詳解OSI七層模型的功能和協(xié)議集

OSI七層模型的功能

1、應用層

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

一個應用是由一些合作的應用進組成的，這些應用進程根據應用層協(xié)議互相通信。應用進程還是數據交換的源和宿，也可以被看作是應用層的實體。應用進程可以是任何形式的操作過程，例如，手工的、計算機化得或工業(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)議和遠程作業(yè)錄入協(xié)議等。

２、表示層

表示層的用途是提供一個應用層選擇的服務的集合，是的應用層可以根據這些服務功能解釋數據的涵義。表示層一下各層只關心如何可靠地傳輸數據，而表示層關心的是所傳輸數據的表現方式、它的語法和語義。表示服務的例子的數據編碼、數據壓縮格式和加密技術等。

3、會話層

會話層支持兩個表示層實體之間的交互作用。它提供的會話服務可分為如下兩類。

（1）把兩個表示實體結合在一起，或者把它們分開，這叫會話管理。

（2）控制兩個表示實體件的數據交換過程。例如，分段、同步等，者一類叫會話服務。

通過計算機網絡的會話和人們打電話不一樣，更和人們當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（例如傳輸一個長文件）需要分段，一段一段地進行，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

這一層在底層服務的基礎上提供一種通用的傳輸服務。會話實體利用這種透明的數據傳輸服務而不必考慮下層通信網絡的工作細節(jié)，并使數據傳輸能高效地進行。傳輸層用多路復用或分流的方式優(yōu)化網絡的傳輸效率。當會話實體要求建立一條傳輸連接時，傳輸層要求建立一個對應的網絡連接。如果要求較高的吞吐率，傳輸層可能為其建立多個網絡連接；如果要求的傳輸速率不是很高，單獨創(chuàng)建和維持一個網絡連接不合算，則傳輸層就可考慮把幾個傳輸連接多路復用到一個網絡連接上。這樣的多路復用和分流對傳輸層以上是透明的。

傳輸層的服務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立報文傳輸，或多目標報文廣播。這些服務可由會話實體根據具體情況選用。傳輸連接在其兩端進行流量控制，以免高速主機發(fā)送的信息流淹沒低速主機。傳輸層協(xié)議是真正的源端到目標端的協(xié)議，它由傳輸連接兩端的傳輸實體處理。傳輸層下面的功能層協(xié)議都是通信子網中的協(xié)議。

5.網絡層

這一層的功能屬于通信子網，它通過網絡連接交換傳輸層實體發(fā)出的數據。網絡層把上層來的數據組織成分組在通信子網的節(jié)點之間交換傳送。交換過程中要解決的關鍵問題是選擇路徑，路徑既可以是固定不變的，也可以是根據網絡的負載情況動態(tài)變化的。另外一個要解決的問題是防止網絡中出現局部的擁擠或全面的阻塞。此外，網絡層還應有記賬功能，以便根據通信過程中交換的分組數（或字符數、位數）收費。

當傳送的分組跨越一個網絡的邊界時，網絡層應該對不同網絡中分組的長度、尋址方式、通信協(xié)議進行變化，使得異構型網絡能夠互聯互通。

6、數據鏈路層

這一層的功能是建立、維持和釋放網絡實體之間的數據鏈路，這種數據鏈路對網絡層表現為一條無差錯的信道。相鄰節(jié)點之間的數據交換是分幀進行的，各幀按順序傳送，并通過接收端的檢驗檢查和應答保證可靠地傳輸。數據鏈路層對損壞、丟失和重復的幀應能進行處理，這種處理過程對網絡層是透明的。相鄰節(jié)點之間的數據傳輸也有流量控制的問題，數據鏈路層把流量控制和差錯控制合在一起進行。兩個節(jié)點之間傳輸數據幀和發(fā)回答幀的雙向通信問題要有特殊的解決辦法，有時由反向傳輸的數據幀“捎帶”應答信息，這是一種極巧妙而又高效率的控制機制。

7、物理層

這一層規(guī)定通信設備機械的、電氣的、功能的和過程的特性，用以建立、維持和釋放數據鏈路實體鍵的連接。具體地說，這一層的規(guī)程都與電路上傳輸的原始位有關，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答；設備之間連接件的尺寸和接頭數；以及每根連線的用途等。

OSI協(xié)議集

國際標準化組織除定義了OSI參考模型之外，還開發(fā)了實現7個功能層次的各種協(xié)議和服務標準，這些協(xié)議和服務通稱為“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，大部分物理層和數據鏈路層協(xié)議是采納了現有的協(xié)議，而數據鏈路層以上的協(xié)議是ISO自行起草的。產生OSI協(xié)議的目的是提出能滿足所有組網需求的國際標準，但是截至到目前為止，實現情況離這一目標還很遙遠。

雖然OSI協(xié)議集的實現缺乏商業(yè)動力，但是OSI/RM作為網絡系統(tǒng)的知識框架，對于學習和理解網絡標準還是有用的。全國計算機與信息處理標準化技術委員會開放系統(tǒng)互連分技術委員負責把ISO/TC95/SC21標準采納為國家標準，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)議是實現某些功能的過程的描述和說明。每一個OSI協(xié)議都詳細地規(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、數據鏈路層協(xié)議

在數據鏈路層，OSI的協(xié)議集也是采納了當前流行的協(xié)議，其中包括HDLC、LAP-B以及IEEE 802的數據鏈路層協(xié)議（ISO 8802）。數據鏈路層協(xié)議和服務于具體的物理傳輸技術有關。雖然上面的功能層一般是每層對應一個協(xié)議，而在數據鏈路層卻不是這樣，為了有效地利用各種傳輸技術，數據鏈路層用不同的協(xié)議滿足不同的技術要求。

3、網絡層協(xié)議

網絡層提供兩種服務；面向連接的服務和無連接的服務。ISO 8348文件定義了面向連接的服務（CONS），與此對應的協(xié)議是CCITT X.213，這兩個文件的規(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絡服務CLNS。在OSI參考模型中，各個層次除了服務定義文件外，還有定義該功能的協(xié)議規(guī)范文件，但是在網絡層沒有相應的協(xié)議規(guī)范文件。原因是通信網絡一般是由PTT（Post Telephone &Telegraph）提供的，網絡的提供者或者按照其原有的規(guī)定建網，或者按照CCITT的建議提供服務，因而對網絡功能的標準化不感興趣。

ISO 8878文件(或X.223)類似于網絡層的協(xié)議規(guī)范，它規(guī)定了從X.213服務原語到X.25分組協(xié)議的映像關系。按照這個映像，每一個X.213原語對應一個或二個X.25 PLP功能。實現兩種網絡服務的基礎網絡是多種多樣的，對于有些網絡來說，必須增加軟件功能，提供附加的能力， 才能轉向OSI的標準形式。例如，非X.25網絡可能沒有分組排序功能，當這種網絡要轉向X.213服務時必須增加軟件排序功能。因而OSI網絡層又分成了三個子層，ISO 8648文件描述了網絡層內部的組織， 給出了三個子層的協(xié)議。最上面的子層完成子網無關的會聚功能(SNIC)，相當于網際協(xié)議;中間一個子層實現子網相關的會聚功能(SNDC)，它的作用是把一個具體的網絡服務改造得適合于網際子層的需要;最下面的子層利用數據鏈路服務， 實現子網訪問功能(SNAC)。三個子層是任選的，對于不同的基礎網絡，可以選用或完全不用三個子層協(xié)議。

另外，關于網際互連，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。這兩個文件是ISO 8473的補充。

4、傳輸層協(xié)議

傳輸層和網絡層之間的界面是用戶和通信子網的界面。傳輸層的任務是在子網服務的基礎.上提供完整的數據傳送，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，無連接的服務是后來增加的.OSI傳輸服務定義文件是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)。

無連接傳輸遠沒有面向連接的傳輸應用得廣泛。由于各種通信子網在服務模式、殘留錯誤率以及是否發(fā)生網絡復位等方面有很大差別，所以要實現面向連接的傳輸服務，對不同的子網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服務的基礎上都能提供完整的數據傳送，組網時可根據子網的情況選用。

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，目的是為應用程序提供各種不同的服務。OSI高層協(xié)議一般都有對應的CCITT建議。會話層在傳輸層提供的完整的數據傳送平臺上提供應用進程之間組織和構造交互作用的機制，這種機制表現在會話層服務定義文件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）建議的基礎上制定的，它既包含了面向計算機應用的功能，也包含了與智能用戶電報(Teletex) 兼容的功能。這個協(xié)議集像個大工具箱，每種工具叫做-一個功能單元。在一次會話中要使用哪些功能單元，在建立會話連接時要進行協(xié)商。由于有些功能單元可直接作用于應用程序，因而使人們懷疑是否有必要保留會話層。不過會話層協(xié)議畢竟作為標準公布了，組網中是否實現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，但它出現得很晚，以至于在早期的OSI實現中完全沒有這一層。表示層原來的用途是規(guī)定用戶信息的表現方式，例如與顯示屏幕有關的字符集、行的長度和行結束符等。后來把這些與終端和文件傳輸有關的功能劃分到了應用層，所以表示層的功能就只剩下了關于數據表示的約定。

各種計算機內部的數據表示可能不同，例如，整數可能是1的補碼或者是2的補碼，浮點數的格式可能不同，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絡傳輸時需要統(tǒng)一。OSI處理這個問題的方法類似于在程序設計語言(例如PASCAL或C)中用基本數據類型構造復雜數據結構的方法，其主要思想是用一種抽象語法表示用戶的數據。應用層的協(xié)議數據單元(APDU)向下送到表示層時，表示層用抽象語法表示它的結構，傳送到對方表示層時，也應用同樣的抽象語法解釋它。OSI的第-個抽象語法是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、控制數據的發(fā)送和同步。它只是個很簡單的相鄰層之間的“過路”協(xié)議。

7、應用層

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

分布式應用是多種多樣的，所以OSI提出了應用服務元素(Application Service Element,ASE)的概念。ASE是建立應用程序和通信網絡聯系的構件，這些構件對大部分應用程序是通用的。最主要的ASE有4種，即聯系控制服務元素( Association Control Service Element, ACSE)、可靠傳輸服務元素( Reliable Transfer Service Element, RTSE)、 遠程操作服務元素( RemoteOperations ServiceElement, ROSE) 以及提交、并發(fā)和恢復(Commitment Concurrency andRecovery, CCR)服務元素。

ACSE提供建立和釋放應用層連接的基本功能。RTSE提供用戶數據的可靠傳輸，“可靠”是指系統(tǒng)通信可以從崩潰中恢復。ROSE 提供-種遠程過程調用，這種遠程傳輸可以在兩個方向上傳送大量數據。CCR提供了保證分布式操作準確、完整、恰好一次性實現的機制。定義了四種應用服務元素的ISO和CCITT文件如表所示。

已經定義的OSI應用層協(xié)議主要有5種: OSI的電子郵件標準(IS 10021) 叫做MOTIS(Message-Oriented Text Interchange System),它是根據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),這是一個適用于各種文件類型(包括遠程數據庫文件訪問)的功能很強的文件訪問協(xié)議; OSI 的目錄服務(Directory Service, DS)協(xié)議(ISO 9594), 來源于CCITTR X.500系列建議，提供分布式數據庫功能; OSI的虛擬終端(Virtual Terminal, VT)協(xié)議(ISO 9040和ISO 9041),定，義了表示實際終端抽象狀態(tài)的數據結構，用于解決各種終端不兼容的問題;關于網絡管理，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(Common Management Information Service, CMIS), CMIP/CMIS建立在一一個大的管理信息數據庫上，對網絡中的資源、交通和安全等進行管理，它們包含在ISO 9595和ISO 9596兩個文件中。