OSI七层参考模型

Posted 2020-11-22

一、OSI简介

OSI参考模型的全称是开放系统互连参考模型，是由国际标准化组织ISO在20世纪80年代初提出来的。ISO自从1946年成立以来，已经提出了多个标准，而ISO/IEC 7498，这个关于网络体系结构的标准定义了网络互连的基本参考模型。当时，网络界出现了以IBM的SNA为代表的若干个网络体系结构，这些体系结构的着眼点往往是各公司内部的网络连接，没有统一的标准，因而它们之间很难互连起来。在这种情况下，ISO提出了OSI参考模型，它最大的特点是开放性。不同厂家的网络产品，只要遵照这个参考模型，就可以实现互连、互操作和可移植性。也就是说，任何遵循OSI标准的系统，只要物理上连接起来，它们之间都可以互相通信。

OSI参考模型定义了开放系统的层次结构和各层所提供的服务。OSI参考模型的一个成功之处在于，它清晰地分开了服务、接口和协议这3个容易混淆的概念。服务描述了每一层的功能，接口定义了某层提供的服务如何被高层访问，而协议是每一层功能的实现方法。通过区分这些抽象概念，OSI参考模型将功能定义与实现细节区分开来，概括性高，使它具有普遍的适应能力。

OSI参考模型是具有7个层次的框架，自底向上的7个层次分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

二、OSI特点

开放系统互连参考模型的特点：
①每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信。
②各个计算机系统都有相同的层次结构。
③不同系统的相应层次具有相同的功能。
④同一系统的各层次之间通过接口联系。
⑤相邻的两层之间，下层为上层提供服务，上层使用下层提供的服务。

三 、OSI模型层次划分原则

OSI将整个通信功能划分为7个层次，划分的原则如下：
(1)网络中所有节点都划分为相同的层次结构，每个相同的层次都有相同的功能。
(2)同一节点内各相邻层次间可通过接口协议进行通信。
(3)每一层使用下一层提供的服务，并向它的上层提供服务。
(4)不同节点的同等层按照协议实现同等层之间的通信。

四、 OSI模型优势

(1)分工合作，责任明确。性质相似的工作划分在同一层，性质不同的工作则划分到不同层，这样每一层的功能都是明确的，每一层都有其负责的工作范围，一旦出现问题，很容易找到问题所在的层，仅对此层加以改善即可。
(2)对等交谈。计算机通过网络进行通信时，按照对等交谈的原则，即同一层找同层，通过各对等层的协议来进行通信，比如，两个对等的网络层使用网络协议通信。
(3)逐层处理，层层负责。在OSI中，两个实体通信必须涉及下一层，只有相邻层之间可以通信，下层向上层提供服务，上层通过接口调用下层的服务，层间不能有越级调用关系，每层功能的实现都是在下层提供服务的基础上完成的。即每一层都是利用下层提供的服务来完成本层功能，并在此基础上为上层提供进一步的服务。

五、OSI七层模型由低到高各层的功能

【1】物理层

规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。具体地讲，机械 特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率 距离限制等；功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义，即定义了DTE和DCE之间各个线路的功能；规程特性定义了利用信号线进行bit流传输的一组 操作规程，是指在物理连接的建立、维护、交换信息是，DTE和DCE双放在各电路上的动作系列。在这一层，数据的单位称为比特（bit）。属于物理层定义的典型规范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。
比如说我们通常知道数字信号其实是由0和1组成的，那么我们是怎么规定0和1的（电压大小），如何确保0和1在传输过程中种种干扰的准确性（传输媒体、编码方式等）。其实物理层的相关知识，仅仅包含通讯信号的特性（机械特性、电气特性、 功能特性、过程特性），但传输媒体实体并不属于物理层。

【2】数据链路层

比特流在此层将数据分帧，并处理流控制，数据链路层用于建立、维持和拆除链路连接，实现无差错传输的功能。在点到点或点到多点的链路上，保证信息的可靠传递。该层对连接相邻的通路进行差错控制、数据成帧、同步等控制。检测差错一般采用循环冗余校验(CRC)，纠正差错采用计时器恢复和自动请求重发(ARQ)等技术。其典型的协议有OSI标准协议集中的高级数据链路控制协议HDLC。定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问，这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。

数据链路层与物理层组合起来对应实际广泛应用的 TCP/IP 协议中的网络接口层，数据链路层不必考虑物理层如何实现比特传输的细节。
数据链路层定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。并提供功能上和规程上的方法，以便建立、维护和释放网络实体间的数据链路 。

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：

1.如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；
2.如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；
3.以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。

数据链路层的作用主要有三个：

1. IP数据报经路由寻址后，交由下层，也就是数据链路层进行转发。
2. 发送APR请求和应答ARP请求，IP—->MAC的转换。
3. 发送RARP请求和应答RARP请求，MAC—->IP的转换。这个不常用。

【3】网络层

在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择，Internet的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加，而网络层正是管理这种连接的层。网络层规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议。它的主要功能是利用数据链路层所提供的相邻节点间的无差错数据传输功能，通过路由选择和中继功能，实现两个系统之间的连接。在计算机网络系统中，网络层还具有多路复用的功能。

【4】传输层

定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等），如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据），UDP（用户数据报协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的）， 主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组，常常把这一层数据叫做段。传输层完成开放系统之间的数据传送控制。主要功能是开放系统之间的数据的收发确认。同时还用于弥补各种通信网络的质量差异，对经过下三层之后仍然存在的传输差错进行恢复，进一步提高可靠性。另外，还通过复用、分段和组合、连接和分离、分流和合流等技术措施，提高吞吐量和服务质量。面向连接或无连接。包括全双工或半双工、流控制和错误恢复服务。

【5】会话层

通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路，主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）。会话层依靠传输层以下的通信功能使数据传送功能在开放系统间有效地进行。其主要功能是按照在应用进程之间的约定，按照正确的顺序收发数据，进行各种形式的对话。控制方式可以归纳为以下两类：一是为了在会话应用中易于实现接受处理和发送处理的逐次交替变换，设置某一时刻只有一端发送数据。因此需要有交替改变发信端的传送控制。二是在类似文件传送等单方向传送大量数据的情况下，为了防备应用处理中出现意外，在传送数据的过程中需要给数据记上标记。当出现意外时，可以由记标记处重发。例如可以将长文件分页发送，当收到上页的接受确认后，再发下页的内容。

【6】表示层

可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。例如，PC程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码（EBCDIC），而另一台则使用美国信息交换标准码（ASCII）来表示相同的字符。如有必要，表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。主要功能是把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式，提供字符代码、数据格式、控制信息格式、加密等的统一表示。表示层仅对应用层信息内容的形式进行变换，而不改变其内容本身。

【7】应用层

是最靠近用户的OSI层，这一层为用户的应用程序（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供网络服务。其功能是实现应用进程(如用户程序、终端操作员等)之间的信息交换。同时，还具有一系列业务处理所需要的服务功能。

六、OSI七层模型缺点

（1）OSI参考模型的概念划分清晰，但过于复杂
（2） OSI参考模型的缺点是层次过多，划分意义不大但增加了复杂性。
（3）OSI参考模型虽然被看好，由于没把握好时机，技术不成熟，实现困难

鉴于OSI种种在实际应用中逐渐体现出网络结构的不灵活、单一性、复杂性。因此之后就推出另另一种模型即TCP/IP参考模型。