网络管理员考试内容：OSI体系结构

一、协议的概念

1969年12月，美国国防部高级计划研究署的分组交换网ARPANET投入运行，从此计算机网络的发展进入了一个新的纪元。ARPANET当时仅有四个结点，分别在美国国防部、原子能委员会、麻省理工学院和加理福尼亚。显然在这四台计算机之间进行数据通信仅有传送数据的通路是不够的，还必须遵守一些事先约定好的规则，由这些规则明确所交换数据的格式及有关同步的问题。人与人之间交谈需要使用同一种语言，如果一个人讲中文，另一个人讲英文，那就必须有一个翻译，否则这两人之间的信息无法沟通。计算机之间的通信过程和人与人之间的交谈过程非常相似，只是前者由计算机来控制，后者由参加交谈的人来控制。

计算机网络协议就是通信的计算机双方必须共同遵从的一组约定。例如怎样建立连接，怎样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信和交流。

通常网络协议由三个要素组成。

(1)语法，即控制信息或数据的结构和格式;

(2)语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答;

(3)同步，即事件实现顺序的详细说明。

二、开放系统互连参考模型系统结构

ARPANET的实践经验表明，对于非常复杂的计算机网络而言，其结构最好是采用层次型的。根据这一特点，国际标准化组织ISO推出了开放系统互连参考模型(ISO'OSI RM,Open System Interconnect Reference Model)。该模型定义了不同计算机互连的标准，是设计和描述计算机网络通信的基本框架。开放系统互连参考模型的系统结构就是层次式的，共分7层，见表1-1.在该模型中层与层之间进行对等通信，且这种通信只是逻辑上的，真正的通信都是在最底层--物理层实现的，每一层要完成相应的功能，下一层为上一层提供服务，从而把复杂的通信过程分成了多个独立的、比较容易解决的子问题。如图1-20所示。

表1-1 OSI RM

图1-20 OSI RM系统结构

从历史上看，在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两个国际组织是：国际标准化组织(ISO,International Standardization Organization)和国际电报电话咨询委员会(CCITT,International Telephone and Telegraph Consultative Committee)。ISO 与CCITT工作的领域是不同的，ISO是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。ISO的任务是促进全球范围内的标准化及其有关活动，以利于国际间产品与服务的交流，以及在知识、科学、技术和经济活动中发展国际间的相互合作。CCITT现更名为国际电信联盟电信标准化部(ITU-T.International Telecommunications Union - Telecom)，其主要职责是完成电联有关电信标准方面的目标，即研究电信技术、操作和资费等问题，出版建议书。虽然OSI在一开始是由ISO来制订，但后来的许多标准都是ISO与CCITT联合制定的。CCITT的建议书X.200就是讲解开放系统互连参考模型的。

三、开放系统互连参考模型各层的功能

1.物理层

物理层是OSI分层结构体系中最重要、最基础的一层，它建立在传输媒介基础上，实现设备之间的物理接口。物理层只是接收和发送一串比特流，不考虑信息的意义和信息的结构。

它包括对连接到网络上的设备描述其各种机械的、电气的和功能的规定，还定义电位的高低、变化的间隔、电缆的类型、连接器的特性等。物理层的数据单位是位。

物理层的功能是实现实体之间的按位传输，保证按位传输的正确性，并向数据链路层提供一个透明的位流传输。在数据终端设备、数据通信和交换设备等设备之间完成对数据链路的建立、保持和拆除操作。

2.数据链路层

数据链路层实现实体间数据的可靠传送。通过物理层建立起来的链路，将具有一定意义和结构的信息正确地在实体之间进行传输，同时为其上面的网络层提供有效的服务。在数据链路层中对物理链路上产生的差错进行检测和校正，采用差错控制技术保证数据通信的正确性;数据链路层还提供流量控制服务，以保证发送方不致因为速度快而导致接收方来不及正确接收数据。数据链路层的数据单位是帧。

数据链路层的功能是实现系统实体间二进制信息块的正确传输。为网络层提供可靠无错误的数据信息。在数据链路中，需要解决的问题包括：信息模式、操作模式、差错控制、流量控制、信息交换过程控制和通信控制规程。

3.网络层

网络层也称通信子网层，是高层协议与低层协议之间的界面层，用于控制通信子网的操作，是通信子网与资源子网的接口。网络层的主要任务是提供路由，为信息包的传送选择一条最佳路径。网络层还具有拥塞控制、信息包顺序控制及网络记账等功能。在网络层交换的数据单元是包。

网络层的功能是向传输层提供服务，同时接受来自数据链路层的服务。其主要功能是实现整个网络系统内连接，为传输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的通路。它涉及到整个网络范围内所有结点、通信双方终端结点和中间结点几方面的相互关系。所以网络层的任务就是提供建立、保持和释放通信连接手段，包括交换方式、路径选择、流量控制、阻塞与死锁等。

4.传输层

传输层建立在网络层和会话层之间，实质上它是网络体系结构中高低层之间衔接的一个接口层。传输层不仅是一个单独的结构层，它还是整个分层体系协议的核心，没有传输层整个分层协议就没有意义。

传输层获得下层提供的服务包括：发送和接收顺序正确的数据块分组序列，并用其构成传输层数据;获得网络层地址，包括虚拟信道和逻辑信道。

传输层向上层提供的服务包括：无差错的有序的报文收发;提供传输连接;进行流量控制。

传输层的功能是从会话层接受数据，根据需要把数据切成较小的数据片，并把数据传送给网络层，确保数据片正确到达网络层，从而实现两层间数据的透明传送。

5.会话层

会话层用于建立、管理以及终止两个应用系统之间的会话。它是用户连接到网络的接口。它的基本任务是负责两主机间的原始报文的传输。

会话层为表示层提供服务，同时接受传输层的服务。为实现在表示层实体之间传送数据，会话连接必须被映射到传输连接上。

会话层的功能包括：会话层连接到传输层的映射;会话连接的流量控制;数据传输;会话连接恢复与释放;会话连接管理、差错控制。

会话层提供给表示层的服务包括：数据交换;隔离服务;交互管理;会话连接同步和异常报告。

会话层最重要的特征是数据交换。与传输连接相似，一个会话分为建立链路、数据交换和释放链路三个阶段。

6.表示层

表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层是为在应用过程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。表示层要完成某些特定的功能，主要有不同数据编码格式的转换，提供数据压缩、解压缩服务，对数据进行加密、解密。

表示层为应用层提供的服务包括：语法选择，语法转换等。语法选择是提供一种初始语法和以后修改这种选择的手段。语法转换涉及代码转换和字符集的转换、数据格式的修改以及对数据结构操作的适配。

7.应用层

网络应用层是通信用户之间的窗口，为用户提供网络管理、文件传输、事务处理等服务。其中包含了若干个独立的、用户通用的服务协议模块。网络应用层是OSI的最高层，为网络用户之间的通信提供专用的程序。应用层的内容主要取决于用户的各自需要，这一层涉及的主要问题是：分布数据库、分布计算技术、网络操作系统和分布操作系统、远程文件传输、电子邮件、终端电话及远程作业登录与控制等。目前应用层在国际上几乎没有完整的标准，是一个范围很广的研究领域。在OSI的七个层次中，应用层是最复杂的，所包含的应用层协议也最多，有些还正在研究和开发之中。