笔记-计算机网络基础-开放系统互连参考模型OSI

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国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参考模型( Open System Interconnect，OSI)，其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架，并为保持相关标准的一致性和兼容性提供共同的参考。

OSI简介：OSI采用了分层的结构化技术，共分七层，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

物理层（Physical Layer）
数据链路层（Data Link Layer）
网络层（Network Layer）
传输层（Transport Layer）
会话层（Session Layer）
表示层（Presentation Layer）
应用层（Application Layer）

OSI的特性

  • 是一种异构系统互连的分层结构；
  • 提供了控制互连系统交互规则的标准骨架；
  • 定义一种抽象结构，而并非具体实现的描述；
  • 不同系统中相同层的实体为同等层实体；
  • 同等层实体之间通信由该层的协议管理；
  • 相信层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；
  • 所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务；
  • 直接的数据传送仅在最低层实现；
  • 每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。

开放系统环境中的人机界面、系统管理工具、通信服务和安全性等方面都是按公开标准实现的，这种环境显然有利于实现应用软件的可移植性、可裁剪性和互操作性。
按开放的标准规范实现的系统，与系统的可靠性、完整性关系不大，为确保可靠性与完整性，需要采用其他的措施。

OSI的七层分层

OSI采用了分层的结构化技术，从下到上共分七层：

(1)物理层

该层包括物理连网媒介，如电缆连线连接器。该层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。具体标准有RS232、V.35、RJ-45、FDDI。

规定了网络设备之间物理连接的标准，在网络设备之间透明地传输比特流。

提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性；有关的物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。

物理层并不是物理媒体本身，它只是开放系统中利用物理媒体实现物理连接的功能描述和执行连接的规程。物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和过程的条件。简而言之，物理层提供有关同步和全双工比特流在物理媒体上的传输手段，其典型的协议有RS232C、RS449/422/423、V.24和X.21、X.21bis等。

物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE（Data Terminal Equipment）和DCE（Data Communications Equipment）间的互连设备。DTE即数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE-DCE，再经过DCE-DTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置，如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接头、插头、接收器、发送器、中继器等都属物理层的媒体和连接器。

物理层的主要功能

  • ① 为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连接、传送数据和终止物理连接。所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成一条通路。
  • ② 传输数据。物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(Bit)数)，以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串行或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。
  • ③ 完成物理层的一些管理工作。

(2)数据链路层

它控制网络层与物理层之间的通信。它的主要功能是将从网络层接收到的数据分割成特定的可被物理层传输的帧。常见的协议有IEEE 802.3/.2、HDLC、PPP、ATM。

链路层的主要设备是网桥、交换机、网卡。

数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输介质及其连接。介质是长期的，连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两个过程。这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立，拆除，对数据的检错，纠错是数据链路层的基本任务。

数据链路层的主要功能
链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现。链路层应具备如下功能：

  1. 链路连接的建立、拆除和分离；
  2. 帧定界和帧同步。链路层的数据传输单元是帧，协议不同，帧的长短和界面也有差别，但无论如何必须对帧进行定界；
  3. 顺序控制，指对帧的收发顺序的控制；
  4. 差错检测和恢复。
  5. 还有链路标识，流量控制等等。

(3)网络层

控制分组传送系统的操作、路由选择、拥护控制、网络互连等功能，它的作用是将具体的物理传送对高层透明。

其主要功能是将网络地址（例如，IP地址）翻译成对应的物理地址（例如，网卡地址），并决定如何将数据从发送方路由到接收方。在TCP/IP协议中，网络层具体协议有IP、ICMP、IGMP、IPX、ARP等。

在通信子网中进行路由选择和通信控制。

网络层的主要设备是三层交换机、路由器。

网络层的主要功能
网络层为建立网络连接和为上层提供服务，应具备以下主要功能：

  1. 路由选择和中继；
  2. 激活，终止网络连接；
  3. 在一条数据链路上复用多条网络连接，多采取分时复用技术；
  4. 检测与恢复；
  5. 排序，流量控制；
  6. 服务选择；
  7. 网络管理；
  8. 网络层有一定的拥塞控制和流量控制的能力。

路由器（Router）
路由器（Router），是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。 路由器是互联网络的枢纽，”交通警察”。路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在OSI参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层.路由器（Router）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能

(4)传输层

主要负责确保数据可靠、顺序、无错地从A点传输到B点。如提供建立、维护相拆除传送连接的功能；选择网络层提供最合适的服务；在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制。在TCP/IP协议中，具体协议有TCP、UDP、SPX。

提供两个端系统之间的可靠通信。

(5)会话层

负责在网络中的两节点之间建立和维持通信，以及提供交互会话的管理功能，如三种数据流方向的控制，即一路交互、两路交替和两路同时会话模式。常见的协议有RPC、SQL、NFS。

建立和控制两个应用实体之间的会话过程，会话层的功能包括：

  • 建立通信链接；
  • 保持会话过程通信链接的畅通；
  • 同步两个节点之间的对话；
  • 决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。

(6)表示层

如同应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。表示层管理数据的解密加密、数据转换、格式化和文本压缩。常见的协议有JPEG、ASCII、GIF.DES、MPEG。

数据表示形式的控制层，其主要功能是把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式，提供字符代码、数据格式、控制信息格式、加密等的统一表示。表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。

在OSI参考模型中表示层的规范包括：
1）数据编码方式的约定；
2）本地句法的转换。各种表示数据的格式的协议也属于表示层，例如MPEG、JPEG等。

(7)应用层

负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务，如事务处理程序、文件传送协议和网络管理等。在TCP/IP协议中，常见的协议有HTTP、Telnet、FTP、SMTP。

提供两个网络用户之间的分布式应用环境（普通用户）和应用开发环境（高级用户，即网络程序员）。

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