《計算機網絡》ISO/OSI參考模型分層協議


 OSI ( Open System Interconnect ),即開放式系統互聯。 一般都叫 OSI 參考模型,是 ISO (國際標准化組織)組織在 1985 年研究的網絡互聯模型。該體系結構標准定義了網絡互連的七層框架(物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層),即 ISO 開放系統互連參考模型。在這一框架下進一步詳細規定了每一層的功能,以實現開放系統環境中的互連性、互操作性和應用的可移植性。

ISO 為了更好的使網絡應用更為普及,就推出了 OSI 參考模型。其含義就是推薦所有公司使用這個規范來控制網絡。這樣所有公司都有相同的規范,就能互聯了。提供各種網絡服務功能的計算機網絡系統是非常復雜的。根據分而治之的原則, ISO 將整個通信功能划分為七個層次,划分原則是:

    ( 1 )網路中各節點都有相同的層次;

    ( 2 )不同節點的同等層具有相同的功能;

    ( 3 )同一節點內相鄰層之間通過接口通信;

    ( 4 )每一層使用下層提供的服務,並向其上層提供服務;

    ( 5 )不同節點的同等層按照協議實現對等層之間的通信。

 

    分層的好處是利用層次結構可以把開放系統的信息交換問題分解到一系列容易控制的軟硬件模塊-層中,而各層可以根據需要獨立進行修改或擴充功能,同時,有利於個不同制造廠家的設備互連,也有利於大家學習、理解數據通訊網絡。

               OSI 參考模型中不同層完成不同的功能,各層相互配合通過標准的接口進行通信。

第 層應用層: OSI 中的最高層。 為特定類型的網絡應用提供了訪問 OSI 環境的手段。應用層確定進程之間通信的性質,以滿足用戶的需要。應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換和遠程操作,而且還要作為應用進程的用戶代理,來完成一些為進行信息交換所必需的功能。它包括:文件傳送訪問和管理 FTAM 、虛擬終端 VT 、事務處理 TP 、遠程數據庫訪問 RDA 、制造報文規范 MMS 、目錄服務DS 等協議;應用層能與應用程序界面溝通,以達到展示給用戶的目的。 在此常見的協議有 :HTTP , HTTPS , FTP , TELNET ,SSH , SMTP , POP3 等。

第 層表示層:主要用於處理兩個通信系統中交換信息的表示方式。 為上層用戶解決用戶信息的語法問題。它包括數據格式交換、數據加密與解密、數據壓縮與終端類型的轉換。

第 層會話層:在兩個節點之間建立端連接。 為端系統的應用程序之間提供了對話控制機制。此服務包括建立連接是以全雙工還是以半雙工的方式進行設置,盡管可以在層 4 中處理雙工方式 ;會話層管理登入和注銷過程。它具體管理兩個用戶和進程之間的對話。如果在某一時刻只允許一個用戶執行一項特定的操作,會話層協議就會管理這些操作,如阻止兩個用戶同時更新數據庫中的同一組數據。

第 層傳輸層:—常規數據遞送-面向連接或無連接。 為會話層用戶提供一個端到端的可靠、透明和優化的數據傳輸服務機制。包括全雙工或半雙工、流控制和錯誤恢復服務;傳輸層把消息分成若干個分組,並在接收端對它們進行重組。不同的分組可以通過不同的連接傳送到主機。這樣既能獲得較高的帶寬,又不影響會話層。在建立連接時傳輸層可以請求服務質量,該服務質量指定可接受的誤碼率、延遲量、安全性等參數,還可以實現基於端到端的流量控制功能。

第 層網絡層:本層通過尋址來建立兩個節點之間的連接,為源端的運輸層送來的分組,選擇合適的路由和交換節點,正確無誤地按照地址傳送給目的端的運輸層。 它包括通過互連網絡來路由和中繼數據 ;除了選擇路由之外,網絡層還負責建立和維護連接,控制網絡上的擁塞以及在必要的時候生成計費信息。常用設備有交換機;

第 層數據鏈路層:在此層將數據分幀,並處理流控制。 屏蔽物理層,為網絡層提供一個數據鏈路的連接,在一條有可能出差錯的物理連接上,進行幾乎無差錯的數據傳輸(差錯控制)。本層指定拓撲結構並提供硬件尋址。常用設備有網卡、網橋、交換機;

第 層物理層:處於 OSI 參考模型的最底層。 物理層的主要功能是利用物理傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接,以便透明的傳送比特流。常用設備有(各種物理設備)集線器、中繼器、調制解調器、網線、雙絞線、同軸電纜。

數據發送時,從第七層傳到第一層,接收數據則相反。

上三層總稱應用層,用來控制軟件方面。下四層總稱數據流層,用來管理硬件。除了物理層之外其他層都是用軟件實現的。

數據在發至數據流層的時候將被拆分。

在傳輸層的數據叫段,網絡層叫包,數據鏈路層叫幀,物理層叫比特流,這樣的叫法叫 PDU (協議數據單元)
各層功能詳述

(1) 物理層 (Physical Layer)

物理層是 OSI 參考模型的最低層,它利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接。它主要關心的是通過物理鏈路從一個節點向另一個節點傳送比特流,物理鏈路可能是銅線、衛星、微波或其他的通訊媒介。它關心的問題有:多少伏電壓代表 1 ?多少伏電壓代表 0 ?時鍾速率是多少?采用全雙工還是半雙工傳輸?總的來說物理層關心的是鏈路的機械、電氣、功能和規程特性。

(2) 數據鏈路層 (Data Link Layer)

數據鏈路層是為網絡層提供服務的,解決兩個相鄰結點之間的通信問題,傳送的協議數據單元稱為數據幀。

數據幀中包含物理地址(又稱 MAC 地址)、控制碼、數據及校驗碼等信息。該層的主要作用是通過校驗、確認和反饋重發等手段,將不可靠的物理鏈路轉換成對網絡層來說無差錯的數據鏈路。

此外,數據鏈路層還要協調收發雙方的數據傳輸速率,即進行流量控制,以防止接收方因來不及處理發送方來的高速數據而導致緩沖器溢出及線路阻塞。

(3) 網絡層 (Network Layer)

網絡層是為傳輸層提供服務的,傳送的協議數據單元稱為數據包或分組。該層的主要作用是解決如何使數據包通過各結點傳送的問題,即通過路徑選擇算法(路由)將數據包送到目的地。另外,為避免通信子網中出現過多的數據包而造成網絡阻塞,需要對流入的數據包數量進行控制(擁塞控制)。當數據包要跨越多個通信子網才能到達目的地時,還要解決網際互連的問題。

(4) 傳輸層 (Transport Layer)

傳輸層的作用是為上層協議提供端到端的可靠和透明的數據傳輸服務,包括處理差錯控制和流量控制等問題。該層向高層屏蔽了下層數據通信的細節,使高層用戶看到的只是在兩個傳輸實體間的一條主機到主機的、可由用戶控制和設定的、可靠的數據通路。

傳輸層傳送的協議數據單元稱為段或報文。

(5) 會話層 (Session Layer)

會話層主要功能是管理和協調不同主機上各種進程之間的通信(對話),即負責建立、管理和終止應用程序之間的會話。會話層得名的原因是它很類似於兩個實體間的會話概念。例如,一個交互的用戶會話以登錄到計算機開始,以注銷結束。

(6) 表示層 (Presentation Layer)

表示層處理流經結點的數據編碼的表示方式問題,以保證一個系統應用層發出的信息可被另一系統的應用層讀出。如果必要,該層可提供一種標准表示形式,用於將計算機內部的多種數據表示格式轉換成網絡通信中采用的標准表示形式。數據壓縮和加密也是表示層可提供的轉換功能之一。

(7) 應用層 (Application Layer)

應用層是 OSI 參考模型的最高層,是用戶與網絡的接口。該層通過應用程序來完成網絡用戶的應用需求,如文件傳輸、收發電子郵件等。
數據封裝過程:
每層封裝后的數據單元的叫法不同,在應用層、表示層、會話層的協議數據單元統稱為data(數據),在傳輸層協議數據單元稱為segment(數據段),在網絡層稱為packet(數據包),數據鏈路層協議數據單元稱為frame(數據幀),在物理層叫做bits(比特流)。
OSI的數據封裝 OSI的數據封裝
當數據到達接收端時,每一層讀取相應的控制信息根據控制信息中的內容向上層傳遞數據單元,在向上層傳遞之前去掉本層的控制頭部信息和尾部信息(如果有的話)。此過程叫做解封裝。
這個過程逐層執行直至將對端應用層產生的數據發送給本端的相應的應用進程。
以用戶瀏覽網站為例說明數據的封裝、解封裝過程。
數據封裝 數據封裝
當用戶輸入要瀏覽的網站信息后就由應用層產生相關的數據,通過表示層轉換成為計算機可識別的ASCII碼,再由會話層產生相應的主機進程傳給傳輸層。傳輸層將以上信息作為數據並加上相應的端口號信息以便目的主機辨別此報文,得知具體應由本機的哪個任務來處理;在網絡層加上IP地址使報文能確認應到達具體某個主機,再在數據鏈路層加上MAC地址,轉成bit流信息,從而在網絡上傳輸。報文在網絡上被各主機接收,通過檢查報文的目的MAC地址判斷是否是自己需要處理的報文,如果發現MAC地址與自己不一致,則丟棄該報文,一致就去掉MAC信息送給網絡層判斷其IP地址;然后根據報文的目的端口號確定是由本機的哪個進程來處理,這就是報文的解封裝過程。

7 應用層:老板

6 表示層:相當於公司中演示稿老板、替老板寫信的助理

工作比喻

5 會話層:相當於公司中收寄信、寫信封與拆信封的秘書

4 傳輸層:相當於公司中跑郵局的送信職員

3 網絡層:相當於郵局中的排序工人

2 數據鏈路層:相當於郵局中的裝拆箱工人

        1 物理層:相當於郵局中的搬運工人
OSI是一個定義良好的協議規范集,並有許多可選部分完成類似的任務。 
它定義了開放系統的層次結構、層次之間的相互關系以及各層所包括的可能的任務。是作為一個框架來協調和組織各層所提供的服務。 
OSI參考模型並沒有提供一個可以實現的方法,而是描述了一些概念,用來協調進程間通信標准的制定。 即OSI參考模型並不是一個標准,而是一個在制定標准時所使用的概念性框架。


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