day031-osi參考模型與多層協(xié)議概述

1、1許多人認(rèn)為，OSI參考模型所描述的架構(gòu)是在計算時代的初始階段形成的，并且有助于提供許多(如果不是全部)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)指導(dǎo)。但是，這是不正確的觀點。事實上，OSI參考模型在1984年左右引入，而此時互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)已經(jīng)發(fā)展和實現(xiàn)，基本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議已經(jīng)使用很多年。傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)族實際上具有它們自己的模型，今天我們學(xué)習(xí)和理解網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題時還經(jīng)常使用這些模型。正如ISO標(biāo)準(zhǔn)7498-1所述，OSI參考模型提供了供應(yīng)商、工程師、開發(fā)人員和其他人使用的重要指南。這種模型將網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)任務(wù)、協(xié)議和

2、服務(wù)分為不同的層。當(dāng)兩臺計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)通信時，每一層都具有自己的職責(zé)。每一層都有特定的功能，并且由那一層內(nèi)工作的服務(wù)和協(xié)議來實現(xiàn)。OSI模型的目的是幫助其他人開發(fā)出能在開放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)內(nèi)工作的產(chǎn)品。開放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不為任何供應(yīng)商所專有，而且能夠很容易地集成不同的技術(shù)并提供這些技術(shù)的實現(xiàn)。供應(yīng)商將OSI模型當(dāng)成跳板，以開發(fā)出他們自己的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)框架。這些供應(yīng)商以O(shè)SI模型為藍(lán)本，并且開發(fā)他們自己的協(xié)議和服務(wù)，以實現(xiàn)與其他供應(yīng)商不同或重復(fù)的功能。然而，由于這些供應(yīng)商以O(shè)SI為起點，因此與不同供應(yīng)商各自為政開始設(shè)計網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)框架相比，集成不同供應(yīng)商的產(chǎn)品要容易得多， 互操作性問題也不會很嚴(yán)重。2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是決定系

3、統(tǒng)如何在網(wǎng)絡(luò)中通信的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)集。盡管本身有所不同，然而兩個不同系統(tǒng)之所以能夠相互通信和理解，其原因在于它們使用了相同的協(xié)議。這類似于兩個人使用相同的語言就能相互交流和理解。每一層上的協(xié)議都具有特定的職責(zé)、所執(zhí)行的控制功能以及所期望的數(shù)據(jù)格式語法。每一層都有一個特殊的接口（連接點），以允許它與其他3個層交互：（1）與上一層的接口通信；（2）與下一層的接口通信；（3）與目標(biāo)包地址接口中的相同層通信?？刂乒δ艿男问綖閿?shù)據(jù)包的首部和尾部，由每一層上的協(xié)議添加。雖然計算機(jī)通信是物理的（電信號通過線纜從一臺計算機(jī)傳遞到另一臺計算機(jī)），不過它們也通過邏輯通道來通信。特定OSI層上的每個協(xié)議與工作在另一臺計算

4、機(jī)的相同OSI層上的對應(yīng)協(xié)議進(jìn)行通信。此時，通信通過封裝來完成。 封裝的工作過程如下：消息在一臺計算機(jī)上的程序內(nèi)構(gòu)造，接著通過協(xié)議棧向下傳遞。每一層上的協(xié)議都在消息中添加自己的信息，這樣消息的大小在沿協(xié)議棧往下傳遞的過程中會增大。隨后，消息發(fā)送至目標(biāo)計算機(jī)，封裝的過程逆轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)包將被拆開，這與在源計算機(jī)中進(jìn)行封裝的步驟相同。在數(shù)據(jù)鏈路層， 只有與該層相關(guān)的信息會被抽取出來，接著消息發(fā)送至上面一層。接下來在網(wǎng)絡(luò)層，只有網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)被剝離和處理，數(shù)據(jù)包又發(fā)送至上面一層。這就是計算機(jī)的邏輯通信方式。目標(biāo)計算機(jī)剝離的信息會告訴它如何正確解釋和處理這個數(shù)據(jù)包。3應(yīng)用層（application layer）

5、是第七層，它工作在與用戶最為接近的地方，提供文件傳輸、消息交換、終端會話以及更多功能。這一層并不包括實際的應(yīng)用， 但是包括支持這些應(yīng)用的協(xié)議。當(dāng)某個應(yīng)用需要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)時，它就會 將指令和數(shù)據(jù)發(fā)送至在這一層上支持該應(yīng)用的協(xié)議。這一層處理和適當(dāng)格式化 數(shù)據(jù)，并繼續(xù)向下傳遞至OSI模型內(nèi)的下一層。應(yīng)用層構(gòu)造的數(shù)據(jù)包含了每一層通過網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)所需的關(guān)鍵信息之后才會向下傳遞。然后，數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò) 線纜上，直至其到達(dá)目標(biāo)計算機(jī)。應(yīng)用層上的協(xié)議處理文件傳輸、虛擬終端、網(wǎng)絡(luò)管理以及執(zhí)行應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)請求。下面列出了在這個層上工作的一些協(xié)議： 文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)

6、TP） 普通文件傳輸協(xié)議（Trivial File Transfer Protocol，TFTP） 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP） 簡單郵件傳輸協(xié)議（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP） Telnet 超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）4表示層（presentation layer）是第六層，它接收來自應(yīng)用層協(xié)議的信息，然后將信息轉(zhuǎn)變?yōu)樗凶裱璒SI模型的計算機(jī)都能理解的格式。這一層提供了一種其結(jié)構(gòu)能被終端系統(tǒng)正確處理的數(shù)據(jù)表示方式。也就是說，當(dāng)

7、用戶構(gòu)造一個Word 文檔并將其發(fā)送給幾個人時，不必考慮接收計算機(jī)使用什么文字處理程序；每一臺計算機(jī)都能夠接收和理解這個文件，并為用戶顯示一個文檔。支持上述功能的就是表示層上的數(shù)據(jù)表示處理。表示層上的服務(wù)處理標(biāo)準(zhǔn)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)壓縮和解壓以及數(shù)據(jù)的加密和這個層上沒有協(xié)議工作，而只有服務(wù)。下面列出了表示層的一些標(biāo)準(zhǔn)： 美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)編碼（American Standard Code for Information Interchange，ASCII） 擴(kuò)展二進(jìn)制編碼十進(jìn)制交換模式（Extended Binary-Coded Decimal Interchange Mode，EBCDIC） 標(biāo)簽

8、圖像文件格式（Tagged Image File Format，TIFF） 聯(lián)合圖像專家組（Joint Photographic Experts Group，JPEG） 運動圖片專家組（Motion Picture Experts Group，MPEG） 音樂設(shè)施數(shù)字接口（Musical Instrument Digital Interface，MIDI）。5當(dāng)兩個應(yīng)用程序需要通信或傳送數(shù)據(jù)時，就可能需要在兩者之間建立一個連接會話。會話層（session layer）是第五層，它負(fù)責(zé)在兩個應(yīng)用程序之間建立連接。在數(shù)據(jù)傳送過程中保持連接，以及控制這個連接的釋放。對這一層功能的形象類比是電話交談。

9、當(dāng)Kandy想給朋友打電話時，她就會使用電話機(jī)。電話網(wǎng)絡(luò)線路和協(xié)議通過電話線建立連接，并維持通信路徑。當(dāng)Kandy掛斷電話時， 就會釋放用于保持通信連接狀態(tài)的所有資源。在這一層上工作的部分協(xié)議有結(jié)構(gòu)化查詢語言（Structured Query Language， SQL）、NetBIOS和遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC）。會話層協(xié)議使得兩個應(yīng)用程序之間的通信以下列3種模式進(jìn)行： 單工模式 通信只能單方向發(fā)生。 半雙工模式 通信能在兩個方向進(jìn)行，但是一次只有一個應(yīng)用程序能發(fā)送信息。 全雙工模式 通信能在兩個方向進(jìn)行，而且兩個應(yīng)用程序能夠同時發(fā)送信息。會話層上的協(xié)

10、議建立應(yīng)用程序之間的連接，維持會話控制，并協(xié)商、建立、維持和撤消通信通道。下面列出了在這一層上工作的一些協(xié)議： 網(wǎng)絡(luò)基本輸入輸出系統(tǒng)（Network Basic Input Output System，NetBIOS）鑒別協(xié)議（Password Authentication Protocol，PAP） 端到端隧道協(xié)議（Point-to-Point Tunneling Protocol，PPTP） 遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Call，RPC）6當(dāng)兩臺計算機(jī)通過面向連接的協(xié)議進(jìn)行通信時，它們首先要在下列方面取得一致：計算機(jī)一次發(fā)送多少信息；接收到信息后如何驗證數(shù)據(jù)的完整性；如

11、何確定一個數(shù)據(jù)包是否在傳輸過程中丟失了。兩臺計算機(jī)通過第四層傳輸層（transport layer）中的握手過程取得這些參數(shù)的一致。傳輸數(shù)據(jù)前就這些問題取得一致有助于提供更可靠的數(shù)據(jù)傳輸、錯誤檢測、糾錯、恢復(fù)以及流量控制，并且優(yōu)化執(zhí)行上述任務(wù)所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。傳輸層提供了端對端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，并且在兩臺通信計算機(jī)之間建立了一個邏輯連接。會話層和傳輸層的功能非常相似，它們都建立某種用于通信的會話或虛擬連接。它們之間的差異是：在會話層上工作的協(xié)議建立應(yīng)用程序之間的連接，而在傳輸層上工作的協(xié)議則建立計算機(jī)系統(tǒng)之間的連接。例如，我們可以使計算機(jī)A上的3個應(yīng)用程序與計算機(jī)B上的3個應(yīng)用程序進(jìn)行通信。會話層協(xié)

12、議會跟蹤這些 不同的會話。讀者可以將傳輸層協(xié)議想象為一輛公共汽車，它不知道或者不關(guān)心什么應(yīng)用程序正在進(jìn)行通信，而是只提供一個機(jī)制，以便將數(shù)據(jù)從一個系統(tǒng)傳送到另一個系統(tǒng)。傳輸層從許多不同的應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)并將它們組裝為一個流，以便在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行正確的傳送。信息從更高層上的不同實體向下傳遞至傳輸層，傳輸層必須將這些信息組裝成一個流。這個流由傳遞而來的不同數(shù)據(jù)分段組成。就像公共汽車可以運載不同的人一樣，傳輸層協(xié)議能夠攜帶不同類型的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。傳輸層上的協(xié)議處理端對端傳輸和數(shù)據(jù)流分解。下面列出的一些協(xié)議工作在這一層： 傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）

13、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP） 序列包交換（Sequenced Packet Exchange，SPX）7網(wǎng)絡(luò)層（network layer）是第三層，其主要職責(zé)是在數(shù)據(jù)包的首部中插入信息， 以便將數(shù)據(jù)正確地編址和路由，并且將數(shù)據(jù)實際路由至正確的目的地。在一個網(wǎng)絡(luò)中，有許多路由可以通往目的地。網(wǎng)絡(luò)層上的協(xié)議必須確定數(shù)據(jù)包能走的最佳路徑。路由協(xié)議在這一層構(gòu)建和維護(hù)它們的路由表。這些表是網(wǎng)絡(luò)圖，當(dāng)數(shù)據(jù)包需要從計算機(jī)A發(fā)送至計算機(jī)M時，路由協(xié)議會檢查路由表，在數(shù)據(jù)包的首部中添加必要的信息，然后再進(jìn)行發(fā)送。工作在網(wǎng)絡(luò)層上的協(xié)議并不保證數(shù)據(jù)包的傳遞。如果有必要，那

14、么需要依靠傳輸層上的協(xié)議找到問題并重發(fā)數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的職責(zé)包括網(wǎng)際互聯(lián)服務(wù)、尋址和路由。下面列出了在這一層上工作的一些協(xié)議： 網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP） 互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議（Internet Control Message Protocol，ICMP） 互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（Internet Group Management Protocol，IGMP） 路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol，RIP） 開放最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）協(xié)議 網(wǎng)際數(shù)據(jù)包交換（Internetwork Pack

15、et Exchange，IPX）協(xié)議8繼續(xù)沿協(xié)議棧向下走，我們就越接近數(shù)據(jù)要流經(jīng)的實際通路（網(wǎng)絡(luò)線纜）。數(shù)據(jù)包的外部格式在每一層都有少量改變，此時需要轉(zhuǎn)換成局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）和廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN）技術(shù)的二進(jìn)制格式，以便沿線路正確傳送。這在第二層數(shù)據(jù)鏈路層（data link layer）上發(fā)生。當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層把最后的首部和尾部加到數(shù)據(jù)消息上時，這稱為裝幀。這個數(shù)據(jù)單元現(xiàn)在稱為一個幀。數(shù)據(jù)鏈路層上的協(xié)議將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LAN或WAN幀進(jìn)行傳輸，并且定義計算機(jī)訪問網(wǎng)絡(luò)的方式。這個層分為邏輯鏈路控制（LLC）和介質(zhì)訪問控制（MAC）子層。

16、下面列出了在這一層上工作的一些協(xié)議： 地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol，ARP） 逆向地址解析協(xié)議（Reverse Address Resolution Protocol，RARP） 點對點協(xié)議（Point-to-Point Protocol，PPP） 串行線路網(wǎng)際協(xié)議（Serial Line Internet Protocol，SLIP） 以太網(wǎng)（IEEE 802.3） 令牌環(huán)（IEEE 802.5） 無線以太網(wǎng)（IEEE 802.1 1）9網(wǎng)絡(luò)接口卡和驅(qū)動程序?qū)⑽晦D(zhuǎn)換為電信號，并控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢矸矫?，包括光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械要求。下面列出了這個層上的一些標(biāo)準(zhǔn)接口： RS/EIA/TIA-422、RS/EIA/TIA-423、RS/EIA/TIA-449、RS/EIA/TIA-485 10BASE-T、10BASE2、10BASE5、100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T、1000BASE-T、1000BASE-SX 集成服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)（Integrated Services Digital Network，ISDN） 數(shù)字用戶線路（Digital subscriber line，DSL） 同步光纖網(wǎng)絡(luò)（Synchronous Op