OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是什么

世界上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是由IBM公司于1974年提出的SNA(System Network Architecture)，即IBM公司開發(fā)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。之后，其他公司也相繼提出了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如DEC公司的DNA(Digital Network Architecture)，即美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司開發(fā)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以及美國(guó)國(guó)防部的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)等。各公司或各部門的北京網(wǎng)站建設(shè)體系結(jié)構(gòu)均體現(xiàn)了各自的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)及功能。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO在1983年推出OSI的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，在OSI中雖然沒有制定出具體的標(biāo)準(zhǔn)是什么，也缺乏實(shí)際應(yīng)用的依據(jù)，但其給出了在制定網(wǎng)絡(luò)體系標(biāo)準(zhǔn)時(shí)需要解決的問題以及解決相關(guān)向題的方法或基本技術(shù)參考.因此，OSI-RM網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)概念性框架，是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的高度概括和完整描述。OSI作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對(duì)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重大的歷史意義.盡管當(dāng)今流行Internet網(wǎng)絡(luò)，其基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)也只是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)而已。

1. OSI的分層思想

首先，分析OSI是如何解決異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的間題。在眾多不同的網(wǎng)絡(luò)體系中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO采用了化復(fù)雜為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)化分層思想，即將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)按功能分出網(wǎng)絡(luò)層次，并一一解析相應(yīng)層次應(yīng)具備的功能。其分層思想如下。

(1)每一層要有明確的功能界限，并嚴(yán)格建立在其下層之上。
(2)每一層除實(shí)現(xiàn)本層功能外，還要為上層提供一定的服務(wù).
(3)下層為上層提供服務(wù)的細(xì)節(jié)或?qū)崿F(xiàn)方式要與上層無關(guān)。
(4)同層之間要有相互兼容的通信規(guī)則或約定。

根據(jù)OSI的分層思想，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)由兩部分組成，即“網(wǎng)絡(luò)層次模型”和各層擁有的“網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議”。

網(wǎng)絡(luò)層次模型:它明確定義了各層功能的界限，以及相鄰層次間的接口及服務(wù)方法。

網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議:規(guī)定了同層次之間通信時(shí)建立的規(guī)則或約定。

【舉例】一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)例—“電報(bào)傳輸過程”的分層應(yīng)用，見圖3-1。
在整個(gè)電報(bào)的傳輸過程中，該服務(wù)系統(tǒng)可以劃分為4個(gè)層次。首先，在同層之間各有相應(yīng)的通信規(guī)則，如最上層“報(bào)文認(rèn)知與理解規(guī)則”約定了發(fā)報(bào)人用哪種文字、怎樣的格式書寫報(bào)文等，否則收?qǐng)?bào)人無法理解;其次，在相鄰層次之間各有上下銜接的服務(wù)要求，如第3層報(bào)文編碼層對(duì)上層發(fā)報(bào)人書寫報(bào)文的字?jǐn)?shù)等要求.通信雙方不需要面對(duì)面，發(fā)報(bào)方只要由上向下按照各層次的通信規(guī)則傳遞信息;在收?qǐng)?bào)方再由下向上按照各層次的通信規(guī)則傳遞信息，即可完成電報(bào)的傳輸。

OSI這種網(wǎng)絡(luò)分層思想，對(duì)于分析與解決日常工作中遇到的問題，如何化復(fù)雜為簡(jiǎn)單等起到了很好的指導(dǎo)意義。

2. OSI的層次模型

OSI層次模型，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信功能劃分為7個(gè)層次，由低到高依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。如圖3-2所示，它約定了開放系統(tǒng)的互連、互通和互操作的基本框架。
在分析OSI七層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)前，首先解釋幾個(gè)重要的概念。實(shí)體:每一層中，實(shí)現(xiàn)該層功能的軟件或硬件。服務(wù)訪間點(diǎn):下層實(shí)體向上層實(shí)體提供服務(wù)的通信接口。也可以說是上層實(shí)體通過下層實(shí)體的服務(wù)訪問點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)并接受下層提供的服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議要素:網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議一般包含以下3個(gè)方面的要素。

(1)語法:規(guī)定了通信數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)與格式.如通信時(shí)采用何種數(shù)據(jù)格式、編碼及信號(hào)電平等。

(2)語義:確定雙方的通信控制.如規(guī)定了需要發(fā)出何種控制信息、完成何種控制動(dòng)作以及做出何種應(yīng)答，并確定用于協(xié)調(diào)和差錯(cuò)處理的控制信息。

(3)時(shí)序:指出通信雙方信息交互的順序.如事件順序、速度匹配。

協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Protocol Data Unit, PDU) ;是指對(duì)等層次之間傳遞的數(shù)據(jù)單位。

OSI分為七層，每層都有自己的PDU,即物理層的PDU是數(shù)據(jù)位(bit)，數(shù)據(jù)鏈路層的

PDU是數(shù)據(jù)頓(frame)，網(wǎng)絡(luò)層的PDU是數(shù)據(jù)包(packet)，傳輸層的PDU是分組數(shù)據(jù)報(bào)(segment)，其他更高層次的PDU是均可稱為報(bào)文(message),

1)第一層:物理層(Physical Layer)

物理層直接與通信媒體相連，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫涌趯印Ｔ搶訛樯蠈印矓?shù)據(jù)鏈路層)提供透明的比特流(bit stream)傳輸服務(wù)，傳輸數(shù)據(jù)的基本單位為比特(bit)。

物理層的功能:為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路，實(shí)現(xiàn)比特流的傳輸。物理層定義的主要內(nèi)容如下。

(1)機(jī)械特性:指明接口所用接線器的形狀、尺寸、引線數(shù)目和排列等.
(2)電氣特性:指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍.
(3)功能特性:指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義.
(4)規(guī)程特性:指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序，具體指利用信號(hào)線進(jìn)行bit流傳輸?shù)囊唤M操作規(guī)程，如物理連接的建立，同步的控制等。

2)第二層:數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)

數(shù)據(jù)鏈路層是面向相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信。

在物理層已經(jīng)為終端設(shè)備或相鄰節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信提供了必要的傳輸通道和物理連接，但這一物理通道并不可靠。因?yàn)樵谖锢韺由蟼鬏數(shù)臄?shù)據(jù)難免受到各種因素影響而產(chǎn)生差錯(cuò)或丟失數(shù)據(jù)。為了保證可靠地傳輸數(shù)據(jù)，必須在其上層進(jìn)行相應(yīng)的通信控制。也就是說，物理層的每次通信都要在上層建立好通信鏈路后才能傳送比特流，數(shù)據(jù)傳輸完畢，上層還要拆除通信鏈路.這種由上層建起來的數(shù)據(jù)收與發(fā)關(guān)系叫做數(shù)據(jù)鏈路.鏈路層的功能:主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和拆除，并在相鄰節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路上，通過差錯(cuò)控制提供數(shù)據(jù)幀(frame)在信道上無差錯(cuò)的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層定義的主要內(nèi)容如下。

(1)組幀:數(shù)據(jù)幀的封裝，在上層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的前端加上本層協(xié)議頭控制信息，末端加上結(jié)束控制信息。

(2)物理尋址:給出數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到下一節(jié)點(diǎn)的尋址方法。

(3)流量控制或差錯(cuò)控制等定義。

3)第三層:網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)

網(wǎng)絡(luò)層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中通信子網(wǎng)的最高層.該層更關(guān)心的是通信子網(wǎng)的通信控制，所以又稱之為通信子網(wǎng)層.該層將本地主機(jī)傳輸層傳送下來的數(shù)據(jù)單元打包后，經(jīng)由通信子網(wǎng)傳送，最終交付給目的主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層.網(wǎng)絡(luò)層的功能:在兩個(gè)終端系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)主機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)傳送。

網(wǎng)絡(luò)層定義的主要內(nèi)容如下.

(1)服務(wù):提供如面向連接或面向無連接等服務(wù)方式。
(2)邏輯尋址:指出數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)一端主機(jī)傳送到網(wǎng)絡(luò)另一端主機(jī)的尋址方法。
(3)路由選擇:根據(jù)一定原則和算法選出一條通向目的主機(jī)的最佳路徑。
4)第四層:傳輸層(Transport Layer)

傳輸層向上層屏蔽了下層的數(shù)據(jù)通信細(xì)節(jié)，該層負(fù)責(zé)總體的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)控制。傳輸層的功能:在兩個(gè)終端系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)傳送。傳輸層定義的主要內(nèi)容如下。

(1)進(jìn)程尋址:定義不同應(yīng)用進(jìn)程之間的尋址方法。
(2)數(shù)據(jù)的分組與重組。
(3)連接管理:有連接傳輸或無連接傳輸。
(4)差錯(cuò)控制和流量控制等。

5)第五層:會(huì)話層(Session Layer)

會(huì)話層是在傳輸層提供的端到端服務(wù)的基礎(chǔ)上，為兩端會(huì)話實(shí)體間建立和維持一個(gè)會(huì)話，并使會(huì)話獲得同步。

會(huì)話層的功能:提供一個(gè)面向進(jìn)程的會(huì)話服務(wù)，并為會(huì)話活動(dòng)提供有效的控制和管理。

6)第六層:表示層(Presentation Layer)

表示層處理的是OSI中兩端主機(jī)系統(tǒng)之間的信息表示問題，通過抽象的方法來定義一種數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并使用這種抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在兩端系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型和編碼的轉(zhuǎn)換。

表示層的功能:數(shù)據(jù)編碼，數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)加密等工作。

7)第七層:應(yīng)用層(Application Layer)

應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與終端用戶的接口，也是最高層，由各種應(yīng)用程序構(gòu)成。不同的應(yīng)用程序可滿足用戶各種不同的需求。網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)文直接由各種應(yīng)用程序產(chǎn)生。應(yīng)用層的功能:提供應(yīng)用進(jìn)程間所需要的交換數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作或進(jìn)程代理等基本功能。

3. OSI-RM綜述

(1) ISO-RM的最高層為應(yīng)用層，面向用戶提供應(yīng)用級(jí)的服務(wù);最低層為物理層，負(fù)責(zé)連接通信媒體實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。低三層可看作是面向數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂茖?屬于通信子網(wǎng))，主要負(fù)責(zé)解決有關(guān)通信控制和通信尋址等問題，高三層可看作是面向數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用層(屬于資源子網(wǎng))，主要負(fù)責(zé)解決應(yīng)用進(jìn)程間的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理等問題;傳輸層在OSI/RM中起到承上啟下的作用，作為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的接口，負(fù)責(zé)總體的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)控制，確保兩端通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)傳送。由此可見，傳輸層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵層。

(2)上層與下層之間的聯(lián)系是通過各層之間的服務(wù)訪問點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的;上層通過下層的服務(wù)訪問點(diǎn)向下層發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，下層通過本層的服務(wù)訪問點(diǎn)向上層提供服務(wù)。

(3)只有兩端通信系統(tǒng)(主機(jī))才擁有網(wǎng)絡(luò)的全部七層結(jié)構(gòu)。在兩端系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，除物理層有直接的通信連接之外，其他各對(duì)等層之間均不存在直接的通信連接，在對(duì)等層之間傳送數(shù)據(jù)單元均是通過本層的通信協(xié)議控制來實(shí)現(xiàn)的，所以稱之為虛擬通信，只有物理層的數(shù)據(jù)傳送才是真正意義上的物理通信。

(4)當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸需要通過通信子網(wǎng)傳輸時(shí)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的中間節(jié)點(diǎn)設(shè)備最多涉及低三層或低兩層的應(yīng)用。