ＩＳＯ网络体系结构

冯昊雯

[摘要]OSI参考模型（开放式系统互联模型）将整个网络通信的功能划分为7个层次。对这7个层次做深入的探讨。

[关键词]物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310130－01

计算机网络的体系结构就是指计算机网络的各层及其协议的集合，或计算机网络及其部件所应完成的功能。计算机网络的体系结构存在的目的就是使不同计算机厂家的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络。

国际标准化组织ISO于1983年正式提出了一个七层参考模型，叫做开放式系统互连模型（通称ISO/OSI）。OSI参考模型将整个网络通信的功能划分7个层次，由底到高分别是物理层，链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。每层完成一定的功能，都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持。第4层到第7层主要负责互操作性，而1～3层则用于创造两个网络设备间的物理连接。

一、第一层：物理层

物理层是OSI参考模型的最底层，且与物理传输介质相关联，该层是实现其他层和通信介质之间的接口。物理层协议是各种网络设备进行互联时必须遵守的低层协议。

物理层为传送二进制比特流数据而激活，维持，释放物理连接提供机械的，电器特征，功能的，规程性的特性。这种物理连接可以通过中继系统，每次都在物理层内进行二进制比特流数据的编码传输。这种物理连接允许进行今双工或半双工的二进制比特流传输的通信。

物理层相应设备包括网络传输介质（如同轴电缆、双绞缆、线电、外等）和连接器等，以及保证物理通信的相关设备，如中继器、共享式HUB、信号中继、放大设备等。

二、第2层：数据链路层

数据链路层是OSI参考模型的第2层，介于物理层于网络层之间，其存在形式分为物理链路与逻辑链路。

设立数据链路层的主要目的是利用在物理层所建立的原始的，有差错的物理连接路线变为网络层无差错的数据链路，因此数据链路层必须有链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能。数据链路层所关心的主要是物理地址、网络拓扑结构、线路选择与规划等。

数据链路层的数据传输是以帧为单位。在OSI中，帧被称为数据链路协议数据单元，它把物理层来的原始数据打包成帧。数据链路层负责帧在计算机之间的无差错信息传递。

数据链路层设备主要包括：网络接口卡(NIC)及其驱动程序、网桥、二层交换机等。

三、第3层：网络层

网络层是OSI参考模型中最复杂、最重要的一层。这一层定义网络操作系统通信用的协议，为信息确定地址，把逻辑地址和名字翻译成物理的地址。它也确定从信源机（源节点沿着网络）到信宿机（目的节点）的路由选择，并处理交通问题，例如交换、路由和对数据包阻塞的控制。

网络层主要提供以下功能：

1．路径选择与中继。路径选择是指在通信子网中，为源节点和中间节点选择后继节点，以便将报文分组传送到的节点。“最短时间”是选择路径的标准。

2．流量控制。网络中链路层，网络层，传输层等都存在流量控制问题，其控制方法大体相一致。其目的是防止通信量过大造成通信于网性能下降。

3．拥塞控制。当到达通信子网中某一部分的分组数高于一定的水平，使得该部分网络来不及处理这些分组时，就会使这部分以致整个网络的性能下降。拥塞控制的主要任务是保证网络高性能的运转，保证子网不被它的用户发送的数据包所淹没。

工作在网络层的设备主要有路由器和三层交换机。路由器通过转发数据包来实现网络互连，其支持的协议有TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等。三层交换机使用三层交换技术，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络的瓶颈问题。

四、第4层：传输层

传输层是OSI参考模型的第4层，是比较特殊的一层。该层的功能是为源主机与目的的主机进程之间提供可靠的，透明的数据传输，并给端到数据通信提供最佳性能。

传输层从会话层接受数据，负责错误的确认和恢复，以确保信息的可靠传递。如果有必要，它也对信息重新打包，把过长信息分成小包发送，确保到达对方的各段信息正确无误，而在接收端，把这些小包重构成初始的信息

传输层目的在于它既可以划分在OSI模型高层，又可以划分在低层。如果从面向通信和面向信息处理角度进行分类，传输层一般划在低层：如果从用户功能与网络功能角度进行分类，传输层又被划在高层，这种差异正好反映出传输层在OSI参考模型中的特殊地位和作用。

传输层所支持的协议有：TCP/IP的传输控制协议TCP、Novell顺序包交换SPX以及Microsoft NetBIOS/NetBEUI等。

五、第5层：会话层

会话层对高层通信进行控制，允许在不通及其上的应变之间建立、使用和结束会话，对进行会话的两台机器间建立对话控制，管理会话如管理哪边发送，何时发送，占用多长时间等。

会话层负责协调两个应用进程进行的通信，以便使应用进程专注于信息交互。从OSI参考模型看，会话层之上各层是面向应用的，会话层之下各层是面向网络通信的。会话层提供的功能有：为会话实体间建立连接，并组织，同步数据传输。最后通过“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。

会话层与传输层有明显的区别。传输层负责建立和维护端到端之间的逻辑连接。目的是提供一个可靠的传输服务。但是由于传输层所使用的通信子网类型很多，并且网络通信质量差异很大，这就造成传输协议的复杂。会话层在发出一个会话协议数据单元时，传输层可以保证将它正确地传送到对等的会话实体，从这点看会话协议得到了简化。

六、第6层：表示层

表示层包含了处理网络应用程序数据格式的协议。它从应用层获得数据，并把它们格式化以供网络通信使用。该层将应用程序数据排序成一个有含义的格式并提供给会话层。这一层也通过提供诸如数据加密的服务来负责安全问题，并压缩数据以使得网络层需要传送的数据尽可能少。

表示层位于OSI参考模型的第6层，在应用层的下面，会话层的上面。它将数据在计算机内部的表示法与网络的表示法之间进行转换，保证所传输的数据经传送后其意义不改变，因此如何描述数据结构并使之与机器无关是表示层要解决的问题。在计算机网络中，互相通信的应用进程需要传输的是信息的语义，它对通信过程中信息的传送语法并不关心。表示层的主要功能是通过一些编码规则定义在通信中传送这些信息所需要的传送语法。

表示层负责决定在主机间交换数据的格式，包括：数据加密、数据压缩传输、字符集转换等。在不同的时间，可以使用不同的传送语法，如使用加密算法、数据压缩算法等。

七、第7层：应用层

应用层是最终用户应用程序访问网络服务的地方，它负责识别并证实通信双方的可用性，进行数据传输完整性控制，使网络应用程序（如电子邮件，P2P文件共享、多用户网络游戏、网络浏览、目录查询等）能够协同工作。

应用层是OSI参考模型的最高层，它为用户的应用进程访问OSI环境提供服务。应用层关心的主要是进程之间的通信行为，因而对应用进程所进行的抽象只保留了应用产程与应用进程间交互行为的有关部分。这种现象实际上是对应用进程某种程度上的简化。

应用层所承处的网络安全功能可粗为保密、鉴别、反拒认、完整性等。保密足是指保护信息不被未授权者访问。鉴别是指在交换信息之前先要确认对方的身份。反拒认功能主要与电子签名有关，比如对拒绝承认所签约的客户必须唯一的确定电子反拒认，以满足法律手续。完整体是指如何确认自己所收到的信息是原始发来的信息，而不是被窜改或伪造的。

八、结语

OSI参考模型将整个网络通信的功能划分为7个层次，由底层到高层分别是物理层，链路层，网络层，会话层，表示层和应用层。并有选择地给出了各个层次的主要功能，定义与相应的设备等。

参考文献：

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