OSI七层参考模型

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开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model)

一.简介

建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题。

它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来。服务说明某一层为上一层提供一些什么功能;接口说明上一层如何使用下层的服务;而协议涉及如何实现本层的服务。

这样使得各层之间具有很强的独立性，互连网络中各实体采用什么样的协议是没有限制的，只要向上提供相同的服务并且不改变相邻层的接口就可以了。OSI 参考模型分为7层，高3层定义了端用户如何进行互相通信；底部4层定义了数据是如何端到端的传输。

二.各层的功能及任务

1.物理层(Physical Layer)

• 首先区分一下传输媒体和物理层的区别：传输媒体本身不属于物理层的范围，而是在物理层的下面，只负责信号的传输。
• 定义：为传输数据所需要的物理链路创建，维持，拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。以下是与从物理层到传输媒体的接口有关的一些特性。

①机械(物理)特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置等。(指明通信实体间硬件连接接口的机械特点) 

②电气特性：指明在接口线缆的各条线上出现的电压的范围。(如：规定在物理连接上传输二进制位流时线路上信号电压高低，传输速率和距离的限制等)

③功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。(即物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义)

④过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。(即定义传输比特流时的一组操作过程，包括各信号线的工作顺序和时序，使得比特流传输得以完成)

注意：是过程特性而不是规程特性，规程是“协议”的前称。

• 主要功能：为数据端设备提供传送数据通路，传输数据。
• 任务(即要解决的主要问题):

①尽可能地屏蔽掉这物理设备和传输媒体，通信手段带来的差异，即提供透明的比特流传输。

②完成传输方式的转换：并行传输(计算机内部)→串行传输(通信线路)。

③解决物理连接的建立、维持和释放问题，以及如何在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

2.数据链路层(Data Link Layer)

• 可以细分成介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层
• 注意区别一下链路与数据链路的区别：

---链路是从一个节点到相邻结点的一段物理链路(有线或无线),而中间没有任何其他的交换结点，链路只是一条路径的组成部分。

---数据链路是由物理链路和实现控制数据传输的通信协议的硬件和软件组成。

• 主要功能:

 ①组帧：将比特流组合成字节，再将字节组合成帧，并对帧定界、同步、收发顺序的控制。

 ②实现访问介质功能：使用链路层地址( 以太网使用MAC地址)来访问介质(同一网段下的局域网中的主机之间实现访问)。

 ③提供透明的和可靠的数据传送基本服务：采取差错检测，差错控制， 网络流量控制等方法实现。

• 这层的协议有：异步传输模式，IEEE802.2，帧中继，高级数据链接控制(High-Level Data Link Control/HDLC)等。
• 常见数据链路层的设备：交换机，桥接器(记住：集线器是物理层设备)

3.网络层(Network Layer)

• 主要功能：寻址(提供逻辑地址，如：IPV4和IPV6)和路由(在不同的网络之间选择合适的路径来相互通信)
• 网络层提供的两种服务：虚电路服务(为上层的TCP提供有连接的服务)，数据报服务(为上层的UDP提供无连接的服务)

注意：

①在网络层中这些服务（无论是有链接还是无连接）都是提供主机到主机的服务，在传输层中提供的则是提供应用层进程之间的服务。

②在网络层中两种服务只能二选一，提供的服务对应的网络名称为：仅提供有连接的的网络称为虚电路网络(Virtual-Circuit，VC），仅提供无连接的网络称为数据报网络(Datagram Network)。

• 常见的网络协议：IP(V4,V6), IPX，RARP，ICMP(V4,V6)，IGMP，RIP，X.25，IPsec，还有一些路由协议（BGP，OSPF，RIP，EIGRP）等。

4.传输层(Transport Layer）

• 目的：为提供应用程序间的端到端的逻辑通信服务(提供可靠和不可靠的数据传输;并在错误数据重传前对其进行纠正或者差错检测)。
• 主要功能

①分割与重组数据：将数据流(TCP/IP中的单位为：消息流/报文)分割一块块的数据段(TCP单位：报文段/UDP单位：用户数据包)；并在接收主机中按序进行重组并传给应用进程。

②按端口号寻址：传输层根据数据首部中的目的端口号将数据传送到相应的端口，以供应用进程使用。

③多路复用/分用：即可以同时建立多个会话，并且每个会话都是相互独立的。（注意：它是在TCP/IP模型中是传输层的一部分，但在OSI模型中属于会话层。）

③对传输的数据提供差错控制，拥塞控制，流量控制和纠错等功能。 

• 该层主要的协议有：TCP(该协议簇中重要的包括有：数据拥塞控制协议(DCCP)与流控制传输协议(SCTP))，UDP等等。。。。还有一些用于实验的协议。

5.会话层(Session Layer)

• 目的：负责建立，管理和终止表示层实体之间的会话通信；并使不同应用程序的数据保持隔离(会话控制)。

--通信会话包括发生在不同网络应用层之间的服务请求和服务应答，这些请求与应答通过会话层的协议实现。

• 主要功能：

①  为会话实体之间建立连接

②（了解）数据传输阶段：这个阶段是在两个会话用户之间实现有组织的，同步的数据传输。用户数据单元为SSDU,而协议数据单元为SPDU.会话用户之间的数据传送过程是将SSDU转变成SPDU进行的。

③（了解）连接释放：连接释放是通过"有序释放","废弃"，"有限量透明用户数据传送"等功能单元来释放会话连接的。

④会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。这种能力对于传送大的文件极为重要。

6.表示层（Presentation Layer）

• 目的：为不同终端的上层用户(应用层)提供数据；并负责数据的转换及编码等，以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。
• 主要功能：

①数据语法转换

②语法表示

③连接管理

④数据处理（加密/解密，压缩/解压，编码/解码）

• 具有表示层功能的协议有：HTTP/HTML，FTP，Telnet。

7.应用层(Application Layer)

• 目的：为应用程序提供常见的网络应用服务。
• 主要功能：

①标识通信伙伴：因为可能丢失通信伙伴，应用层必须为传输数据的应用子程序定义通信伙伴的标识和可用性。

②定义资源的可用性：定义资源可用性时，应用层为了请求通信而必须判定是否有足够的网络资源。

③同步通信：所有应用程序之间的通信都需要应用层的协同操作。

注意：应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成，而是由向应用程序提供访问网络资源的API（Application Program Interface，应用程序接口）组成。

OSI七层参考模型

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