詳解OSI七層模型的功能和協(xié)議集

OSI七層模型的功能

1、應(yīng)用層

這是OSI的最高層。這一層的協(xié)議直接為用戶服務(wù)，提供分布式處理環(huán)境。應(yīng)用層管理開放系統(tǒng)的互連，包括系統(tǒng)的啟動、維持和終止，并保持應(yīng)用進(jìn)程間建立連接所需的數(shù)據(jù)記錄，其他層都是為支持這一層的功能而存在的。

一個(gè)應(yīng)用是由一些合作的應(yīng)用進(jìn)組成的，這些應(yīng)用進(jìn)程根據(jù)應(yīng)用層協(xié)議互相通信。應(yīng)用進(jìn)程還是數(shù)據(jù)交換的源和宿，也可以被看作是應(yīng)用層的實(shí)體。應(yīng)用進(jìn)程可以是任何形式的操作過程，例如，手工的、計(jì)算機(jī)化得或工業(yè)和物理過程等。這一層協(xié)議的例子有在不同系統(tǒng)間傳輸文件的協(xié)議、電子郵件協(xié)議和遠(yuǎn)程作業(yè)錄入?yún)f(xié)議等。

２、表示層

表示層的用途是提供一個(gè)應(yīng)用層選擇的服務(wù)的集合，是的應(yīng)用層可以根據(jù)這些服務(wù)功能解釋數(shù)據(jù)的涵義。表示層一下各層只關(guān)心如何可靠地傳輸數(shù)據(jù)，而表示層關(guān)心的是所傳輸數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式、它的語法和語義。表示服務(wù)的例子的數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)壓縮格式和加密技術(shù)等。

3、會話層

會話層支持兩個(gè)表示層實(shí)體之間的交互作用。它提供的會話服務(wù)可分為如下兩類。

（1）把兩個(gè)表示實(shí)體結(jié)合在一起，或者把它們分開，這叫會話管理。

（2）控制兩個(gè)表示實(shí)體件的數(shù)據(jù)交換過程。例如，分段、同步等，者一類叫會話服務(wù)。

通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的會話和人們打電話不一樣，更和人們當(dāng)面談話的情況不一樣。對話的管理包括決定該誰說，該誰聽。長的對話（例如傳輸一個(gè)長文件）需要分段，一段一段地進(jìn)行，如果一段傳錯了，可以回到分界限的地方重新傳輸。所有這些功能都需要專門的協(xié)議支持。

4、傳輸層

這一層在底層服務(wù)的基礎(chǔ)上提供一種通用的傳輸服務(wù)。會話實(shí)體利用這種透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)而不必考慮下層通信網(wǎng)絡(luò)的工作細(xì)節(jié)，并使數(shù)據(jù)傳輸能高效地進(jìn)行。傳輸層用多路復(fù)用或分流的方式優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。當(dāng)會話實(shí)體要求建立一條傳輸連接時(shí)，傳輸層要求建立一個(gè)對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接。如果要求較高的吞吐率，傳輸層可能為其建立多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接；如果要求的傳輸速率不是很高，單獨(dú)創(chuàng)建和維持一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接不合算，則傳輸層就可考慮把幾個(gè)傳輸連接多路復(fù)用到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上。這樣的多路復(fù)用和分流對傳輸層以上是透明的。

傳輸層的服務(wù)可以提供一條無差錯按順序的端到端連接，也可能提供不保證順序的獨(dú)立報(bào)文傳輸，或多目標(biāo)報(bào)文廣播。這些服務(wù)可由會話實(shí)體根據(jù)具體情況選用。傳輸連接在其兩端進(jìn)行流量控制，以免高速主機(jī)發(fā)送的信息流淹沒低速主機(jī)。傳輸層協(xié)議是真正的源端到目標(biāo)端的協(xié)議，它由傳輸連接兩端的傳輸實(shí)體處理。傳輸層下面的功能層協(xié)議都是通信子網(wǎng)中的協(xié)議。

5.網(wǎng)絡(luò)層

這一層的功能屬于通信子網(wǎng)，它通過網(wǎng)絡(luò)連接交換傳輸層實(shí)體發(fā)出的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層把上層來的數(shù)據(jù)組織成分組在通信子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)之間交換傳送。交換過程中要解決的關(guān)鍵問題是選擇路徑，路徑既可以是固定不變的，也可以是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況動態(tài)變化的。另外一個(gè)要解決的問題是防止網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)局部的擁擠或全面的阻塞。此外，網(wǎng)絡(luò)層還應(yīng)有記賬功能，以便根據(jù)通信過程中交換的分組數(shù)（或字符數(shù)、位數(shù)）收費(fèi)。

當(dāng)傳送的分組跨越一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊界時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該對不同網(wǎng)絡(luò)中分組的長度、尋址方式、通信協(xié)議進(jìn)行變化，使得異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)能夠互聯(lián)互通。

6、數(shù)據(jù)鏈路層

這一層的功能是建立、維持和釋放網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的數(shù)據(jù)鏈路，這種數(shù)據(jù)鏈路對網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為一條無差錯的信道。相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換是分幀進(jìn)行的，各幀按順序傳送，并通過接收端的檢驗(yàn)檢查和應(yīng)答保證可靠地傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層對損壞、丟失和重復(fù)的幀應(yīng)能進(jìn)行處理，這種處理過程對網(wǎng)絡(luò)層是透明的。相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸也有流量控制的問題，數(shù)據(jù)鏈路層把流量控制和差錯控制合在一起進(jìn)行。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)幀和發(fā)回答幀的雙向通信問題要有特殊的解決辦法，有時(shí)由反向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀“捎帶”應(yīng)答信息，這是一種極巧妙而又高效率的控制機(jī)制。

7、物理層

這一層規(guī)定通信設(shè)備機(jī)械的、電氣的、功能的和過程的特性，用以建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體鍵的連接。具體地說，這一層的規(guī)程都與電路上傳輸?shù)脑嘉挥嘘P(guān)，它涉及到什么信號代表“1”，什么信號代表“0”；一位持續(xù)多少時(shí)間；傳輸是雙向的，還是單向的；一次通信中發(fā)送方和接收方如何應(yīng)答；設(shè)備之間連接件的尺寸和接頭數(shù)；以及每根連線的用途等。

OSI協(xié)議集

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織除定義了OSI參考模型之外，還開發(fā)了實(shí)現(xiàn)7個(gè)功能層次的各種協(xié)議和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，這些協(xié)議和服務(wù)通稱為“OSI協(xié)議”。OSI協(xié)議是一些已有的協(xié)議和ISO新開發(fā)的協(xié)議的混合體，例如，大部分物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是采納了現(xiàn)有的協(xié)議，而數(shù)據(jù)鏈路層以上的協(xié)議是ISO自行起草的。產(chǎn)生OSI協(xié)議的目的是提出能滿足所有組網(wǎng)需求的國際標(biāo)準(zhǔn)，但是截至到目前為止，實(shí)現(xiàn)情況離這一目標(biāo)還很遙遠(yuǎn)。

雖然OSI協(xié)議集的實(shí)現(xiàn)缺乏商業(yè)動力，但是OSI/RM作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知識框架，對于學(xué)習(xí)和理解網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)還是有用的。全國計(jì)算機(jī)與信息處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會開放系統(tǒng)互連分技術(shù)委員負(fù)責(zé)把ISO/TC95/SC21標(biāo)準(zhǔn)采納為國家標(biāo)準(zhǔn)，它制定的“開放系統(tǒng)互連——基本參考模型”與ISO OSI/RM相同。

和其他協(xié)議集一樣，OSI協(xié)議是實(shí)現(xiàn)某些功能的過程的描述和說明。每一個(gè)OSI協(xié)議都詳細(xì)地規(guī)定了特定層次的功能特性。OSI協(xié)議集如下。

1、物理層協(xié)議

在物理層，OSI采納了各種現(xiàn)成的協(xié)議，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN，以及FDDI、IEEE 802.3、IEEE 802.4和IEEE 802.5的物理層協(xié)議。

2、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

在數(shù)據(jù)鏈路層，OSI的協(xié)議集也是采納了當(dāng)前流行的協(xié)議，其中包括HDLC、LAP-B以及IEEE 802的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（ISO 8802）。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和服務(wù)于具體的物理傳輸技術(shù)有關(guān)。雖然上面的功能層一般是每層對應(yīng)一個(gè)協(xié)議，而在數(shù)據(jù)鏈路層卻不是這樣，為了有效地利用各種傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)鏈路層用不同的協(xié)議滿足不同的技術(shù)要求。

3、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)層提供兩種服務(wù)；面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)。ISO 8348文件定義了面向連接的服務(wù)（CONS），與此對應(yīng)的協(xié)議是CCITT X.213，這兩個(gè)文件的規(guī)定與X.25分組級協(xié)議（PLP）一致。ISO8473文件定義了無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)CLNS。在OSI參考模型中，各個(gè)層次除了服務(wù)定義文件外，還有定義該功能的協(xié)議規(guī)范文件，但是在網(wǎng)絡(luò)層沒有相應(yīng)的協(xié)議規(guī)范文件。原因是通信網(wǎng)絡(luò)一般是由PTT（Post Telephone &Telegraph）提供的，網(wǎng)絡(luò)的提供者或者按照其原有的規(guī)定建網(wǎng)，或者按照CCITT的建議提供服務(wù)，因而對網(wǎng)絡(luò)功能的標(biāo)準(zhǔn)化不感興趣。

ISO 8878文件(或X.223)類似于網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議規(guī)范，它規(guī)定了從X.213服務(wù)原語到X.25分組協(xié)議的映像關(guān)系。按照這個(gè)映像，每一個(gè)X.213原語對應(yīng)一個(gè)或二個(gè)X.25 PLP功能。實(shí)現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是多種多樣的，對于有些網(wǎng)絡(luò)來說，必須增加軟件功能，提供附加的能力， 才能轉(zhuǎn)向OSI的標(biāo)準(zhǔn)形式。例如，非X.25網(wǎng)絡(luò)可能沒有分組排序功能，當(dāng)這種網(wǎng)絡(luò)要轉(zhuǎn)向X.213服務(wù)時(shí)必須增加軟件排序功能。因而OSI網(wǎng)絡(luò)層又分成了三個(gè)子層，ISO 8648文件描述了網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部的組織， 給出了三個(gè)子層的協(xié)議。最上面的子層完成子網(wǎng)無關(guān)的會聚功能(SNIC)，相當(dāng)于網(wǎng)際協(xié)議;中間一個(gè)子層實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)相關(guān)的會聚功能(SNDC)，它的作用是把一個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)改造得適合于網(wǎng)際子層的需要;最下面的子層利用數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)， 實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)訪問功能(SNAC)。三個(gè)子層是任選的，對于不同的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，可以選用或完全不用三個(gè)子層協(xié)議。

另外，關(guān)于網(wǎng)際互連，ISO 9542描述了端系統(tǒng)和中間系統(tǒng)(ES一IS)之間的通信協(xié)議，ISO10589描述了中間系統(tǒng)與中間系統(tǒng)(IS-IS)之間的通信協(xié)議。這兩個(gè)文件是ISO 8473的補(bǔ)充。

4、傳輸層協(xié)議

傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間的界面是用戶和通信子網(wǎng)的界面。傳輸層的任務(wù)是在子網(wǎng)服務(wù)的基礎(chǔ).上提供完整的數(shù)據(jù)傳送，因而在原來OSI協(xié)議集中，傳輸層的功能是提供面向連接的服務(wù)，無連接的服務(wù)是后來增加的.OSI傳輸服務(wù)定義文件是ISO8072,傳輸層協(xié)議規(guī)范文件是ISO8073(連接模式)和ISO 8602 (無連接模式)。

無連接傳輸遠(yuǎn)沒有面向連接的傳輸應(yīng)用得廣泛。由于各種通信子網(wǎng)在服務(wù)模式、殘留錯誤率以及是否發(fā)生網(wǎng)絡(luò)復(fù)位等方面有很大差別，所以要實(shí)現(xiàn)面向連接的傳輸服務(wù)，對不同的子網(wǎng)所需完成的傳輸功能也不同。因而面向連接的傳輸協(xié)議分為5類， 即TPO、TPl、 TP2、TP3和TP4。這5類傳輸協(xié)議在不同的通信子網(wǎng)服務(wù)的基礎(chǔ)上都能提供完整的數(shù)據(jù)傳送，組網(wǎng)時(shí)可根據(jù)子網(wǎng)的情況選用。

5、會話層協(xié)議

通常把第5層以上的各層協(xié)議叫做高層協(xié)議，這些協(xié)議都是ISO制定的，目的是為應(yīng)用程序提供各種不同的服務(wù)。OSI高層協(xié)議一般都有對應(yīng)的CCITT建議。會話層在傳輸層提供的完整的數(shù)據(jù)傳送平臺上提供應(yīng)用進(jìn)程之間組織和構(gòu)造交互作用的機(jī)制，這種機(jī)制表現(xiàn)在會話層服務(wù)定義文件ISO 8326 (CCITT X.215)和協(xié)議規(guī)范文件ISO 8327 (CCITT X.225)中。

OSI會話層協(xié)議是在ECMA（Eurpean Computer Manufacturers Association）提供的會話協(xié)議和CCITT的T.62（Teletex）建議的基礎(chǔ)上制定的，它既包含了面向計(jì)算機(jī)應(yīng)用的功能，也包含了與智能用戶電報(bào)(Teletex) 兼容的功能。這個(gè)協(xié)議集像個(gè)大工具箱，每種工具叫做-一個(gè)功能單元。在一次會話中要使用哪些功能單元，在建立會話連接時(shí)要進(jìn)行協(xié)商。由于有些功能單元可直接作用于應(yīng)用程序，因而使人們懷疑是否有必要保留會話層。不過會話層協(xié)議畢竟作為標(biāo)準(zhǔn)公布了，組網(wǎng)中是否實(shí)現(xiàn)會話層可由用戶決定。

6、表示層協(xié)議

表示層辦議也是OSI制定的，但它出現(xiàn)得很晚，以至于在早期的OSI實(shí)現(xiàn)中完全沒有這一層。表示層原來的用途是規(guī)定用戶信息的表現(xiàn)方式，例如與顯示屏幕有關(guān)的字符集、行的長度和行結(jié)束符等。后來把這些與終端和文件傳輸有關(guān)的功能劃分到了應(yīng)用層，所以表示層的功能就只剩下了關(guān)于數(shù)據(jù)表示的約定。

各種計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)表示可能不同，例如，整數(shù)可能是1的補(bǔ)碼或者是2的補(bǔ)碼，浮點(diǎn)數(shù)的格式可能不同，字節(jié)的順序可能不一樣(高位字節(jié)在前，或低位字節(jié)在前)等， 這些方面的差別在網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)需要統(tǒng)一。OSI處理這個(gè)問題的方法類似于在程序設(shè)計(jì)語言(例如PASCAL或C)中用基本數(shù)據(jù)類型構(gòu)造復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法，其主要思想是用一種抽象語法表示用戶的數(shù)據(jù)。應(yīng)用層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)向下送到表示層時(shí)，表示層用抽象語法表示它的結(jié)構(gòu)，傳送到對方表示層時(shí)，也應(yīng)用同樣的抽象語法解釋它。OSI的第-個(gè)抽象語法是ASN.I( AbstractSyntax Notation 1)，它記錄在ISO 8824 (CCITT X.208)文件中。文件ISO 8825 (CCITT X.209)描述了一種具體的編碼規(guī)則，叫做傳送語法。OSI 表示層服務(wù)定義文件是ISO 8822 (CCITTX.216), 協(xié)議規(guī)范文件是ISO 8823 (CCITT X.226)。表示層過程用于建立連接、控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和同步。它只是個(gè)很簡單的相鄰層之間的“過路”協(xié)議。

7、應(yīng)用層

應(yīng)用層是OSI的最高層，這一層的協(xié)議都與應(yīng)用進(jìn)程間的通信有關(guān)。針對各種應(yīng)用已經(jīng)定義了大量的協(xié)議，還有很多應(yīng)用協(xié)議正在制定之中。

分布式應(yīng)用是多種多樣的，所以O(shè)SI提出了應(yīng)用服務(wù)元素(Application Service Element,ASE)的概念。ASE是建立應(yīng)用程序和通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的構(gòu)件，這些構(gòu)件對大部分應(yīng)用程序是通用的。最主要的ASE有4種，即聯(lián)系控制服務(wù)元素( Association Control Service Element, ACSE)、可靠傳輸服務(wù)元素( Reliable Transfer Service Element, RTSE)、 遠(yuǎn)程操作服務(wù)元素( RemoteOperations ServiceElement, ROSE) 以及提交、并發(fā)和恢復(fù)(Commitment Concurrency andRecovery, CCR)服務(wù)元素。

ACSE提供建立和釋放應(yīng)用層連接的基本功能。RTSE提供用戶數(shù)據(jù)的可靠傳輸，“可靠”是指系統(tǒng)通信可以從崩潰中恢復(fù)。ROSE 提供-種遠(yuǎn)程過程調(diào)用，這種遠(yuǎn)程傳輸可以在兩個(gè)方向上傳送大量數(shù)據(jù)。CCR提供了保證分布式操作準(zhǔn)確、完整、恰好一次性實(shí)現(xiàn)的機(jī)制。定義了四種應(yīng)用服務(wù)元素的ISO和CCITT文件如表所示。

已經(jīng)定義的OSI應(yīng)用層協(xié)議主要有5種: OSI的電子郵件標(biāo)準(zhǔn)(IS 10021) 叫做MOTIS(Message-Oriented Text Interchange System),它是根據(jù)CCITT的X.400建議制定的; OSI的文件傳輸協(xié)議(ISO 8571和ISO 8572)，叫做FTAM (File Transfer Access and Management),這是一個(gè)適用于各種文件類型(包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫文件訪問)的功能很強(qiáng)的文件訪問協(xié)議; OSI 的目錄服務(wù)(Directory Service, DS)協(xié)議(ISO 9594), 來源于CCITTR X.500系列建議，提供分布式數(shù)據(jù)庫功能; OSI的虛擬終端(Virtual Terminal, VT)協(xié)議(ISO 9040和ISO 9041),定，義了表示實(shí)際終端抽象狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于解決各種終端不兼容的問題;關(guān)于網(wǎng)絡(luò)管理，OSI制定了公共管理信息協(xié)議(Common Management Information Protocol, CMIP)和公共管理信息服務(wù)(Common Management Information Service, CMIS), CMIP/CMIS建立在一一個(gè)大的管理信息數(shù)據(jù)庫上，對網(wǎng)絡(luò)中的資源、交通和安全等進(jìn)行管理，它們包含在ISO 9595和ISO 9596兩個(gè)文件中。