OSI七层参考模型的概念和作用.docx
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OSI七层参考模型的概念和作用
OSI七层参考模型的概念和作用
OSI七层参考模型的概念和作用2011年06月23日星期四下午05：
24第一层：
物理层
这一层负责在计算机之间传递数据位，它为在物理媒体上传输的位流建立规则，这一层定义电缆如何连接到网卡上，以及需要用何种传送技术在电缆上发送数据；同时还定义了位同步及检查。
这一层表示了用户的软件与硬件之间的实际连接。
它实际上与任何协议都不相干，但它定义了数据链路层所使用的访问方法。
物理层是OSI参考模型的最低层，向下直接与物理传输介质相连接。
物理层协议是各种网络设备进行互连时必须遵守的低层协议。
设立物理层的目的是实现两个网络物理设备之间的二进制比特流的透明传输，对数据链路层屏蔽物理传输介质的特性，以便对高层协议有最大的透明性。
ISO对OSI参考模型中的物理层做了如下定义：
物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。
物理连接可以通过中继系统，允许进行全双工或半双工的二进制比特流的传输。
物理层的数据服务单元是比特，它可以通过同步或异步的方式进行传输。
从以上定义中可以看出，物理层主要特点是：
1.物理层主要负责在物理连接上传输二进制比特流；
2.物理层提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、功能与规程的特性。
"第二层：
数据链路层
这是OSI模型中极其重要的一层，它把从物理层来的原始数据打包成帧。
一个帧是放置数据的、逻辑的、结构化的包。
数据链路层负责帧在计算机之间的无差错传递。
数据链路层还支持工作站的网络接口卡所用的软件驱动程序。
桥接器的功能在这一层。
数据链路层是OSI参考模型的第二层，它介于物理层与网络层之间。
设立数据链路层的主要目的是将一条原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路。
为了实现这个目的，数据链路层必须执行链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能。
在OSI参考模型中，数据链路层向网络层提供以下基本的服务：
1.数据链路建立、维护与释放的链路管理工作；
2.数据链路层服务数据单元帧的传输；
3.差错检测与控制；
4.数据流量控制；
5.在多点连接或多条数据链路连接的情况下,提供数据链路端口标识的识别，支持网络层实体建立网络连接；
"第三层：
网络层
这一层定义网络操作系统通信用的协议，为信息确定地址，把逻辑地址和名字翻译成物理的地址。
它也确定从源机沿着网络到目标机的路由选择，并处理交通问题，例如交换、路由和对数据包阻塞的控制。
路由器的功能在这一层。
路由器可以将子网连接在一起，它依赖于网络层将子网之间的流量进行路由。
数据链路层协议是相邻两直接连接结点间的通信协议，它不能解决数据经过通信子网中多个转接结点的通信问题。
设置网络层的主要目的就是要为报文分组以最佳路径通过通信子网到达目的主机提供服务，而网络用户不必关心网络的拓扑构型与所使用的通信介质。
网络层也许是OSI参考模型中最复杂的一层，部分原因在于现有的各种通信子网事实上并不遵循OSI网络层服务定义。
同时，网络互连问题也为网络层协议的制定增加了很大的难度。
OSI参考模型规定网络层的主要功能有以下三点：
在点-点连接的通信子网中，信息从源结点出发，要经过若干个中继结点的存储转发后，才能到达目的结点。
通信子网中的路径是指从源结点到目的结点之间的一条通路，它可以表示为从源结点到目的结点之间的相邻结点及其链路的有序集合。
一般在两个结点之间都会有多条路径选择。
路径选择是指在通信子网中，源结点和中间结点为将报文分组传送到目的结点而对其后继结点的选择，这是网络层所要完成的主要功能之一。
网络中多个层次都存在流量控制问题，网络层的流量控制则对进入分组交换网的通信量加以一定的控制，以防因通信量过大造成通信子网性能下降。
在面向连接服务中，网络连接是传输实体之间传送数据的逻辑的、贯穿通信子网的端---端通信通道。
从OSI参考模型的角度看，网络层所提供的服务可分为两类：
面向连接的网络服务（CONS，ConnectionOrientedNetworkService）和无连接网络服务（CLNS，ConnectionNetworkService）。
面向连接的网络服务又称为虚电路（VirtualCircuit）服务，它具有网络连接建立、数据传输和网络连接释放三个阶段，是可靠的报文分组按顺序传输的方式，适用于定对象、长报文、会话型传输要求。
无连接网络服务的两实体之间的通信不需要事先建立好一个连接。
无连接网络服务有三种类型：
数据报（datagram）、确认交付（confirmeddelivery）与请求回答（requestreply）。
数据报服务不要求接收端应答。
这种方法尽管额外开销较小，但可靠性无法保证。
确认回答服务要求接收端用户每收到一个报文均给发送端用户发送回一个应答报文。
确认交付类似于挂号的电子邮件，而请求回答类似于一次事务处理中用户的"一问一答"。
从网络互连角度讲，面向连接的网络服务应满足以下要求：
1.网络互连操作的细节与子网功能对网络服务用户应是透明的；
2.网络服务应允许两个通信的网络用户能在连接建立时就其服务质量和其它选项进行协商；
3.网络服务用户应使用统一的网络编址方案。
"第四层，传输层
这一层负责错误的确认和恢复，以确保信息的可靠传递。
在必要时，它也对信息重新打包，把过长信息分成小包发送；而在接收端，把这些小包重构成初始的信息。
在这一层中最常用的协议就是TCP/IP&127；的传输控制协议TCP、Novell的顺序包交换SPX以及MicrosoftNetBIOS/NetBEUI。
传输层是OSI参考模型的七层中比较特殊的一层，同时也是整个网络体系结构中十分关键的一层。
设置传输层的主要目的是在源主机进程之间提供可靠的端-端通信。
在OSI参考模型中，人们经常将七层分为高层和低层。
如果从面向通信和面向信息处理角度进行分类，传输层一般划在低层；如果从用户功能与网络功能角度进行分类，传输层又被划在高层。
这种差异正好反映出传输层在OSI参考模型中的特殊地位和作用。
传输层只存在于通信子网之外的主机中。
如果HOSTA与HOSTB通过通信子网进行通信，物理层可以通过物理传输介质完成比特流的发送和接收；数据链路层可以将有差错的原始传输变成无差错的数据链路；网络层可以使用报文组以合适的路径通过通信子网。
网络通信的实质是实现互连的主机进程之间的通信。
设立传输层的目的是在使用通信子网提供服务的基础上，使用传输层协议和增加的功能，使得通信子网对于端--端用户是透明的。
高层用户不需要知道它们的物理层采用何种物理线路。
对高层用户来说，两个传输层实体之间存在着一条端--端可靠的通信连接。
传输层向高层用户屏蔽了通信子网的细节。
对于传输层来说，高层用户对传输服务质量要求是确定的，传输层协议内容取决于网络层所提供的服务。
网络层提供面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务。
如果网络层提供虚电路服务，它可以保证报文分组无差错、不丢失、不重复和顺序传输。
在这种情况下，传输层协议相对要简单。
即使对虚电路服务，传输层也是必不可少的。
因为虚电路仍不能保证通信子网传输百分之百正确。
例如在X.25虚电路服务中，当网络发出中断分组和恢复请求分组时，主机无法获得通信子网中报文分组的状态，而虚电路两端的发送、接收报文分组的序号均置零。
因此，虚电路恢复的工作必须由高层（传输层）来完成。
如果网络层使用数据报方式，则传输层的协议将要变得复杂。
"第五层：
会话层
允许在不同机器上的两个应用建立、使用和结束会话，这一层在会话的两台机器间建立对话控制，管理哪边发送、何时发送、占用多长时间等。
会话层是建立在传输层之上，由于利用传输层提供的服务，使得两个会话实体之间不考虑它们之间相隔多远、使用了什么样的通信子网等网络通信细节，进行透明的、可靠的数据传输。
当两个应用进程进行相互通信时，希望有个做为第三者的进程能组织它们的通话，协调它们之间的数据流，以便使应用进程专注于信息交互。
设立会话层就是为了达到这个目的。
从OSI参考模型看，会话层之上各层是面向应用的，会话层之下各层是面向网络通信的。
会话层在两者之间起到连接的作用。
会话层的主要功能是向会话的应用进程之间提供会话组织和同步服务，对数据的传送提供控制和管理，以达到协调会话过程、为表示层实体提供更好的服务。
会话层与传输层有明显的区别。
传输层协议负责建立和维护端--端之间的逻辑连接。
传输服务比较简单，目的是提供一个可靠的传输服务。
但是由于传输层所使用的通信子网类型很多，并且网络通信质量差异很大，这就造成传输协议的复杂性。
而会话层在发出一个会话协议数据单元时，传输层可以保证将它正确地传送到对等的会话实体，从这点看会话协议得到了简化。
但是为了达到为各种进程服务的目的，会话层定义的为数据交换用的各种服务是非常丰富和复杂的。
会话层定义了多种服务可选择，它将相关的服务组成了功能单元。
目前定义了12个功能单元，每个功能单元提供一种可选择的工作类型，在会话建立时可以就这些功能单位进行协商。
最重要的功能单元提供会话连接、正常数据传送、有序释放、用户放弃与提供者放弃等5种服务。
"第六层：
表示层
它包含了处理网络应用程序数据格式的协议。
表示层位于应用层的下面和会话层的上面，它从应用层获得数据并把它们格式化以供网络通信使用。
该层将应用程序数据排序成一个有含义的格式并提供给会话层。
这一层也通过提供诸如数据加密的服务来负责安全问题，并压缩数据以使得网络上需要传送的数据尽可能少。
许多常见的协议都将这一层集成到了应用层中，例如，NetWare的IPX/SPX就为这两个层次使用一个NetWare核心协议，TCP/IP也为这两个层次使用一个网络文件系统协议。
表示层位于OSI参考模型的第六层。
它的低五层用于将数据从源主机传送到目的主机，而表示层则要保证所传输的数据经传送后其意义不改变。
表示层要解决的问题是：
如何描述数据结构并使之与机器无关。
在计算机网络中，互相通信的应用进程需要传输的是信息的语义，它对通信过程中信息的传送语法并不关心。
表示层的主要功能是通过一些编码规则定义在通信中传送这些信息所需要的传送语法。
从OSI开展工作以来，表示层取得了一定的进展，ISO/IEC8882与8883分别对面向连接的表示层服务和表示层协议规范进行了定义。
表示层提供两类服务：
相互通信的应用进程间交换信息的表示方法与表示连接服务。
表示服务的三个重要概念是：
语法转换、表示上下文与表示服务原语。
我们将主要讨论语法转换与表示上下文这两个概念。
1.语法转换：
人们在利用计算机进行信息处理时要将客观世界中的对象表示成计算机中的数据，为此引入数据类型的概念。
任何数据都具有两个重要特性，即值（value）与类型（type）。
程序设计人员可利用某一类型上所定义的操作对该类型中的数据对象进行操作。
例如，对于整数类型的数据可以进行加、减、乘、除操作，对于集合类型的数据可以进行与、或、非等操作。
但是从较低层次看，任何类型的数据最终都将被表示成计算机的比特序列。
一个比特序列本身并不能说明它自己所能表示的是哪种类型的数据。
对比特序列的解释会因计算机体系结构、程序设计语言，甚至于程序的不同而有所不同。
这种不同归结为它们所使用的"语法"的不同。
在计算机网络中，相互通信的计算机常常是不同类型的计算机。
不同类型的计算机所采用?
语法"是不同的。
对某一种具体计算机所采用的语法称之为"局部语法"（localsyntax）。
局部语法的差异决定了同一数据对象在不同计算机中被表示为不同的比特序列。
为保证同一数据对象在不同计算机中语义的正确性，必须对比特序列格式进行变换，把符合发送方局部语法的比特序列转换成符合接收方局部语法的比特序列，这一工作称之为语法变换。
OSI设置表示层就是要提供这方面的标准。
表示层采用两次语法变换的方法，即由发、收双方表示层实体协作完成语法变换，为此它定义了一种标准语法，即传送语法（transfersyntax）。
发送方将符合自己局部语法的比特序列转换成符合传送语法的比特序列；接收方再将符合传送语法的比特序列转换成符合自己局部语法的比特序列。
2.表示上下文：
两台计算机在通信开始之前要先协商这次通信中需要传送哪种类型的数据，通过这一协商过程，可以使通信双方的表示层实体准备好进行语法变换所需要的编码与解码子程序。
由协商过程所确定的那些数据类型的集合称之为"表示上下文"（presentationcontext）。
表示上下文用于描述抽象语法与传送语法之间的映像关系。
同时，对同样的数据结构，在不同的时间，可以使用不同的传送语法，如使用加密算法、数据压缩算法等。
因此在一个表示连接上可以有多个表示上下文，但是只能有一个表示上下文处于活动状态。
应用层实体可以选择哪种表示上下文处于活动状态，表示层应负责使接收端知道因应用层工作环境变化而引起的表示上下文的改变。
在任何时刻可以通过传送语法的协商定义多个表示上下文，这些表示上下文构成了定义的上下文集DCS（DefinedContextSet）。
"第七层：
应用层
这一层是最终用户应用程序访问网络服务的地方。
它负责整个网络应用程序一起很好地工作。
这里也正是最有含义的信息传过的地方。
程序如电子邮件、数据库等都利用应用层传送信息。
应用层是OSI参考模型的最高层，它为用户的应用进程访问OSI环境提供服务。
OSI关心的主要是进程之间的通信行为，因而对应用进程所进行的抽象只保留了应用进程与应用进程间交互行为的有关部分。
这种现象实际上是对应用进程某种程度上的简化。
经过抽象后的应用进程就是应用实体AE（ApplicationEntity）。
对等到应用实体间的通信使用应用协议。
应用协议的复杂性差别很大，有的涉及两个实体，有的涉及多个实体，而有的应用协议则涉及两个或多个系统。
与其它六层不同，所有的应用协议都使用了一个或多个信息模型（informationmodel）来描述信息结构的组织。
低层协议实际上没有信息模型。
因为低层没涉及表示数据结构的数据流。
应用层要提供许多低层不支持的功能，这就使得应用层变成OSI参考模型中最复杂的层次之一。
ISO/IEC9545用应用层结构ALS（ApplicationLayerStructure）和面向对象的方法来研究应用实体的通信能力。
在OSI应用层体系统结构概念的支持下，目前已有OSI标准的应用层协议有：
1.文件传送、访问与管理FTAM（FileTransfer、AccessandManagement）协议；
2.公共管理信息协议CMIP（CommonManagementInformationProtocol）；
3.虚拟终端协议VTP（VirtualTerminalProtocol）；
4.事务处理TP（TransactionProcessing）协议；
5.远程数据库访问RDA（RemoteDatabaseAccess）协议；
6.制造业报文规范MMS（ManufacturingMessageSpecification）协议；
7.目录服务DS（DirectoryService）协议；
8.报文处理系统MHS（MessageHandlingSystem）协议。
当两台计算机通过网络通信时，一台上的任何一层的软件都假定是在和另一机器上的同一层进行通信。
例如，一台机器上的传输层和另一台的传输层通信。
第一台机器上的传输层并不关心实际上是如何通过该机器的较低层，然后通过物理媒体，最后通过第二台机器的较低层来实现通信的。
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