開放系統互聯（OSI）模型

開放系統互聯（OSI）模型 
是由國際標准化組織（ISO）於1984年提出的一種標准參考模型，是一種關於由不同供應商提供的不同設備和應用軟件之間的網絡通信的概念性框架結構。它被公認為是計算機通信和 internet 網絡通信的一種基本結構模型。

OSI 七層參考模型中的ISO協議（ISO Protocols） 
當今使用的大多數網絡通信協議都是基於 OSI 模型結構。OSI 模型將通信處理過程定義為七層，並將網絡計算機間的移動信息任務划分為七個更小的、更易管理的任務組。各個任務或任務組被分配到 ISO 參考模型各層。各層相對獨立（self-contained），從而使得分配到各層的任務能夠獨立實現。這樣當其中一層提供的某解決方案更新時，它不會影響其它層。每一層使用下層提供的服務，並向上層提供服務。

 

物理層（physical layer）

• 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
• OSI采納了各種現成的協議，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理層協議
• 主要功能是完成相鄰結點之間原始比特流傳輸
• 物理層規定:為傳輸數據所需要的物理鏈路創建、維持、拆除，而提供具有機械的，電子的，功能的和規范的特性。簡單的說，物理層確保原始的數據可在各種物理媒體上傳輸。
• 物理層為設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備，為數據傳輸提供可靠的環境。
• 為數據端設備提供傳送數據通路、傳輸數據 
  

  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，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。 
  傳輸數據，物理層要形成適合數據傳輸需要的實體，為數據傳送服務。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（帶寬是指每秒鍾內能通過的比特（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.

• 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和DCE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、插頭，接收器，發送器，中繼器等都屬物理層的媒體和連接器。

 

數據鏈路層（data link layer）

• 是OSI參考模型中的第二層，介乎於物理層和網絡層之間
• 數據鏈路控制協議也稱鏈路通信規程，也就是OSI參考模型中的數據鏈路層協議。鏈路控制協議可分為異步協議和同步協議兩大類 
  

  主要協議有 
  *點對點協議（Point-to-Point Protocol) 
  *以太網（Ethernet); 
  *高級數據鏈路協議(High-Level Data Link Protocol); 
  *幀中繼（Frame Relay); 
  *異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode);

• 主要功能是如何在不可靠的物理線路上進行數據的可靠傳輸

• 定義了在單個鏈路上如何傳輸數據

   

  • 如何將數據組合成數據塊，在數據鏈路層中稱這種數據塊為幀，幀是數據鏈路層的傳送單位；如何控制幀在物理信道上的傳輸，包括如何處理傳輸差錯，如何調節發送速率以使與接收方相匹配；以及在兩個網絡實體之間提供數據鏈路通路的建立、維持和釋放的管理
  • 物理鏈路（物理線路）：是由傳輸介質與設備組成的。原始的物理傳輸線路是指沒有采用高層差錯控制的基本的物理傳輸介質與設備。
  • 數據鏈路（邏輯線路）：在一條物理線路之上，通過一些規程或協議來控制這些數據的傳輸，以保證被傳輸數據的正確性。

 

網絡層（network layer）

• 是OSI參考模型中的第三層，介於傳輸層和數據鏈路層之間，它在數據鏈路層提供的兩個相鄰端點之間的數據幀的傳送功能上，進一步管理網絡中的數據通信，將數據設法從源端經過若干個中間節點傳送到目的端，從而向運輸層提供最基本的端到端的數據傳送服務
• 網絡層的目的是實現兩個端系統之間的數據透明傳送，具體功能包括尋址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等

簡單理解：在古代，要把一封信從廣州送到北京，廣州和北京中間有許多的驛站，這就構成一個通信子網，選擇哪條線路，怎么走就是網絡層做的事情

• 網絡層協議

• TCP/IP網絡層的核心是IP協議，它是TCP/IP協議族中最主要的協議之一。IP協議非常簡單，僅僅提供不可靠、無連接的傳送服務。IP協議的主要功能有：無連接數據報傳輸、數據報路由選擇和差錯控制。與IP協議配套使用實現其功能的還有地址解析協議ARP、逆地址解析協議RARP、因特網報文協議ICMP、因特網組管理協議IGMP。
• CONP：面向連接網絡協議 （CONP：Connection-Oriented Network Protocol）
• ES-IS：終端系統和中間系統路由交換協議 （ES-IS：End System to Intermediate System Routing Exchange protocol）
• IDRP：域間路由選擇協議 （IDRP：Inter-Domain Routing Protocol）
• IS-IS：中間系統到中間系統協議 （IS-IS：Intermediate System to Intermediate System）
• ISO-IP CLNP：無連接網絡協議 （ISO-IP CLNP：Connectionless Network Protocol）

 

傳輸層（transport layer）

• 是國際標准化組織提出的開放系統互連(OSI)參考模型中的第四層。也稱為運輸層，在OSI七層模型中傳輸層是負責數據通信的最高層，又是面向網絡通信的低三層和面向信息處理的高三層之間的中間層
• 主要負責向兩個主機中進程之間的通信提供服務。由於一個主機同時運行多個進程，因此運輸層具有有復用和分用功能。傳輸層在終端用戶之間提供透明的數據傳輸，向上層提供可靠的數據傳輸服務
• 傳輸層的服務一般要經歷傳輸連接建立階段，數據傳送階段，傳輸連接釋放階段3個階段才算完成一個完整的服務過程。而在數據傳送階段又分為一般數據傳送和加速數據傳送兩種形式
• 網絡層只是根據網絡地址將源結點發出的數據包傳送到目的結點，而傳輸層則負責將數據可靠地傳送到相應的端口。計算機網絡中的資源子網是通信的發起者和接收者，其中的每個設備稱為端點；通信子網提供網絡中的通信服務，其中的設備稱為節點.
• 傳輸層中最為常見的兩個協議分別是傳輸控制協議TCP（Transmission Control Protocol）和用戶數據報協議UDP（User Datagram Protocol） 
  

  • UDP適合於實時數據傳輸，比如語音和視頻通信。相比TCP，UDP的傳輸效率更高，開銷更小，但是無法保證數據傳輸可靠性 
    
  • TCP連接是基於字節流的：UDP是基於報文流的。 
    
  • TCP是一個可以保證可靠數據傳輸的傳輸層協議，主要采用采用以下四個機制實現數據可靠性傳輸。 
    
    • 字節編號機制：TCP數據段以字節為單位對數據段的"數據"部分進行一一編號，確保每一個字節的數據都可以有序傳送和接收。
    • 數據段確認機制：每接收一個數據段都必須有接收端向發送端返回確認數據段，其中的確認號表示已經正確接收的數據段序號。
    • 超時重傳機制：TCP中有一個重傳定時器(RTT)，發送一個數據段的同時也開啟這個定時器，如果定時器過期之時還沒有返回確認，則定時器停止,重傳該數據。
    • 選擇性確認機制：(Selective ACK,SACK)/只重傳缺少部分的數據，不會重傳那些已經正確接收的數據。

  
  

   

會話層（Session Layer）

• 允許不同機器上的用戶之間建立會話關系。允許用戶利用一次會話在遠端的分時系統上登陸，或者在兩台機器間傳遞文件。
• 會話層提供的服務之一是管理對話控制。會話層允許信息同時雙向傳輸，或任一時刻只能單向傳輸
• 一種與對話控制有關的服務是令牌管理（token management）

有些協議會保證雙方不能同時進行同樣的操作，這一點很重要。為了管理這些活動，會話層提供了令牌，令牌可以在會話雙方之間移動，只有持有令牌的一方可以執行某種關鍵性操作。

• 另一種會話層服務是同步

如果在平均每小時出現一次大故障的網絡上，兩台機器簡要進行一次兩小時的文件傳輸，試想會出現什么樣的情況呢？每一次傳輸中途失敗后，都不得不重新傳送這個文件。當網絡再次出現大故障時，可能又會半途而廢。為解決這個問題，會話層提供了一種方法，即在數據中插入同步點。每次網絡出現故障后，僅僅重傳最后一個同步點以后的數據（這個其實就是斷點下載的原理）

 

表示層（Presentation Layer）

• 位於OSI分層結構的第六層，它的主要作用之一是為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，是因為不同的計算機體系結構使用的數據表示法不同。與第五層提供透明的數據運輸不同，表示層是處理所有與數據表示及運輸有關的問題，包括轉換、加密和壓縮。每台計算機可能有它自己的表示數據的內部方法，例如，ASCII碼與EBCDIC碼，所以需要表示層協定來保證不同的計算機可以彼此理解。 
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，便需要表示層來完成這種轉換。管理這些抽象數據結構，並在發送方將機器的內部編碼轉換為適合網上傳輸的傳送語法以及在接收方做相反的轉換等工作都是由表示層來完成的。

• 表示層為應用層提供的服務有三項內容

• 語法轉換：語法轉換涉及代碼轉換和字符集的轉換，數據格式的修改、數據結構操作的適配、數據壓縮、數據加密等。

• 語法選擇：語法選擇是提供初始選擇的一種語法和隨后修改這種選擇的手段。
• 聯接管理：利用會話層提供的服務建立表示聯接，管理在這一聯接之上的數據運輸和同步控制，以及正常或非正常地終止聯接。

 

應用層（applocation layer）

• 是開放系統的最高層,是直接為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.其服務元素分為兩類:公共應用服務元素CASE和特定應用服務元素SASE.

CASE提供最基本的服務,它成為應用層中任何用戶和任何服務元素的用戶，主要為應用進程通信,分布系統實現提供基本的控制機制；特定服務SASE則要滿足一些特定服務,如文卷傳送,訪問管理,作業傳送,銀行事務,訂單輸入等。這些將涉及到虛擬終端,作業傳送與操作,文卷傳送及訪問管理,遠程數據庫訪問,圖形核心系統,開放系統互連管理等等

• 由於每個應用有不同的要求，應用層的協議集在OSI模型中並沒有定義。但是，有些確定的應用層協議，包括虛擬終端、文件傳輸、電子郵件等都可以作為標准化的候選

一組通信協議，它們一起工作，在OSI參考模型的某幾層或全部7層中作為一個組進行通信。並不是每一個協議棧都包括OSI模型的每一層，通常協議集中的一個協議就涉及到幾層。TCP/IP是一個典型的協議集。

• 協議舉例

  • DNS域名系統（服務）協議（DNS）是一種分布式網絡目錄服務，主要用於域名與 IP 地址的相互轉換，以及控制因特網的電子郵件的發送
  • HTTP是一個簡單的請求-響應協議，它通常運行在TCP之上。它指定了客戶端可能發送給服務器什么樣的消息以及得到什么樣的響應。請求和響應消息的頭以ASCII碼形式給出；而消息內容則具有一個類似MIME的格式。
  • FTP是用於在網絡上進行文件傳輸的一套標准協議，它工作在 OSI 模型的第七層， TCP 模型的第四層， 即應用層， 使用 TCP 傳輸而不是 UDP， 客戶在和服務器建立連接前要經過一個“三次握手”的過程， 保證客戶與服務器之間的連接是可靠的， 而且是面向連接， 為數據傳輸提供可靠保證。FTP服務一般運行在20和21兩個端口。端口20用於在客戶端和服務器之間傳輸數據流，而端口21用於傳輸控制流，並且是命令通向ftp服務器的進口。

感謝軟謀教育Eleven老師！！

 

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