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网络osi七层模型各层功能总结

1. 物理层

在OSI参考模型中,物理层(Physical Layer)是参考模型的最低层,也是OSI模型的第一层。

物理层的主要功能是:利用传输介质为数据链路层提供物理连接,实现比特流的透明传输。

物理层的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送,尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。需要注意的是,物理层并不是指连接计算机的具体物理设备或传输介质,如双绞线、同轴电缆、光纤等,而是要使其上面的数据链路层感觉不到这些差异,这样可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务,而不必考虑网络的具体传输介质是什么。“透明传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化,对传送的比特流来说,这个电路好像是看不见的,当然,物理层并不需要知道哪几个比特代表什么意思。

为了实现物理层的功能,该层所涉及的内容主要有以下几个方面:

(1)通信连接端口与传输媒体的物理和电气特性

λ机械特性:规定了物理连接器的现状、尺寸、针脚的数量,以及排列状况等。例如EIA-RS-232-D标准规定使用25根引脚的DB-25插头座,其两个固定螺丝之间的距离为47.04±0.17mm等。

λ电气特性:规定了在物理连接信道上传输比特流时的信号电平、数据编码方式、阻抗及其匹配、传输速率和连接电缆最大距离的限制等。例如EIA-RS-232-D标准采用负逻辑,即逻辑0(相当于数据“0”)或控制线处于接通状态时,相对信号的地线有+5~+15V的电压;当其连接电缆不超过15米时,允许的传输速率不超过20Kb/s。

λ功能特性:规定了物理接口各个信号线的确切功能和含义,如数据线和控制线等。例如EIA-RS-232-D 标准规定的DB-25插头座的引脚2和引脚3均为数据线。λ规程特性:利用信号线进行比特流传输时的操作过程,例如信号线的工作规则和时序等。

(2)比特数据的同步和传输方式

物理层指定收发双方在传输时使用的传输方式,以及为保持双方步调一致而采用的同步技术。例如在采用串行传输时,其同步技术是采用同步传输方式还是异步传输方式。(3)网络的物理拓扑结构

物理拓扑规定了节点之间外部连接的方式。例如星形拓扑、总线型拓扑、环形拓扑和网状拓扑等。

(4)物理层完成的其他功能

λ数据的编码。

调制技术。λ

通信接口标准。λ

2. 数据链路层

数据链路层(Data Link Layer)是OSI模型的第二层,负责建立和管理节点间的链路。该层的主要功能是:通过各种控制协议,将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路。(交换机)

在计算机网络中由于各种干扰的存在,物理链路是不可靠的。因此,这一层的主要功能是在物理层提供的比特流的基础上,通过差错控制、流量控制方法,使有差错的物理线路变为无差错的数据链路,即提供可靠的通过物理介质传输数据的方法。

该层通常又被分为介质访问控制(MAC)和逻辑链路控制(LLC)两个子层。MAC子层的主要任务是解决共享型网络中多用户对信道竞争的问题,完成网络介质的访问控制;LLC子层的主要任务是建立和维护网络连接,执行差错校验、流量控制和链路控制。

数据链路层的具体工作是接收来自物理层的位流形式的数据,并加工(封装)成帧,传送到上一层;同样,也将来自上层的数据帧,拆装为位流形式的数据转发到物理层;并且,还负责处理接收端发回的确认帧的信息,以便提供可靠的数据传输。数据链路层的主要功能如下:

λ数据帧的处理:处理数据帧的封装与分解。

λ物理地址寻址:通过数据帧头部中的物理地址信息,建立源节点到目的节点的数据链路,并进行维护与释放链路的管理工作。

λ流量控制:对链路中所发送的数据帧的速率进

行控制,以达到数据帧流量控制的目的。

λ帧同步:对数据帧的传输顺序进行控制(即帧

的同步和顺序控制)。

λ差错检测与控制:通常在帧的尾部加入用于差

错控制的信息,并采用检错检测和重发式的差错控制技

术。例如处理接收端发回的确认帧。

3. 网络层

网络层(Network Layer)是OSI模型的第三层,它是OSI

参考模型中最复杂的一层,也是通信子网的最高一层。它

在下两层的基础上向资源子网提供服务。其主要任务是:

通过路由选择算法,为报文或分组通过通信子网选择最适

当的路径。该层控制数据链路层与传输层之间的信息转

发,建立、维持和终止网络的连接。具体地说,数据链路

层的数据在这一层被转换为数据包,然后通过路径选择、

分段组合、顺序、进/出路由等控制,将信息从一个网络

设备传送到另一个网络设备。

一般地,数据链路层是解决同一网络内节点之间的通信,

而网络层主要解决不同子网间的通信。例如在广域网之间

通信时,必然会遇到路由(即两节点间可能有多条路径)

选择问题。在实现网络层功能时,需要解决的主要问题如

下:

λ寻址:数据链路层中使用的物理地址(如MAC

地址)仅解决网络内部的寻址问题。在不同子网之间通信

时,为了识别和找到网络中的设备,每一子网中的设备都

会被分配一个唯一的地址。由于各子网使用的物理技术可

能不同,因此这个地址应当是逻辑地址(如IP地址)。

λ交换:规定不同的信息交换方式。常见的交换

技术有:线路交换技术和存储转发技术,后者又包括报文

交换技术和分组交换技术。

λ路由算法:当源节点和目的节点之间存在多条

路径时,本层可以根据路由算法,通过网络为数据分组选

择最佳路径,并将信息从最合适的路径由发送端传送到接

收端。

λ连接服务:与数据链路层流量控制不同的是,

前者控制的是网络相邻节点间的流量,后者控制的是从源

节点到目的节点间的流量。其目的在于防止阻塞,并进行

差错检测。

4. 传输层

OSI下3层的主要任务是数据通信,上3层的任务是数据

处理。而传输层(Transport Layer)是OSI模型的第4

层。因此该层是通信子网和资源子网的接口和桥梁,起到

承上启下的作用。

该层的主要任务是:向用户提供可靠的端到端的差错和流

量控制,保证报文的正确传输。传输层的作用是向高层屏

蔽下层数据通信的细节,即向用户透明地传送报文。该层

常见的协议:TCP/IP中的TCP协议、Novell网络中的SPX

协议和微软的NetBIOS/NetBEUI协议。

传输层提供会话层和网络层之间的传输服务,这种服务从

会话层获得数据,并在必要时,对数据进行分割。然后,

传输层将数据传递到网络层,并确保数据能正确无误地传

送到网络层。因此,传输层负责提供两节点之间数据的可

靠传送,当两节点的联系确定之后,传输层则负责监督工

作。综上,传输层的主要功能如下:

λ传输连接管理:提供建立、维护和拆除传输连

接的功能。传输层在网络层的基础上为高层提供“面向连

接”和“面向无接连”的两种服务。

λ处理传输差错:提供可靠的“面向连接”和不

太可靠的“面向无连接”的数据传输服务、差错控制和流

量控制。在提供“面向连接”服务时,通过这一层传输的

数据将由目标设备确认,如果在指定的时间内未收到确认

信息,数据将被重发。

λ监控服务质量。

5. 会话层

会话层(Session Layer)是OSI模型的第5层,是用户

应用程序和网络之间的接口,主要任务是:向两个实体的

表示层提供建立和使用连接的方法。将不同实体之间的表

示层的连接称为会话。因此会话层的任务就是组织和协调

两个会话进程之间的通信,并对数据交换进行管理。

用户可以按照半双工、单工和全双工的方式建立会话。当

建立会话时,用户必须提供他们想要连接的远程地址。而

这些地址与MAC(介质访问控制子层)地址或网络层的逻

辑地址不同,它们是为用户专门设计的,更便于用户记忆。

域名(DN)就是一种网络上使用的远程地址例如:

https://www.sodocs.net/doc/22817913.html,就是一个域名。会话层的具体功能如下:

λ会话管理:允许用户在两个实体设备之间建

立、维持和终止会话,并支持它们之间的数据交换。例如

提供单方向会话或双向同时会话,并管理会话中的发送顺

序,以及会话所占用时间的长短。

λ会话流量控制:提供会话流量控制和交叉会话

功能。

寻址:使用远程地址建立会话连接。λ

λ出错控制:从逻辑上讲会话层主要负责数据交

换的建立、保持和终止,但实际的工作却是接收来自传输

层的数据,并负责纠正错误。会话控制和远程过程调用均

属于这一层的功能。但应注意,此层检查的错误不是通信

介质的错误,而是磁盘空间、打印机缺纸等类型的高级错

误。

6. 表示层

表示层(Presentation Layer)是OSI模型的第六层,它

对来自应用层的命令和数据进行解释,对各种语法赋予相

应的含义,并按照一定的格式传送给会话层。其主要功能

是“处理用户信息的表示问题,如编码、数据格式转换和

加密解密”等。表示层的具体功能如下:

λ数据格式处理:协商和建立数据交换的格式,

解决各应用程序之间在数据格式表示上的差异。

λ数据的编码:处理字符集和数字的转换。例如

由于用户程序中的数据类型(整型或实型、有符号或无符

号等)、用户标识等都可以有不同的表示方式,因此,在

设备之间需要具有在不同字符集或格式之间转换的功能。

λ压缩和解压缩:为了减少数据的传输量,这一

层还负责数据的压缩与恢复。

数据的加密和解密:可以提高网络的安全性。λ

7. 应用层

应用层(Application Layer)是OSI参考模型的最高层,

它是计算机用户,以及各种应用程序和网络之间的接口,

其功能是直接向用户提供服务,完成用户希望在网络上完

成的各种工作。它在其他6层工作的基础上,负责完成网

络中应用程序与网络操作系统之间的联系,建立与结束使

用者之间的联系,并完成网络用户提出的各种网络服务及

应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外,该层还

负责协调各个应用程序间的工作。

应用层为用户提供的服务和协议有:文件服务、目录服务、

文件传输服务(FTP)、远程登录服务(Telnet)、电子

邮件服务(E-mail)、打印服务、安全服务、网络管理服

务、数据库服务等。上述的各种网络服务由该层的不同应

用协议和程序完成,不同的网络操作系统之间在功能、界

面、实现技术、对硬件的支持、安全可靠性以及具有的各

种应用程序接口等各个方面的差异是很大的。应用层的主

要功能如下:

λ用户接口:应用层是用户与网络,以及应用程

序与网络间的直接接口,使得用户能够与网络进行交互式

联系。

λ实现各种服务:该层具有的各种应用程序可以

完成和实现用户请求的各种服务。

8. 7层模型的小结

由于OSI是一个理想的模型,因此一般网络系统只涉及其

中的几层,很少有系统能够具有所有的7层,并完全遵循

它的规定。

在7层模型中,每一层都提供一个特殊的网络功能。从网

络功能的角度观察:下面4层(物理层、数据链路层、网

络层和传输层)主要提供数据传输和交换功能,即以节点

到节点之间的通信为主;第4层作为上下两部分的桥梁,

是整个网络体系结构中最关键的部分;而上3层(会话层、

表示层和应用层)则以提供用户与应用程序之间的信息和

数据处理功能为主。简言之,下4层主要完成通信子网的

功能,上3层主要完成资源子网的功能。

9. 建立OSI参考模型的目的和作用

建立OSI参考模型的目的除了创建通信设备之间的物理

通道之外,还规划了各层之间的功能,并为标准化组织和

生产厂家制定了协议的原则。这些规定使得每一层都具有

一定的功能。从理论上讲,在任何一层上符合OSI标准的

产品都可以被其他符合标准的产品所取代。因此,OSI参

考模型的基本作用如下:

λ OSI的分层逻辑体系结构使得人们可以深刻地

理解各层协议所应解决的问题,并明确各个协议在网络体

系结构中所占据的位置。

λ OSI参考模型的每一层在功能上与其他层有着

明显的区别,从而使得网络系统可以按功能划分。这样,

网络或通信产品就不必面面俱到。例如,当某个产品只需

完成某一方面的功能时,它可以只考虑并遵循所涉及层的

标准。

λ OSI参考模型有助于分析和了解每一种比较复

杂的协议。

以后还会介绍其他参考模型或协议,例如TCP/IP、IEEE

802和X.25协议等,因此,还会比较它们与OSI模型的

关系,从而使读者进一步理解网络体系结构、模型和各种

协议的工作原理。

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