OSI模型详解

Posted 2021-02-06 gunxiaoshi

开放系统互联模型（OSI）

 

Layer1：物理层

它定义了设备与物理传输介质（例如，电缆，光纤电缆或射频链路）之间的关系。这包括针对无线设备的连接设备和频率（5 GHz或2.4 GHz等）的引脚，电压，线路阻抗，电缆规格，信号时序和类似特性的布局。它负责在物理介质中传输和接收非结构化原始数据。比特率控制是在物理层完成的。它可以将传输模式定义为单工，半双工和全双工。它将网络拓扑定义为总线，网格或环是最常见的一些。

物理层是一些低级网络设备，例如一些集线器，布线和中继器。物理层从不关心上层协议，这一层硬件的例子是网络适配器，中继器，网络集线器，调制解调器和光纤媒体转换器。

 

Layer2：数据链路层

数据链路层提供节点到节点的数据传送两个直接连接的节点之间的链路。它检测并可能纠正物理层中可能发生的错误。它定义了建立和终止两个物理连接设备之间连接的协议。它还定义了它们之间的流量控制协议

服务：

1.    将网络数据包封装成帧

2.    帧同步：基于时间，字节计数（很少使用），含字节填充的分界符法，含位填充的分界符法，物理层编码违例法（最后两种常用）

3.    逻辑链路控制(LLC)子层

o   差错控制

·  差错检测：

帧损坏（原理：利用冗余信息检错）——>循环冗余校验（CRC），帧丢失

重复代码，奇偶位，校验和，加密散列函数，纠错码

·  差错纠正：

§  反馈检测：数据传输时，接收方将接收到的数据重新发回发送方，由发送方检查是否与原始数据完全相符。若不相符，则发送方发送一个控制字符（如DEL）通知接收方删去出错的数据，并重新发送该数据；若相符，则发送下一个数据。

§  自动重发请求（ARQ）：发送数据帧附加冗余检错码，根据冗余检错码判断是否错误，若发现错误会返回一个很少的请求重发的应答。

§  空闲重发请求（Idle RQ）（也是流量控制的一种体现）：也叫停等法，发送方每次仅将当前信息帧作为待确认帧保留在缓冲存储器中。当发送方开始发送信息帧时，随即启动计时器。 当接收方检测到一个含有差错的信息帧时，便舍弃该帧。当接收方收到无差错的信息帧后，即向发送方返回一个确认帧。 若发送方在规定时间内未能收到确认帧(即计时器超时)，则应重发存于缓冲器中待确认信息帧。若发送方在规定时间内收到确认帧，即将计时器清零，继而开始下一帧的发送。优点是所需的缓冲存储空间很小。

§  连续重发请求（continus RQ）：

连续重发请求方案是指发送方可以连续发送一系列信息帧，即不用等前一帧被确认便可发送下一帧。这就需要一个较大的缓冲存储空间（称作重发表），用以存放若干待确认的信息帧。每当发送站收到对某信息帧的确认帧后，便从重发表中将该信息帧删除。所以，连续RQ方案的链路传输效率大大提高，但相应地需要更大的缓冲存储空间。

 

o   流量控制

·        停等

·        滑动窗口

   4. 介质访问控制(MAC)子层

o   CSMA/CD CSMA/CA

o   MAC寻址

o   LAN交换（分组交换），MAC过滤，STP和最短路径桥接（SPB）

o   存储转发交换或直接交换

o   QoS控制

o   VLAN

 

Layer3：网络层（分组转发）

网络层通过一个或多个网络将可变长度的网络数据包从源传输到目标主机的方法。网络层响应来自传输层的请求，并向数据里哪路层链路层发布服务请求。

 

3.网络层（Network Layer）：网络层负责将各个子网之间的数据进行路由选择，分组与重组。本层中数据传输的单位为数据包（packet）。属于本层定义的规范有IP、IPX、RIP、OSPF、ICMP、IGMP等。实际使用中的设备如路由器属于本层。

 

功能：

无连接通信：IP是无连接的，因为数据包无需确认，因此消息是不可靠的

主机寻址：每台主机必须有一个唯一的地址来确定它的位置

消息转发：与其他网络进行广域通信，在路由器之间转发数据包

辅助协议

Internet控制报文协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）。

o   是IP的一个辅助协议，我们将它标注为3.5层协议。 IP层使用它与其他主机或路由器的IP层之间交换差错消息和其他重要信息。

o    ICMP有两个版本：IPv4使用的ICMPv4， IPv6使用的ICMPv6。ICMPv6是相当复杂的,包括地址自动配置和邻居发现等功能，它们在IPv4网络中由其他协议(例如ARP)处理。虽然ICMP主要由IP使用，但它也能被其他应用使用。事实上，两个流行的诊断工具(ping和traceroute)也使用ICMP。 ICMP消息被封装在IP数据报中,采用与传输层PDU相同的封装方式。

Internet 组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP）。

o   是IPv4的另一个辅助协议。它采用组播寻址和交付来管理作为组播组成员的主机(一组接收方接收一个特定目的地址的组播流量)。我们在这里只描述广播和组播的一般特点，

o   IGMP和组播监听发现(MLD，用于IPv6)协议。

 

Layer4：传输层

传输层的协议为应用程序提供主机到主机的通信服务，提供面向连接的通信，可靠性，流量控制，复用等

TCP面向连接的传输，无连接的UDP用于简化消息传输。，该组中的其他协议是数据包拥塞控制协议（DCCP）和流控制传输协议(STCP)

 

服务：传输层通过传输层协议的编程接口传递给应用程序

·        面向连接的通信

·        统一交付

·        可靠性：由于网络拥塞和错误，数据包早传输过程中可能会丢失。通常诸如校验和之类的错误检测码，传输协议可以检查数据没有被破坏，并且通过向发送者发送ACK来验证正确的接收

·        流量控制：防止快速发送方传输比接收数据缓冲区支持的更多数据，从而导致缓冲区溢出，流量控制可防止发送者压倒接收者

·        拥塞避免：拥塞控制调整流量进入电信网络，以避免因超额订阅而导致的充斥性崩溃，通过降低数据包的速率来完成。拥塞控制防止发送者压倒网络

o   慢启动

o   拥塞避免

o   快重传

o   快恢复

·        并发传输：：端口可以在单个节点上提供多个端点，计算机应用程序将分别在自己的端口上侦听信息，从而可以同时使用多个网络服务

 

TCP支持虚电路，即通过底层面向分组的数据报网络提供面向连接的通信。在隐藏应用程序进程的数据包模式通信时传送字节流。这涉及连接建立，将数据流划分成称为段的分组，分段编号和无序数据的重新排序

传输层协议（例如TCP，但不是UDP）提供端到端的可靠通信，即通过错误检测代码和自动重复请求（ARQ）协议进行错误恢复。ARQ协议还提供流量控制，这可能与拥塞避免相结合

 

UDP通常提供更高的吞吐量和更短的等待时间，因此通常用于实时多媒体通信，偶尔可以接受数据包丢失，例如IP电视和IP电话以及在线计算机游戏

 

Layer5：会话层

在会话层控制计算机之间的对话（连接）。它建立，管理和终止本地和远程应用程序之间的连接。它提供全双工，半双工或单工操作，并建立点校验，休眠，终止和重启程序。OSI模型使该层负责优雅地关闭会话，这是传输控制协议的一个属性，也适用于会话检查点和恢复，这在Internet协议套件中通常不使用。会话层通常在使用远程过程调用的应用程序环境中显式实现。

利用传输层提供的服务，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

 服务：

·        认证

·        授权

·        会话恢复

 

主要功能：

（1）为会话实体间建立连接

①会话地址映射传输地址

②选择QoS

③会话参数协商

④识别各会话连接

⑤传送有限的透明用户数据

（2）数据传输阶段

实现有组织的同步的数据传输，会话用户之间的数据传送过程是将SSDU（用户数据单元）转变为SPDU（协议数据单元）

（3）连接释放

 

会话劫持与安全

解决劫持的问题：阻止和检测，加密，SSH在本地和远程主机上建立加密的通道

 

Layer6：表示层

表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它只关心信息发出的语法和语义

 服务：

·        数据转换

·        字符代码翻译

·        压缩

·        加密和解密

 

Layer7：应用层

应用层直接和应用程序接口并提供常见的网络应用服务。应用层也向表示层发出请求。

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

协议：

远程登录主机Telnet

文件传输FTP，简单文件传输TFTP

简单邮件传输协议SMTP

域名系统DNS

主机初始化BOOTP

SNMP，基于TCP的通用管理信息协议CMOT