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OSI七层网络结构详解

2024-07-22 15:22:47   223人阅读

OSI模型的分层结构

    OSI(Open System Interconnection)，开放式系统互联参考模型 ，它把网络协议从逻辑上分为了7层。这7层分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，每一层都有相关、相对应的物理设备，比如常规的路由器是三层交换设备，常规的交换机是二层交换设备。OSI七层模型是一种框架性的设计方法 ，建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题，其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。
相应层的设备，具体如下：
物理层:（各种物理设备）集线器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴电缆
数据链路层:网卡、网桥、交换机
网络层:路由器、第三层交换机
传输层:各种协议、四层交换机
应用层:计算机的各种数据

为什么要分层？

● 减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次，便于查找和纠错；
● 在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操作，各层之间相对独立，一种高层协议可在多种低层协议上运行；
● 能有效刺激网络技术革新，因为每次更新都可以在小范围内进行，不需对整个网络动大手术；

每个层的作用以及本层的设备的功能？

物理层
    Physical Layer，OSI参考模型的最底层或第一层。如规定使用电缆和接头的类型、传送信号的电压等。在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理，单位是bit，这一层的理解相对来说比较容易。
数据链路层
    Datalink Layer，OSI参考模型的第二层。其主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。为了保证传输，从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧。帧中不仅包括原始数据，还包括发送方和接收方的物理地址以及检错和控制信息。如果在传送数据时，接收点检测到所传数据中有差错，就要通知发送方重发这一帧。
    数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。
    交换机(通常所说的都是指第二层交换机)，对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。
    网卡不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等，所以网卡也是工作在数据链路层的设备。尤其需要注意的一点是路由器中也是有网卡的。
    网桥（Bridge）像一个聪明的中继器。中继器从一个网络电缆里接收信号， 放大它们，将其送入下一个电缆。网桥将网络的多个网段在数据链路层连接起来。网桥工作时，是以MAC头部来决定转发端口的，因此显然它是数据链路层的设备。第二层交换机，是根据第二层数据链路层的MAC地址和通过站表选择路由来完成端到端的数据交换的。
网络层
    Network Layer，OSI参考模型的第三层。其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中节点A 到另一个网络中节点B 的最佳路径。这一层本身没有任何错误检测和修正机制，因此，网络层必须依赖于端端之间的由DLL提供的可靠传输服务。路由协议包括IP、Novell公司的IPX以及AppleTalk协议。
    路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点，所以路由器是工作在网络成的设备。
    第三层交换机，是直接根据第三层网络层IP地址来完成端到端的数据交换的，第三层交换机当然也属于工作在网络层的设备。
传输层
    Transport Layer，OSI参考模型的第四层。传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。除此之外，传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割。例如，以太网无法接收大于1500字节(Byte)的数据包。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片，同时对每一数据片安排一序列号，以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。该过程即被称为排序。
    工作在传输层的一种服务是TCP/IP协议套中的TCP(传输控制协议)，另一项传输层服务是IPX/SPX协议集的SPX(序列包交换)。
    第二层交换机和第三层交换机都是基于端口地址的端到端的交换过程，虽然这种基于MAC地址和IP地址的交换机技术，能够极大地提高各节点之间的数据传输率，但却无法根据端口主机的应用需求来自主确定或动态限制端口的交换过程和数据流量，即缺乏第四层智能应用交换需求。第四层交换机不仅可以完成端到端交换，还能根据端口主机的应用特点，确定或限制它的交换流量。第四层交换机是一类以软件技术为主，以硬件技术为辅的网络管理交换设备。
会话层
    Session Layer，OSI参考模型的第五层。负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。 会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。
    你可能常常听到有人把会话层称作网络通信的“交通警察”。当通过拨号向你的ISP(因特网服务提供商)请求连接到因特网时，ISP 服务器上的会话层向你与你的 PC 客户机上的会话层进行协商连接。若你的电话线偶然从墙上插孔脱落时，你终端机上的会话层将检测到连接中断并重新发起连接。会话层通过决定节点通信的优先级和通信时间的长短来设置通信期限。
表示层
    Presentation Layer，OSI参考模型中的第六层。应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。
    表示层管理数据的解密与加密，如系统口令的处理。例如：在Internet上查询你银行账户，使用的即是一种安全连接。你的账户数据在发送前被加密，在网络的另一端，表示层将对接收到的数据解密。除此之外，表示层协议还对图片和文件格式信息进行解码和编码。
应用层
    Application Layer，OSI参考模型中的最高层，即第七层。应用层也称为应用实体(AE)，它由若干个特定应用服务元素(SASE）和一个或多个公共应用服务元素(CASE)组成。每个SASE提供特定的应用服务，例如文件运输访问和管理(FTAM)、电子文电处理(MHS)、虚拟终端协议(VAP)等。CASE提供一组公共的应用服务，例如联系控制服务元素(ACSE)、可靠运输服务元素(RTSE)和远程操作服务元素(ROSE)等。主要负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序 ，应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。

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