OSI参考模型

时间 2019-11-06 标签 osi 参考模型

OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互联。通常都叫OSI参考模型，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互联模型。该体系结构标准定义了网络互连的七层框架（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层），即ISO开放系统互连参考模型。在这一框架下进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互连性、互操做性和应用的可移植性。[1] 算法

中文名数据库

OSI参考模型安全

外文名网络

Open System Interconnect框架

解释学习

开放式系统互联优化

设定组织网站

国际标准化组织编码

设定时间加密

1985年

目的

开放系统环境中的互连性等

简介

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开放系统OSI标准定制过程当中所采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构方法。在OSI中，采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规定说明。

OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包含的可能的服务。它是做为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精练的归纳与描述进行总体修改。

OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它经过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。同时，各类服务定义还定义了层与层之间的接口和各层的所使用的原语，可是不涉及接口是怎么实现的。

OSI标准中的各类协议精肯定义了应当发送什么样的控制信息，以及应当用什么样的过程来解释这个控制信息。协议的规程说明具备最严格的约束。

ISO/OSI参考模型并无提供一个能够实现的方法。ISO/OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通讯标准的制定。在OSI范围内，只有在各类的协议是能够被实现的而各类产品只有和OSI的协议相一致才能互连。这也就是说，OSI参考模型并非一个标准，而只是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。

在历史来看，在制定计算机网络标准方面起着很大做用的两大国际组织是CCITT和ISO。CCITT与ISO TC97的工做领域是不一样的，CCITT主要是从通讯角度考虑一些标准的制定，而ISO的TC97则关心信息的处理与网络体系结构。可是随着科学技术的发展，通讯与信息处理的界限变得比较模糊了。因而，通讯与信息处理就都成为了CCITT与TC97共同关心的领域。CCITT的建议书X.200就是开放系统互连的基本参考模型，它和ISO 7498基本是相同的。

最先的时候网络刚刚出现的时候，不少大型的公司都拥有了网络技术，公司内部计算机能够相互链接。但是却不能与其它公司链接。由于没有一个统一的规范。计算机之间相互传输的信息对方不能理解。因此不能互联。

划分原则

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ISO为了更好的使网络应用更为普及，就推出了OSI参考模型。其含义就是推荐全部公司使用这个规范来控制网络。这样全部公司都有相同的规范，就能互联了。提供各类网络服务功能的计算机网络系统是很是复杂的。根据分而治之的原则，ISO将整个通讯功能划分为七个层次，划分原则是：

（1）网路中各节点都有相同的层次；

（2）不一样节点的同等层具备相同的功能；

（3）同一节点内相邻层之间经过接口通讯；

（4）每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；

（5）不一样节点的同等层按照协议实现对等层之间的通讯。

（6）根据功能须要进行分层，每层应当实现定义明确的功能。

（7）向应用程序提供服务

分层

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分层的好处是利用层次结构能够把开放系统的信息交换问题分解到一系列容易控制的软硬件模块－层中，而各层能够根据须要独立进行修改或扩充功能，同时，有利于个不一样制造厂家的设备互连，也有利于你们学习、理解数据通信网络。

OSI参考模型中不一样层完成不一样的功能，各层相互配合经过标准的接口进行通讯。

第7层应用层：OSI中的最高层。为特定类型的网络应用提供了访问OSI环境的手段。应用层肯定进程之间通讯的性质，以知足用户的须要。应用层不只要提供应用进程所须要的信息交换和远程操做，并且还要做为应用进程的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。它包括：文件传送访问和管理FTAM、虚拟终端VT、事务处理TP、远程数据库访问RDA、制造报文规范MMS、目录服务DS等协议；应用层能与应用程序界面沟通，以达到展现给用户的目的。在此常见的协议有:HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等。

第6层表示层：主要用于处理两个通讯系统中交换信息的表示方式。为上层用户解决用户信息的语法问题。它包括数据格式交换、数据加密与解密、数据压缩与终端类型的转换。

第5层会话层：在两个节点之间创建端链接。为端系统的应用程序之间提供了对话控制机制。此服务包括创建链接是以全双工仍是以半双工的方式进行设置，尽管能够在层4中处理双工方式；会话层管理登入和注销过程。它具体管理两个用户和进程之间的对话。若是在某一时刻只容许一个用户执行一项特定的操做，会话层协议就会管理这些操做，如阻止两个用户同时更新数据库中的同一组数据。

第4层传输层：—常规数据递送－面向链接或无链接。为会话层用户提供一个端到端的可靠、透明和优化的数据传输服务机制。包括全双工或半双工、流控制和错误恢复服务；传输层把消息分红若干个分组，并在接收端对它们进行重组。不一样的分组能够经过不一样的链接传送到主机。这样既能得到较高的带宽，又不影响会话层。在创建链接时传输层能够请求服务质量，该服务质量指定可接受的误码率、延迟量、安全性等参数，还能够实现基于端到端的流量控制功能。

第3层网络层：本层经过寻址来创建两个节点之间的链接，为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。它包括经过互连网络来路由和中继数据；除了选择路由以外，网络层还负责创建和维护链接，控制网络上的拥塞以及在必要的时候生成计费信息。

第2层数据链路层：在此层将数据分帧，并处理流控制。屏蔽物理层，为网络层提供一个数据链路的链接，在一条有可能出差错的物理链接上，进行几乎无差错的数据传输（差错控制）。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址。经常使用设备有网卡、网桥、交换机；

第1层物理层：处于OSI参考模型的最底层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理链接，以便透明的传送比特流。经常使用设备有（各类物理设备）集线器、中继器、调制解调器、网线、双绞线、同轴电缆。

数据发送时，从第七层传到第一层，接收数据则相反。

上三层总称应用层，用来控制软件方面。下四层总称数据流层，用来管理硬件。除了物理层以外其余层都是用软件实现的。

数据在发至数据流层的时候将被拆分。

在传输层的数据叫段，网络层叫包，数据链路层叫帧，物理层叫比特流，这样的叫法叫PDU（协议数据单元）[2]

各层功能

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(1)物理层(Physical Layer)

物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。它主要关心的是经过物理链路从一个节点向另外一个节点传送比特流，物理链路多是铜线、卫星、微波或其余的通信媒介。它关心的问题有：多少伏电压表明 1？多少伏电压表明0？时钟速率是多少？采用全双工仍是半双工传输？总的来讲物理层关心的是链路的机械、电气、功能和规程特性。

(2)数据链路层(Data Link Layer)

数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点之间的通讯问题，传送的协议数据单元称为数据帧。

数据帧中包含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校验码等信息。该层的主要做用是经过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来讲无差错的数据链路。

此外，数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而致使缓冲器溢出及线路阻塞。

(3)网络层(Network Layer)

网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。该层的主要做用是解决如何使数据包经过各结点传送的问题，即经过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通讯子网中出现过多的数据包而形成网络阻塞，须要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数据包要跨越多个通讯子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。

(4)传输层(Transport Layer)

传输层的做用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通讯的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。

传输层传送的协议数据单元称为段或报文。

(5)会话层(Session Layer)

会话层主要功能是管理和协调不一样主机上各类进程之间的通讯（对话），即负责创建、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的缘由是它很相似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登陆到计算机开始，以注销结束。

(6)表示层(Presentation Layer)

表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另外一系统的应用层读出。若是必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通讯中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。

(7)应用层(Application Layer)

应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层经过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。

数据封装过程

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OSI参考模型中每一个层次接收到上层传递过来的数据后都要将本层次的控制信息加入数据单元的头部，一些层次还要将校验和等信息附加到数据单元的尾部，这个过程叫作封装。

每层封装后的数据单元的叫法不一样，在应用层、表示层、会话层的协议数据单元统称为data（数据），在传输层协议数据单元称为segment（数据段），在网络层称为packet（数据包），数据链路层协议数据单元称为 frame（数据帧），在物理层叫作bits（比特流）。

OSI的数据封装

当数据到达接收端时，每一层读取相应的控制信息根据控制信息中的内容向上层传递数据单元，在向上层传递以前去掉本层的控制头部信息和尾部信息（若是有的话）。此过程叫作解封装。

这个过程逐层执行直至将对端应用层产生的数据发送给本端的相应的应用进程。

以用户浏览网站为例说明数据的封装、解封装过程。

数据封装

当用户输入要浏览的网站信息后就由应用层产生相关的数据，经过表示层转换成为计算机可识别的ASCII码，再由会话层产生相应的主机进程传给传输层。传输层将以上信息做为数据并加上相应的端口号信息以便目的主机辨别此报文，得知具体应由本机的哪一个任务来处理；在网络层加上IP地址使报文能确认应到达具体某个主机，再在数据链路层加上MAC地址，转成bit流信息，从而在网络上传输。报文在网络上被各主机接收，经过检查报文的目的MAC地址判断是不是本身须要处理的报文，若是发现MAC地址与本身不一致，则丢弃该报文，一致就去掉MAC信息送给网络层判断其IP地址；而后根据报文的目的端口号肯定是由本机的哪一个进程来处理，这就是报文的解封装过程。

比喻

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7 应用层：老板

6 表示层：至关于公司中演示文稿、替老板写信的助理

工做比喻

5 会话层：至关于公司中收寄信、写信封与拆信封的秘书

4 传输层：至关于公司中跑邮局的送信职员

3 网络层：至关于邮局中的排序工人

2 数据链路层：至关于邮局中的装拆箱工人

1 物理层：至关于邮局中的搬运工人[1]

模型用途

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OSI模型用途至关普遍。

好比交换机、集线器、路由器等不少网络设备的设计都是参照OSI模型设计的。

网络设计者在解决网络体系结构时常用ISO/OSI（国际标准化组织/开放系统互连）七层模型，该模型每一层表明必定层次的网络功能。最下面是物理层，它表明着进行数据传输的物理介质，换句话说，即网络电缆，其上是数据链路层，它经过网络接口卡提供服务。

若干概念

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上面咱们简单的说明了7层体系的OSI参考模型，为了方便起见，咱们经常把上面的7个层次分为低层与高层。低层为1~4层，是面向通讯的，高层为5~7层，是面向信息处理的。

开放系统互连是使世界范围内的应用进程能开放式（而不是封闭式）的进行信息交换。开放系统互连基本参考模型的正式文件是ISO 7498国际标准，又记为OSI/RM，笼统的称为OSI，我国的相应标准是GB 9387。

为了更好的理解OSI参考模型以及往后更深刻的学习OSI的各个层次，咱们将先对一些容易混淆的概念进行阐述，而后对ISO 7498中最重要的基本概念进行阐述。

首先，在上面咱们已经提及过体系结构的问题，而且已经知道体系结构是抽象的，而实现是具体的。在通常状况下，"系统"是指实际运做的一组物体或物件，而在"OSI系统"这种说法中，"系统"具有其特殊含义（即参考模型），为了区别起见，咱们用"实系统"表示在现实世界中可以进行信息处理或信息传递的自治总体，它能够是一台或多台计算机以及这些计算机相关的软件、外部设备、终端、操做员、信息传输手段的集合。若这种实系统和在和其余实系统通讯时遵照OSI标准，则这个实系统就叫作开放实系统。可是，一个开放实系统的各类功能都不必定和互连有关，而咱们之后要讨论的开放系统互连参考模型中的系统，只是在开放实系统中和互连有关的部分，咱们把这部分系统称为开放系统。

ISO 7498概念

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在OSI标准的制定过程当中，所采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题，在OSI中，问题的处理采用了自上而下逐步求精的方法。先从最高一级的抽象开始，这一级的约束不多，而后逐渐更加精细的进行描述，同时加上愈来愈多的约束，在OSI中，采用了图3-1的三级抽象，这三级抽象分别是：体系结构、服务定义和协议规范，规范也称规格说明。

OSI体系结构也就是OSI参考模型，它是OSI所制定的标准中最高一级的抽象。用比较形式化的语言来说，体系结构至关于对象或客体的类型，而具体的网络则至关于对象的一个实例。OSI参考模型正是描述了一个开放系统所要用到的对象的类型，它们之间的关系以及这些对象类型与这些关系之间的一些广泛的约束。

比OSI参考模型更低一级的抽象是OSI的服务定义。服务定义较详细的定义了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其一些各层的一种能力，它经过接口提供给更高的一层，各层所提供的服务与这些服务是怎样实现的无关。此外，各类服务还定义了层与层之间的抽象接口，以及各层为进行层与层之间的交互而用的服务原语。但这并不涉及到这个接口是怎样实现的。

OSI标准中最低层的抽象是OSI协议规范，各层的协议规范精确的定义：应当发送什么样的控制信息，以及应当用什么样的过程来解释这个控制信息。协议的规范具备最严格的约束。

最后须要知道的是，在制定计算机网络标准方面起着很大做用的两大国际组织CCITT和ISO。许多问题都是他们共同商议决定的。从历史上看，CCITT与ISO的TC97工做领域是很不相同的，CCITT原来是从通讯的角度考虑一些标准的制定，而TC97则关心信息处理。但随着科学技术的发展，通讯与信息处理的界限愈来愈模糊了，因而通讯与信息处理就成为CCITT和TC97所共同关心的领域。CCITT的建议书X．200就是关于开放系统互连参考模型的，它和上面提到的ISO 7498 基本上是相同的。

影响

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OSI是一个定义良好的协议规范集，并有许多可选部分完成相似的任务。
　　它定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系以及各层所包括的可能的任务。是做为一个框架来协调和组织各层所提供的服务。
　　OSI参考模型并无提供一个能够实现的方法，而是描述了一些概念，用来协调进程间通讯标准的制定。即OSI参考模型并非一个标准，而是一个在制定标准时所使用的概念性框架。