2.2 OSI参考模型

2.2.1 OSI参考模型的产生

20世纪70年代就产生了计算机网络体系结构，网络体系结构作为一种系统结构规范了计算机网络的通信秩序，极大地促进了计算机网络的标准化进程，使得任何符合同一种网络体系结构规范的设备都能够很容易地互联成网。为了争夺市场，有实力的大公司都纷纷加紧开发或者已经推出了自己的计算机网络体系结构。因为所有的网络硬件和软件都必须按照网络体系结构进行设计和制造，这样显然有利于公司让自己的产品形成垄断，从而确立在市场上的霸主地位。但各种不同网络体系结构的推出与竞争使得计算机网络又陷入了“网络孤岛”的困境，因为不同的网络体系结构使用迥异的网络协议和标准，这样使得按照两种体系结构设计出来的设备很难相互沟通。于是计算机网络又被不同的体系结构的割裂开来，分成一个个孤岛，给网络用户带来极大的不便。

为了打破这种困境，使不同体系结构的计算机网络都能够互联，国际标准化组织（ISO, International Standards Organization）于1977年成立了专门的机构研究该问题。他们提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型（ISO/OSI RM, International Standards Organization/Open System Interconnect Reference Model），简称OSI。这个开放系统互连基本参考模型的正式文件形成于1983年，即ISO 7498 国际标准，也就是所谓的七层协议的体系结构。OSI试图达到一种境界，即全世界的计算机网络都遵循这统一的标准，因而全世界的计算机都将能够很方便地进行互联和交换数据。考虑到计算机网络技术的高速发展，新的事物不断出现，各种标准可能会被不断地更新换代，OSI为此在各个角落都预留了很大的空间以便增加和修改。由此，OSI极其复杂，层次众多，一共有七层，从低到高依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图2.2所示。

2.2.2 OSI参考模型的层次结构

1．物理层（Physical Layer）

物理层的主要任务是实现通信双方的物理连接，以比特流（Bits）的形式透明地传送数据信息，并向数据链路层提供透明的传输服务（透明表示经过实际电路传送后，被传送的比特流没有发生任何变化，电路对其并没有产生任何影响）。所有的通信设备、主机等网络硬件设备都要按照物理层的标准与规则进行设计并通过物理线路互联，这些都构成了计算机网络的基础。物理层建立在传输介质的基础上，是系统和传输介质的物理接口，它是OSI模型的最低层。

2．数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层是在物理层提供的比特流服务的基础上，实现在相邻节点间点对点的传送一定格式的单位数据，即数据帧。本层建立了一套链路管理、帧同步、差错控制、流量控制的传输机制，有利地保障了透明、可靠的数据传输。根据网络规模的不同，数据链路层的协议可分为两类：一类是针对广域网（WAN）的数据链路层协议，如HDLC、PPP、SLIP等；一类是局域网（LAN）中的数据链路层协议，如MAC子层协议和LLC子层协议。

3．网络层（Network Layer）

网络层是OSI体系结构中最重要的一层。通过这个层次里的协议与标准把不同类型的计算机网络互连，而其中最主要的协议就是著名的IP协议。IP协议把上一层传下来的数据切割封装成IP数据包，并将其送入因特网进行传输，因此本层的信息传输单位是IP数据包。网络层的基本任务还包括路由选择、拥塞控制、网络互联等。

4．传输层（Transport Layer）

传输层也是整个网络体系结构中的关键层次之一。它可以提供建立、维护和拆除传输层连接的服务，其服务对象是进程，可实现两个用户进程间端到端的可靠通信。它处在七层体系的中间，向下是通信服务的最高层，向上是用户功能的最低层。传输层可处理通信服务和用户服务之间的转换，并弥补它们的不足。本层还有提供错误恢复和流量控制等机制。

5．会话层（Session Layer）

会话层就是用来建立、管理和终止应用程序或进程之间会话的一层。它是用户连接到网络的接口，基本任务是负责两主机间的原始报文的传输。功能包括：会话连接的流量控制、数据传输、会话连接恢复和释放、会话连接管理、差错控制等。

6．表示层（Presentation Layer）

表示层主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式。它是为在应用程序之间传送的信息提供表示方法的服务，它关心的只是发出信息的语法与语义。表示层主要有不同的数据编码格式的交换，提供数据压缩、解压缩服务，对数据进行加密、解密。

7．应用层（Application Layer）

应用层是OSI参考模型中的最高层，是直接为应用进程提供服务的。它的作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务。它也是用户与计算机网络之间的接口，为用户提供网络管理、文件传输、事务处理等服务，还可以为网络用户之间的通信提供专用的程序。

按照OSI参考模型，接入计算机网络的每台计算机都可在理论上抽象为以上七个层次，这七个层次中每一层都通过层间接口与相邻层进行通信，它们分别利用层间接口来使用下层提供的服务，同时向其上层提供服务。不同计算机的同等层具有相同的功能，在理论上可忽略其他层次的影响独立讨论同等层之间的信息交换与处理（图2.3）。