淺論ISO網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
物理層是osi參考模型的最低層，且與物理傳輸介質(zhì)相關(guān)聯(lián)，如何談ISO網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)?
【摘要】osi參考模型(開放式系統(tǒng)互聯(lián)模)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的功能劃分為7個(gè)層次。文章對(duì)這七個(gè)層次做了深入的探討。
【關(guān)鍵詞】物理層;數(shù)據(jù)鏈路層;網(wǎng)絡(luò)層;傳輸層;會(huì)話層
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)就是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合，或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)存在的目的就是使不同計(jì)算機(jī)廠家的計(jì)算機(jī)能夠相互通信，以便在更大的范圍內(nèi)建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso于1983年正式提出了一個(gè)七層參考模型，叫做開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型(通稱iso/osi)。[1]osi參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的功能劃分為7個(gè)層次，由底層到高層分別是物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。每層完成一定的功能，都直接為其上層提供服務(wù)，并且所有層次都互相支持。第4層到第7層主要負(fù)責(zé)互操作性，而1～3層則用于創(chuàng)造兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的物理連接。
一、第1層：物理層
物理層是osi參考模型的最低層，且與物理傳輸介質(zhì)相關(guān)聯(lián)，該層是實(shí)現(xiàn)其他層和通信介質(zhì)之間的接口。物理層協(xié)議是各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)時(shí)必須遵守的低層協(xié)議。
物理層為傳送二進(jìn)制比特流數(shù)據(jù)而激話、維持、釋放物理連接提供機(jī)械的、電氣特征、功能的、規(guī)程性的特性。這種物理連接可以通過中繼系統(tǒng)，每次都在物理層內(nèi)進(jìn)行二進(jìn)制比特流數(shù)據(jù)的編碼傳輸。這種物理連接允許進(jìn)行今雙工或半雙工的二進(jìn)制比特流傳輸?shù)耐?/p>
物理層相應(yīng)設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)(如同軸電纜、雙絞線、光纜、無線電、紅外等)和連接器等，以及保證物理通信的相關(guān)設(shè)備，如中繼器、共享式hub、信號(hào)中繼、放大設(shè)備等。
二、第2層：數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層是osi參考模型的第2層，介于物理層與網(wǎng)絡(luò)層之間，其存在形式分為物理鏈路與邏輯鏈路。
設(shè)立數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是利用在物理層所建立的原始的、有差錯(cuò)的物理連接線路變?yōu)閷?duì)網(wǎng)絡(luò)層無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，因此數(shù)據(jù)鏈路層必須有鏈路管理、幀傳輸、流量控制、差錯(cuò)控制等功能。數(shù)據(jù)鏈路層所關(guān)心的主要是物理地址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、線路選擇與規(guī)劃等。
數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸是以幀為單位。在osi中，幀被稱為數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元，它把從物理層來的原始數(shù)據(jù)打包成幀。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)幀在計(jì)算機(jī)之間的無差錯(cuò)信息傳遞。
數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備主要包括：網(wǎng)絡(luò)接口卡(nic)及其驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)橋、二層交換機(jī)等。
三、第3層：網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層是osi參考模型中最復(fù)雜、最重要的一層。這一層定義網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)通信用的協(xié)議，為信息確定地址，把邏輯地址和名字翻譯成物理的地址。它也確定從信源機(jī)(源節(jié)點(diǎn))沿著網(wǎng)絡(luò)到信宿機(jī)(目的節(jié)點(diǎn))的路由選擇，并處理交通問題，例如交換、路由和對(duì)數(shù)據(jù)包阻塞的控制。
網(wǎng)絡(luò)層的主要提供以下功能
1. 路徑選擇與中繼。路徑選擇是指在通信子網(wǎng)中，為源節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)選擇后繼節(jié)點(diǎn)，以便將報(bào)文分組傳送到目的節(jié)點(diǎn)。“最短時(shí)間”是選擇路徑的標(biāo)準(zhǔn)。[2]
2. 流量控制。網(wǎng)絡(luò)中鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等都存在流量控制問題，其控制方法大體相一致。其目的是防止通信量過大造成通信于網(wǎng)性能下降。
3. 擁塞控制。當(dāng)?shù)竭_(dá)通信子網(wǎng)中某一部分的分組數(shù)高于一定的水平，使得該部分網(wǎng)絡(luò)來不及處理這些分組時(shí)，就會(huì)使這部分以至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能下降。擁塞控制的主要任務(wù)是保證網(wǎng)絡(luò)高性能運(yùn)轉(zhuǎn)，保證子網(wǎng)不被它的用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)所淹沒。
工作在網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備主要有路由器和三層交換機(jī)。路由器通過轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連, 其支持的協(xié)議有tcp/ip、ipx/spx、appletalk等。三層交換機(jī)使用了三層交換技術(shù)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。
四、第4層：傳輸層
傳輸層是osi參考模型的第4層中，是比較特殊的一層。該層的為源主機(jī)與目的主機(jī)進(jìn)程之間提供可靠的，透明的數(shù)據(jù)傳輸，并給端到端數(shù)據(jù)通信提供最佳性能。
傳輸層從會(huì)話層接收數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)錯(cuò)誤的確認(rèn)和恢復(fù)，以確保信息的可靠傳遞。如果有必要，它也對(duì)信息重新打包，把過長信息分成小包發(fā)送，確保到達(dá)對(duì)方的各段信息正確無誤，而在接收端，把這些小包重構(gòu)成初始的信息。
傳輸層目的在于它既可以劃分在osi參考模型高層，又可以劃分在低層。如果從面向通信和面向信息處理角度進(jìn)行分類，傳輸層一般劃在低層：如果從用戶功能與網(wǎng)絡(luò)功能角度進(jìn)行分類，傳輸層又被劃在高層。這種差異正好反映出傳輸層在osi參考模型中的特殊地位和作用。
傳輸層所支持的協(xié)議有：tcp/ip的傳輸控制協(xié)議tcp、novell的順序包交換spx以及microsoft netbios/netbeui等。
五、第5層：會(huì)話層
會(huì)話層對(duì)高層通信進(jìn)行控制，允許在不同機(jī)器上的應(yīng)用之間建立、使用和結(jié)束會(huì)話，對(duì)進(jìn)行會(huì)話的兩臺(tái)機(jī)器間建立對(duì)話控制，管理會(huì)話如管理哪邊發(fā)送，何時(shí)發(fā)送，占用多長時(shí)間等。
會(huì)話層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行的通信，以便使應(yīng)用進(jìn)程專注于信息交互。從osi參考模型看，會(huì)話層之上各層是面向應(yīng)用的，會(huì)話層之下各層是面向網(wǎng)絡(luò)通信的。
會(huì)話層提供的功能有：為會(huì)話實(shí)體間建立連接，并組織，同步數(shù)據(jù)傳輸。最后通過“有序釋放”，“廢棄”，“有限量透明用戶數(shù)據(jù)傳送”等功能單元來釋放會(huì)話連接的。[3]
會(huì)話層與傳輸層有明顯的區(qū)別。傳輸層負(fù)(下轉(zhuǎn)第237頁)
(上接第245頁)責(zé)建立和維護(hù)端到端之間的邏輯連接。目的是提供一個(gè)可靠的傳輸服務(wù)。但是由于傳輸層所使用的通信子網(wǎng)類型很多，并且網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量差異很大，這就造成傳輸協(xié)議的復(fù)雜性。會(huì)話法在發(fā)出一個(gè)會(huì)話協(xié)議數(shù)據(jù)單元時(shí)，傳輸層可以保證將它正確地傳送到對(duì)等的會(huì)話實(shí)體，從這點(diǎn)看會(huì)話協(xié)議得到了簡化。
六、第6層：表示層
表示層包含了處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)格式的協(xié)議。它從應(yīng)用層獲得數(shù)據(jù)，并把它們格式化以供網(wǎng)絡(luò)通信使用。該層將應(yīng)用程序數(shù)據(jù)排序成一個(gè)有含義的格式并提供給會(huì)話層。這一層也通過提供諸如數(shù)據(jù)加密的服務(wù)來負(fù)責(zé)安全問題，并壓縮數(shù)據(jù)以使得網(wǎng)絡(luò)層需要傳送的數(shù)據(jù)盡可能少。
表示層位于osi參考模型的第6層，在應(yīng)用層的下面，會(huì)話層的上面。它將數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示法與網(wǎng)絡(luò)的表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)傳送后其意義不改變，因此如何描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并使之與機(jī)器無關(guān)是表示層要解決的問題。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，互相通信的應(yīng)用進(jìn)程需要傳輸?shù)氖切畔⒌恼Z義，它對(duì)通信過程中信息的傳送語法并不關(guān)心。表示層的主要功能是通過一些編碼規(guī)則定義在通信中傳送這些信息所需要的傳送語法。
表示層負(fù)責(zé)決定在主機(jī)間交換數(shù)據(jù)的格式，包括：數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮傳輸、字符集轉(zhuǎn)換等。在不同的時(shí)間，可以使用不同的傳送語法，如使用加密算法、數(shù)據(jù)壓縮算法等。
七、第7層：應(yīng)用層
應(yīng)用層是最終用戶應(yīng)用程序訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的地方，它負(fù)責(zé)識(shí)別并證實(shí)通信雙方的可用性，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸完整性控制，使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序(如電子郵件、p2p文件共享、多用戶網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、目錄查詢等)能夠協(xié)同工作。 [4]
應(yīng)用層是osi參考模型的最高層，它為用戶的應(yīng)用進(jìn)程訪問osi環(huán)境提供服務(wù)。應(yīng)用層關(guān)心的主要是進(jìn)程之間的通信行為，因而對(duì)應(yīng)用進(jìn)程所進(jìn)行的抽象只保留了應(yīng)用產(chǎn)程與應(yīng)用進(jìn)程間交互行為的有關(guān)部分。這種現(xiàn)象實(shí)際上是對(duì)應(yīng)用進(jìn)程某種程度上的簡化。
應(yīng)用層所承處的網(wǎng)絡(luò)安全功能可粗分為保密、鑒別、反拒認(rèn)、完整性等。保密足指保護(hù)信息不被未授權(quán)者訪問。鑒別是指在交換信息之前先要確認(rèn)對(duì)方的身份。反拒認(rèn)功能主要與電子簽名有關(guān)，比如對(duì)拒絕承認(rèn)所簽約的客戶必須惟一的確定電子反拒認(rèn)，以滿足法律手續(xù)。完整體是指如何確認(rèn)白己所收到的信息是原始發(fā)來的信息，而不是被竄改或偽造的。
八、結(jié)語
osi參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的功能劃分為7個(gè)層次，由底層到高層分別是物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。并有選擇地給出了各個(gè)層次的主要功能，定義與相應(yīng)的設(shè)備等。
【參考文獻(xiàn)】
[1]楊威，王云，劉景宜.網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成[m].人民郵電出版社.
[2]張瑞武. 智能建筑的系統(tǒng)集成及其工程實(shí)施(上)[m].清華大學(xué)出版社.
[3]斯桃枝，李戰(zhàn)國.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成[m].北京大學(xué)出版社.
[4]陳俊良.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成與方案實(shí)例[m].機(jī)械工業(yè)出版社.
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