计算机网络OSI模型

本文概述

• OSI模型的特征
• OSI层的功能
• 物理层的功能
• 数据链接层的功能
• 网络层的功能
• 传输层的功能
• 会话层的功能
• 表示层的功能
• 应用层的功能

• OSI代表开放系统互连（Open System Interconnection）, 它是一个参考模型, 它描述一台计算机中来自软件应用程序的信息如何通过物理介质移动到另一台计算机中的软件应用程序。
• OSI由七层组成, 每一层执行特定的网络功能。
• OSI模型是由国际标准化组织（ISO）于1984年开发的, 现在被认为是计算机间通信的体系结构模型。
• OSI模型将整个任务分为七个较小的可管理任务。每层分配有一个特定任务。
• 每一层都是独立的, 因此分配给每一层的任务可以独立执行。

OSI模型的特征

• OSI模型分为两层：上层和下层。
• OSI模型的上层主要处理与应用程序相关的问题, 并且仅在软件中实现。应用程序层最接近最终用户。最终用户和应用程序层都与软件应用程序交互。上层是指另一层正上方的层。
• OSI模型的下层处理数据传输问题。数据链路层和物理层以硬件和软件实现。物理层是OSI模型的最低层, 并且最接近物理介质。物理层主要负责将信息放置在物理介质上。

OSI层的功能

有七个OSI层。每层都有不同的功能。以下列出了七个层：

1. 物理层
2. 数据链路层
3. 网络层
4. 传输层
5. 会话层
6. 表示层
7. 应用层

物理层

• 物理层的主要功能是将各个位从一个节点传输到另一节点。
• 它是OSI模型的最低层。
• 它建立, 维护和停用物理连接。
• 它指定了机械, 电气和程序网络接口规范。

物理层的功能

• 线路配置：它定义了如何物理连接两个或更多设备的方式。
• 数据传输：定义网络上两个设备之间的传输模式是单工, 半双工还是全双工。
• 拓扑：它定义了网络设备的布置方式。
• 信号：它确定用于传输信息的信号类型。

数据链路层

• 该层负责数据帧的无错传输。
• 它定义了网络上数据的格式。
• 它在两个或更多设备之间提供了可靠而有效的通信。
• 它主要负责驻留在本地网络上的每个设备的唯一标识。
• 它包含两个子层：逻辑链路控制层它负责将数据包传输到正在接收的接收者的网络层。它从标头中识别网络层协议的地址。它还提供流量控制。媒体访问控制层媒体访问控制层是逻辑链接控制层和网络物理层之间的链接。它用于通过网络传输数据包。

数据链接层的功能

• 帧：数据链路层将物理设备的原始比特流转换为称为帧的数据包。数据链接层将标题和尾部添加到框架。添加到框架的标头包含硬件目标和源地址。

• 物理寻址：数据链路层将标头添加到包含目标地址的帧中。帧被发送到报头中提到的目标地址。
• 流控制：流控制是数据链路层的主要功能。通过这种技术, 可以在两侧保持恒定的数据速率, 从而不会损坏任何数据。这样可以确保处理速度较高的服务器等发送站不会超过处理速度较低的接收站。
• 错误控制：通过添加计算值CRC（循环冗余校验）来实现错误控制, 该计算值被放置在数据链路层的尾部中, 该尾部在发送到物理层之前已添加到消息帧中。如果似乎发生任何错误, 则接收方发送确认以重新传输已损坏的帧。
• 访问控制：当两个或多个设备连接到同一通信通道时, 则使用数据链路层协议来确定哪个设备在给定时间对链路具有控制权。

网络层

• 它是管理设备寻址, 跟踪网络上设备位置的第3层。
• 它根据网络状况, 服务优先级和其他因素, 确定将数据从源移动到目标的最佳路径。
• 数据链路层负责路由和转发数据包。
• 路由器是第3层设备, 在此层中进行指定, 并用于提供互联网络内的路由服务。
• 用于路由网络流量的协议称为网络层协议。协议的示例是IP和Ipv6。

网络层的功能

• 网络互连：网络互连是网络层的主要职责。它提供了不同设备之间的逻辑连接。
• 寻址：网络层将源和目标地址添加到帧的标题。寻址用于识别互联网上的设备。
• 路由：路由是网络层的主要组成部分, 它确定从源到目标的多条路径中的最佳最佳路径。
• 打包：网络层从上层接收数据包并将其转换为数据包。此过程称为打包。它是通过Internet协议（IP）实现的。

传输层

• 传输层是第4层, 可确保按照消息发送的顺序发送消息, 并且不会重复数据。
• 传输层的主要职责是完全传输数据。
• 它从上层接收数据, 并将它们转换成称为段的较小单位。
• 该层可以称为端到端层, 因为它在源和目标之间提供了点对点连接以可靠地传递数据。

该层中使用的两种协议是：

• 传输控制协议这是允许系统通过Internet进行通信的标准协议。它建立并维护主机之间的连接。通过TCP连接发送数据时, TCP协议会将数据分为称为段的较小单元。每个网段都使用多条路线在互联网上旅行, 并且以不同的顺序到达目的地。传输控制协议在接收端以正确的顺序对数据包进行重新排序。
• 用户数据报协议用户数据报协议是传输层协议。这是一种不可靠的传输协议, 因为在这种情况下, 接收方在接收到数据包时不发送任何确认, 发送方不等待任何确认。因此, 这使协议不可靠。

传输层的功能

• 服务点寻址：由于这个原因, 计算机同时运行多个程序, 数据从源到目的地的传输不仅从一台计算机传输到另一台计算机, 而且从一个进程传输到另一个进程。传输层添加了包含称为服务点地址或端口地址的地址的标头。网络层的职责是将数据从一台计算机传输到另一台计算机, 而传输层的职责是将消息传输到正确的进程。
• 分段和重组：当传输层从上层接收消息时, 它将消息分成多个段, 并且为每个段分配一个唯一标识每个段的序列号。当消息到达目的地时, 传输层将根据消息的序列号重组消息。
• 连接控制：传输层提供两种服务：面向连接的服务和无连接服务。无连接服务将每个网段视为一个单独的数据包, 它们都以不同的路线传播以到达目的地。面向连接的服务在传递数据包之前与目标计算机上的传输层建立连接。在面向连接的服务中, 所有数据包都在单个路由中传输。
• 流控制：传输层也负责流控制, 但它是端到端执行的, 而不是跨单个链路执行的。
• 错误控制：传输层还负责错误控制。错误控制是端到端执行的, 而不是跨单个链接执行的。发件人传输层确保邮件到达目的地而没有任何错误。

会话层

• 它是OSI模型中的第3层。
• 会话层用于建立, 维护和同步通信设备之间的交互。

会话层的功能

• 对话控制：会话层充当对话控制器, 在两个进程之间创建对话, 或者可以说它允许两个进程之间的通信可以是半双工或全双工。
• 同步：会话层在按顺序传输数据时会添加一些检查点。如果在传输数据的过程中发生一些错误, 则传输将从检查点再次进行。此过程称为同步和恢复。

表示层

• 表示层主要涉及两个系统之间交换的信息的语法和语义。
• 它充当网络的数据转换器。
• 该层是操作系统的一部分, 它将数据从一种表示格式转换为另一种格式。
• 表示层也称为语法层。

表示层的功能

• 翻译：两个系统中的进程以字符串, 数字等形式交换信息。不同的计算机使用不同的编码方法, 表示层处理不同编码方法之间的互操作性。它将数据从与发送方相关的格式转换为通用格式, 并在接收端将其转换为与接收方相关的格式。
• 加密：需要加密才能维护隐私。加密是将发送者发送的信息转换为另一种形式并通过网络发送结果消息的过程。
• 压缩：数据压缩是一种压缩数据的过程, 即, 它减少了要传输的位数。数据压缩在文本, 音频, 视频等多媒体中非常重要。

应用层

• 应用程序层充当用户和应用程序进程访问网络服务的窗口。
• 它处理诸如网络透明性, 资源分配等问题。
• 应用程序层不是应用程序, 而是执行应用程序层的功能。
• 该层为最终用户提供网络服务。

应用层的功能

• 文件传输, 访问和管理（FTAM）：应用程序层允许用户访问远程计算机中的文件, 从计算机中检索文件并管理远程计算机中的文件。
• 邮件服务：应用程序层为电子邮件转发和存储提供了便利。
• 目录服务：应用程序提供分布式数据库源, 并用于提供有关各种对象的全局信息。