備差錯恢復,流量控制等功能,以此對會話層屏蔽通信子網在這些方面的細節與差異。傳輸層面對的數據對象已不是網絡地址主機地址,而是會話層的界面端口。上述功能的最終目的是爲會話提供可靠的,無誤的數據傳輸。傳輸層的服務一般要經歷傳輸連接建立、數據傳送、傳輸連接釋放3個階段纔算完成一個完整的服務過程。而在數據傳送階段又分爲一般數據傳送和加速數據傳送兩種。
       第4層的數據單元也稱作數據包(packets)。但是,當你談論TCP等具體的協議時又有特殊的叫法,TCP的數據單元稱爲段(segments)而UDP協議數據單元稱爲“數據報(datagrams)”。這個層負責獲取全部信息,因此,它必須跟蹤數據單元碎片、亂序到達的數據包和其它在傳輸過程中可能發生的危險。第4層爲上層提供端到端(最終用戶到最終用戶)的透明的、可靠的數據傳輸服務。所爲透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節。
傳輸層協議的代表包括:TCP、UDP、SPX等。
 
 
第五層:會話層
 
     
        會話層提供的服務是應用建立和維持會話,並能使會話獲得同步。會話層使用校驗點可使通信會話在通信失效時從校驗點繼續恢復通信。這種能力對於傳送大的文件極爲重要。會話層,表示層應用層構成開放系統的高3層,面向應用進程提供分佈處理、對話管理、信息表示、檢查和恢復與語義上下文有關的傳送差錯等。爲給兩個對等會話服務用戶建立一個會話連接,應該做如下幾項工作:
1.將會話地址映射爲運輸地址;2.數據傳輸階段;3.連接釋放。
      在會話層及以上的高層次中,數據傳送的單位不再另外命名,統稱爲報文會話層不參與具體的傳輸,它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如服務器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。
 
 
第六層:表示層
 
      
      表示層的作用之一是爲異種機通信提供一種公共語言,以便能進行互操作。這種類型的服務之所以需要,是因爲不同的計算機體系結構使用的數據表示法不同。例如,IBM主機使用EBCDIC編碼,而大部分PC機使用的是ASCII碼。在這種情況下,便需要會話層來完成這種轉換。通過前面的介紹,我們可以看出,會話層以下5層完成了端到端的數據傳送,並且是可靠的、無差錯的傳送。但是數據傳送只是手段而不是目的,最終是要實現對數據的使用。由於各種系統對數據的定義並不完全相同,最易明白的例子是鍵盤——其上的某些鍵的含義在許多系統中都有差異。這自然給利用其它系統的數據造成了障礙。表示層和應用層就擔負了消除這種障礙的任務。
      這一層主要解決用戶信息的語法表示問題。它將欲交換的數據從適合於某一用戶的抽象語法,轉換爲適合於OSI系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮,加密和解密等工作都由表示層負責。
 
 
第七層:應用層
  
      應用層嚮應用程序提供服務,這些服務按其嚮應用程序提供的特性分成組,並稱爲服務元素。有些可爲多種應用程序共同使用,有些則爲較少的一類應用程序使用。應用層是開放系統的最高層,是直接爲應用進程提供服務的。其作用是在實現多個系統應用進程相互通信的同時,完成一系列業務處理所需的服務。
      應用層操作系統網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。
應用層協議的代表包括:Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。

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