day031-osi参考模型与多层协议概述

1、1许多人认为，OSI参考模型所描述的架构是在计算时代的初始阶段形成的，并且有助于提供许多(如果不是全部)网络互联技术指导。但是，这是不正确的观点。事实上，OSI参考模型在1984年左右引入，而此时互联网的基础已经发展和实现，基本的互联网协议已经使用很多年。传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)族实际上具有它们自己的模型，今天我们学习和理解网络互联问题时还经常使用这些模型。正如ISO标准7498-1所述，OSI参考模型提供了供应商、工程师、开发人员和其他人使用的重要指南。这种模型将网络互联任务、协议和

2、服务分为不同的层。当两台计算机通过网络通信时，每一层都具有自己的职责。每一层都有特定的功能，并且由那一层内工作的服务和协议来实现。OSI模型的目的是帮助其他人开发出能在开放网络架构内工作的产品。开放网络架构不为任何供应商所专有，而且能够很容易地集成不同的技术并提供这些技术的实现。供应商将OSI模型当成跳板，以开发出他们自己的网络互联框架。这些供应商以OSI模型为蓝本，并且开发他们自己的协议和服务，以实现与其他供应商不同或重复的功能。然而，由于这些供应商以OSI为起点，因此与不同供应商各自为政开始设计网络互联框架相比，集成不同供应商的产品要容易得多， 互操作性问题也不会很严重。2网络协议是决定系

3、统如何在网络中通信的规则标准集。尽管本身有所不同，然而两个不同系统之所以能够相互通信和理解，其原因在于它们使用了相同的协议。这类似于两个人使用相同的语言就能相互交流和理解。每一层上的协议都具有特定的职责、所执行的控制功能以及所期望的数据格式语法。每一层都有一个特殊的接口（连接点），以允许它与其他3个层交互：（1）与上一层的接口通信；（2）与下一层的接口通信；（3）与目标包地址接口中的相同层通信。控制功能的形式为数据包的首部和尾部，由每一层上的协议添加。虽然计算机通信是物理的（电信号通过线缆从一台计算机传递到另一台计算机），不过它们也通过逻辑通道来通信。特定OSI层上的每个协议与工作在另一台计算

4、机的相同OSI层上的对应协议进行通信。此时，通信通过封装来完成。 封装的工作过程如下：消息在一台计算机上的程序内构造，接着通过协议栈向下传递。每一层上的协议都在消息中添加自己的信息，这样消息的大小在沿协议栈往下传递的过程中会增大。随后，消息发送至目标计算机，封装的过程逆转，数据包将被拆开，这与在源计算机中进行封装的步骤相同。在数据链路层， 只有与该层相关的信息会被抽取出来，接着消息发送至上面一层。接下来在网络层，只有网络层数据被剥离和处理，数据包又发送至上面一层。这就是计算机的逻辑通信方式。目标计算机剥离的信息会告诉它如何正确解释和处理这个数据包。3应用层（application layer）

5、是第七层，它工作在与用户最为接近的地方，提供文件传输、消息交换、终端会话以及更多功能。这一层并不包括实际的应用， 但是包括支持这些应用的协议。当某个应用需要通过网络发送数据时，它就会 将指令和数据发送至在这一层上支持该应用的协议。这一层处理和适当格式化 数据，并继续向下传递至OSI模型内的下一层。应用层构造的数据包含了每一层通过网络传送数据所需的关键信息之后才会向下传递。然后，数据传送到网络 线缆上，直至其到达目标计算机。应用层上的协议处理文件传输、虚拟终端、网络管理以及执行应用程序的网络请求。下面列出了在这个层上工作的一些协议： 文件传输协议（File Transfer Protocol，F

6、TP） 普通文件传输协议（Trivial File Transfer Protocol，TFTP） 简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP） 简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP） Telnet 超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）4表示层（presentation layer）是第六层，它接收来自应用层协议的信息，然后将信息转变为所有遵循OSI模型的计算机都能理解的格式。这一层提供了一种其结构能被终端系统正确处理的数据表示方式。也就是说，当

7、用户构造一个Word 文档并将其发送给几个人时，不必考虑接收计算机使用什么文字处理程序；每一台计算机都能够接收和理解这个文件，并为用户显示一个文档。支持上述功能的就是表示层上的数据表示处理。表示层上的服务处理标准格式的转换、数据压缩和解压以及数据的加密和这个层上没有协议工作，而只有服务。下面列出了表示层的一些标准： 美国信息交换标准编码（American Standard Code for Information Interchange，ASCII） 扩展二进制编码十进制交换模式（Extended Binary-Coded Decimal Interchange Mode，EBCDIC） 标签

8、图像文件格式（Tagged Image File Format，TIFF） 联合图像专家组（Joint Photographic Experts Group，JPEG） 运动图片专家组（Motion Picture Experts Group，MPEG） 音乐设施数字接口（Musical Instrument Digital Interface，MIDI）。5当两个应用程序需要通信或传送数据时，就可能需要在两者之间建立一个连接会话。会话层（session layer）是第五层，它负责在两个应用程序之间建立连接。在数据传送过程中保持连接，以及控制这个连接的释放。对这一层功能的形象类比是电话交谈。

9、当Kandy想给朋友打电话时，她就会使用电话机。电话网络线路和协议通过电话线建立连接，并维持通信路径。当Kandy挂断电话时， 就会释放用于保持通信连接状态的所有资源。在这一层上工作的部分协议有结构化查询语言（Structured Query Language， SQL）、NetBIOS和远程过程调用（Remote Procedure Call，RPC）。会话层协议使得两个应用程序之间的通信以下列3种模式进行： 单工模式 通信只能单方向发生。 半双工模式 通信能在两个方向进行，但是一次只有一个应用程序能发送信息。 全双工模式 通信能在两个方向进行，而且两个应用程序能够同时发送信息。会话层上的协

10、议建立应用程序之间的连接，维持会话控制，并协商、建立、维持和撤消通信通道。下面列出了在这一层上工作的一些协议： 网络基本输入输出系统（Network Basic Input Output System，NetBIOS）鉴别协议（Password Authentication Protocol，PAP） 端到端隧道协议（Point-to-Point Tunneling Protocol，PPTP） 远程过程调用（Remote Procedure Call，RPC）6当两台计算机通过面向连接的协议进行通信时，它们首先要在下列方面取得一致：计算机一次发送多少信息；接收到信息后如何验证数据的完整性；如

11、何确定一个数据包是否在传输过程中丢失了。两台计算机通过第四层传输层（transport layer）中的握手过程取得这些参数的一致。传输数据前就这些问题取得一致有助于提供更可靠的数据传输、错误检测、纠错、恢复以及流量控制，并且优化执行上述任务所需的网络服务。传输层提供了端对端数据传输服务，并且在两台通信计算机之间建立了一个逻辑连接。会话层和传输层的功能非常相似，它们都建立某种用于通信的会话或虚拟连接。它们之间的差异是：在会话层上工作的协议建立应用程序之间的连接，而在传输层上工作的协议则建立计算机系统之间的连接。例如，我们可以使计算机A上的3个应用程序与计算机B上的3个应用程序进行通信。会话层协

12、议会跟踪这些 不同的会话。读者可以将传输层协议想象为一辆公共汽车，它不知道或者不关心什么应用程序正在进行通信，而是只提供一个机制，以便将数据从一个系统传送到另一个系统。传输层从许多不同的应用程序接收数据并将它们组装为一个流，以便在网络中进行正确的传送。信息从更高层上的不同实体向下传递至传输层，传输层必须将这些信息组装成一个流。这个流由传递而来的不同数据分段组成。就像公共汽车可以运载不同的人一样，传输层协议能够携带不同类型的应用程序数据。传输层上的协议处理端对端传输和数据流分解。下面列出的一些协议工作在这一层： 传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）

13、用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP） 序列包交换（Sequenced Packet Exchange，SPX）7网络层（network layer）是第三层，其主要职责是在数据包的首部中插入信息， 以便将数据正确地编址和路由，并且将数据实际路由至正确的目的地。在一个网络中，有许多路由可以通往目的地。网络层上的协议必须确定数据包能走的最佳路径。路由协议在这一层构建和维护它们的路由表。这些表是网络图，当数据包需要从计算机A发送至计算机M时，路由协议会检查路由表，在数据包的首部中添加必要的信息，然后再进行发送。工作在网络层上的协议并不保证数据包的传递。如果有必要，那

14、么需要依靠传输层上的协议找到问题并重发数据包。网络层协议的职责包括网际互联服务、寻址和路由。下面列出了在这一层上工作的一些协议： 网际协议（Internet Protocol，IP） 互联网控制消息协议（Internet Control Message Protocol，ICMP） 互联网组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP） 路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP） 开放最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）协议 网际数据包交换（Internetwork Pack

15、et Exchange，IPX）协议8继续沿协议栈向下走，我们就越接近数据要流经的实际通路（网络线缆）。数据包的外部格式在每一层都有少量改变，此时需要转换成局域网（Local Area Network，LAN）和广域网（Wide Area Network，WAN）技术的二进制格式，以便沿线路正确传送。这在第二层数据链路层（data link layer）上发生。当数据链路层把最后的首部和尾部加到数据消息上时，这称为装帧。这个数据单元现在称为一个帧。数据链路层上的协议将数据转换成LAN或WAN帧进行传输，并且定义计算机访问网络的方式。这个层分为逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）子层。

16、下面列出了在这一层上工作的一些协议： 地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP） 逆向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol，RARP） 点对点协议（Point-to-Point Protocol，PPP） 串行线路网际协议（Serial Line Internet Protocol，SLIP） 以太网（IEEE 802.3） 令牌环（IEEE 802.5） 无线以太网（IEEE 802.1 1）9网络接口卡和驱动程序将位转换为电信号，并控制数据传输的物理方面，包括光学、电学和机械要求。下面列出了这个层上的一些标准接口： RS/EIA/TIA-422、RS/EIA/TIA-423、RS/EIA/TIA-449、RS/EIA/TIA-485 10BASE-T、10BASE2、10BASE5、100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T、1000BASE-T、1000BASE-SX 集成服务数字网络（Integrated Services Digital Network，ISDN） 数字用户线路（Digital subscriber line，DSL） 同步光纤网络（Synchronous Op