网络七层结构介绍

Micah2013年06月15日 12:31 分类 : IT技术  > 网络技术
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OSI 开放式系统互联模型是1984年国际标准化组织(ISO)提出的一个参考模型。此模型作为网络通信的概念性标准框架,使通信在不同的制造商的设备和应用软件所形成的网络上的进行成为可能。

OSI 开放式系统互联模型是1984年国际标准化组织(ISO)提出的一个参考模型。此模型作为网络通信的概念性标准框架,使通信在不同的制造商的设备和应用软件所形成的网络上的进行成为可能。现在此模型已成为一個主要的结构模型用于计算机之间和网络间的通信。目前使用的大多数网络通信协议都基于 OSI 模型的结构。OSI 将其定义为七层,即将网络计算机中有关活动信息的任务划分为七个更小、更易于处理的任务组。一个任务或任务组被分配到一个 OSI 层。每一层都是独自存在的,因此分配到各层的任务能够独立地执行。这样使得由其中某层提供的解决方案能够在不影响其他层的情况下被更新。


一、网络七层结构定义

OSI 七层模型的每一层具有清晰的特点。基本来说,第七至第四层处理首尾相连的数据源和目的地址间的通信,而第三至第一层处理网络设备间的通信时。另一方面,OSI 模型的七个层可以划分为两组:上层(层7、层6和层5)和下层(层4、层3、层2和层1)。OSI 模型的上层处理应用信息,并且只在软件上执行。最高层,即应用层是与终端用户最接近的。OSI 模型的下层是处理数据传输的。物理层和数据链路层上的信息执行是在硬件和软件上。最底层,即物理层是与物理网络媒介(比如说电线)最接近的,并且负责在媒介上替换数据。图2-1是OSI七层模型的示意。


二、网络七层协议的功能


1、物理层(Physical)

物理层是OSI的第一层,它虽然处于最底层,却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备,为数据传输提供可靠的环境。

媒体和互连设备物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。DTE即数据终端设备,又称物理设备,如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备,如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE DCE,再经过DCE DTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置,如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆,T形接头、插头,接收器,发送器,中继器等都属于物理层的媒体和连接器。

2、数据链路层(Date Link)

数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。媒体是长期的,连接是有生存期的。在连接生存期内,收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程。这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错,为了弥补物理层上的不足,为上层提供无差错的数据传输,就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除,对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。

3、网络层(Networt)

网络层的产生也是网络发展的结果。在联机系统和线路交换的环境中,网络层的功能没有太大意义。当数据终端增多时。它们之间有中继设备相连。此时会出现一台终端要求不只是与惟一的一台而是能和多台终端通信的情况,这就产生了把任意两台数据终端设备的数据链接起来的问题,也就是路由或寻径。另外,当一条物理信道建立之后,被一对用户使用,往往有许多空闲时间被浪费掉了。于是人们自然会希望让多对用户共用一条链路。为解决这一问题,就出现了逻辑信道技术和虚拟电路技术。

在具有开放特性的网络中的数据终端设备,都要配置网络层的功能。现在市场上销售的网络硬件设备主要有网关和路由器等。

4、传输层(Transport)

传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时,第一个端到端的层次,具有缓冲作用。当网络层服务质量不能满足要求时,它将服务加以提高,以满足高层的要求;当网络层服务质量较好时,它只用很少的工作。传输层还可进行复用,即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。传输层也称为运输层。传输层只存在于端开放系统中,是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层,但是很重要的一层。因为它是由源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层。

世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。例如电话交换网、分组交换网、公用数据交换网。局域网等通信子网都可互连,但它们提供的吞吐量、传输速率、数据延迟通信费用各不相同。对于会话层来说,却要求有一性能恒定的界面。传输层就承担了这一功能。它采用分流/合流,复用/介复用技术来调节上述通信子网的差异,使会话层感受不到。

此外传输层还要具备差错恢复、流量控制等功能,以此对会话层屏蔽通信子网在这些方面的细节与差异。传输层面对的数据对象已不是网络地址和主机地址,而是和会话层的界面端口。上述功能的最终目的是为会话提供可靠的、无误的数据传输。传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段、数据传送阶段、传输连接释放阶段3个阶段才算完成一个完整的服务过程。

5、会话层(Session)

会话层提供的服务可使应用建立和维持会话,并能使会话获得同步。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。会话层、表示层、应用层构成开放系统的高3层,面对应用进程提供分布处理、对话管理、信息表示、恢复最后的差错等。

6、表示层(Presertation)

表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言,以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要,是因为不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。在这种情况下,便需要会话层来完成这种转换。通过前面的介绍,我们可以看出,会话层以下5层完成了端到端的数据传送,并且是可靠、无差错的传送。但是数据传送只是手段而不是目的,最终是要实现对数据的使用。由于各种系统对数据的定义并不完全相同,最易明白的例子是键盘,其上的某些键的含义在许多系统中都有差异。这自然给利用其他系统的数据造成了障碍。表示层和应用层就担负了消除这种障碍的任务。

对于用户数据来说,可以从两个侧面来分析,一个是数据含义被称为语义,另一个是数据的表示形式,称做语法。像文字、图形、声音、文种、压缩和加密等都属于语法范畴。表示层设计了3类15种功能单位,其中上下文管理功能单位就是沟通用户间的数据编码规则,以便双方有一致的数据形式,能够互相认识。

7、应用层(Application)

应用层向应用程序提供服务,这些服务按其向应用程序提供的特性分成组,并称之为服务元素。有些可为多种应用程序共同使用,有些则为较少的一类应用程序使用。应用层是开放系统的最高层,是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务。其服务元素分为两类:公共应用服务元素CASE和特定应用服务元素SASE。CASE提供最基本的服务,它成为应用层中任何用户和任何服务元素的用户,主要为应用进程通信、分布系统实现提供基本的控制机制。特定服务SASE则要满足一些特定服务,如文卷传送、访问管理、作业传送、银行事务、订单输入等。

通过 OSI 层,信息可以从一台计算机的软件应用程序传输到另一台的应用程序上。例如,计算机 A 要将信息从其应用程序上发送到计算机 B 的应用程序,计算机 A 中的应用程序需要将信息先发送到它本身的应用层(第七层),然后此层将信息发送到表示层(第六层),表示层将数据转送到会话层(第五层),如此继续,直至物理层(第一层)。在物理层,数据通过物理网络媒介被替换,并且被发送至计算机 B。计算机 B 的物理层接收来自物理媒介的数据,然后将信息向上发送至数据链路层(第二层),再转送给网络层,依次继续直到信息到达计算机B的应用层。最后,计算机 B 的应用层再将信息传送给应用程序接收端,从而完成通信过程。下面图示说明了这一过程:

OSI 的七层使用各种各样控制信息框架,来和其他计算机体系的对应层进行通信。控制信息由特殊请求和说明构成,这些请求和说明在对应 OSI 层间进行交换。每一层数据的协议头和协议尾都是两个携带控制信息的基本框架。


OSI七层模型介绍

OSI是一个开放性的通行系统互连参考模型,他是一个定义的非常好的协议规范。OSI模型有7层结构,每层都可以有几个子层。下面我简单的介绍一下这7层及其功能。


OSI的7层从上到下分别是


7 应用层

6 表示层

5 会话层

4 传输层

3 网络层

2 数据链路层

1 物理层


其中高层,既7、6、5、4层定义了应用程序的功能,下面3层,既3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。下面我给大家介绍一下这7层的功能:


(1)应用层:与其他计算机进行通讯的一个应用,它是对应应用程序的通信服务的。例如,一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码,从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是,如果添加了一个传输文件的选项,那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例:telnet,HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。


(2)表示层:这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如,FTP允许你选择以二进制或ASII格式传输。如果选择二进制,那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASII格式,发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASII后发送数据。在接收方将标准的ASII转换成接收方计算机的字符集。示例:加密,ASII等。


(3)会话层:他定义了如何开始、控制和结束一个会话,包括对多个双向小时的控制和管理,以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用,从而使表示层看到的数据是连续的,在某些情况下,如果表示层收到了所有的数据,则用数据代表表示层。示例:RPC,SQL等。


(4)传输层:这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议,及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用,还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例:TCP,UDP,SPX。


(5)网络层:这层对端到端的包传输进行定义,他定义了能够标识所有结点的逻辑地址,还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质,网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例:IP,IPX等。


(6)数据链路层:他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的歌种介质有关。示例:ATM,FDDI等。


(7)物理层:OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准,这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例:Rj45,802.3等。


OSI分层的优点:


(1)人们可以很容易的讨论和学习协议的规范细节。


(2)层间的标准接口方便了工程模块化。


(3)创建了一个更好的互连环境。


(4)降低了复杂度,使程序更容易修改,产品开发的速度更快。


(5)每层利用紧邻的下层服务,更容易记住个层的功能。


大多数的计算机网络都采用层次式结构,即将一个计算机网络分为若干层次,处在高层次的系统仅是利用较低层次的系统提供的接口和功能,不需了解低层实现该功能所采用的算法和协议;较低层次也仅是使用从高层系统传送来的参数,这就是层次间的无关性。因为有了这种无关性,层次间的每个模块可以用一个新的模块取代,只要新的模块与旧的模块具有相同的功能和接口,即使它们使用的算法和协议都不一样。

Micah
IT技术整理

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