OSI模型学习笔记

简介

OSI/RM协议是由ISO指定的。

它的基本功能:提供给开发者一个必须的、通用的概念以便开发完善、可以用来解释连接不同系统的框架。

OSI将计算机网络体系结构划分为以下七层:

  1. 物理层
    将数据转换为可以通过物理介质传送的电子信号。
  2. 数据链路层
    决定访问网络介质的方式。
    在此层将数据分帧,并处理流控制。本层指定拓扑结构提供硬件寻址。
  3. 网络层
    使用权数据路由经过大型网络。
    从源到终点传送分组,提供互联网连接。
  4. 传输层
    提供终端到终端的可靠连接。
  5. 会话层
    允许用户使用简单易记的名称建立连接。
  6. 表示层
    协商数据交换格式。
  7. 应用层
    用户的应用程序和网络直接的接口。

第四层将1-3与5-7层连接起来,使得底层所发送的是高层可使用的形式。OSI的高层几乎都是用软件来实现的,而底层则是使用硬件和软件结合的形式,除了物理层,它的绝大部分都是硬件。

5-7层可以看作是用户支撑层,这一层使得一些本来没有关系的软件系统之间有了互操作性。

层与层之间的接口

这些数据和网络信息之所以能够在发送设备中逐层向下传递,同时又在接收设备中逐层向上交付,是因为每队相邻的层之间有一个接口(interface)。每个接口都定义了该层必须向它的上层提供什么样的信息和服务。定义清晰明确的接口和功能可以使网络模块化。只要该层向它的上层提供了预期的服务,层功能的具体实现是可以修改或替换的,而不需要对周围的其它层次进行改动。

这样格式化的数据单元通过物理层时,就转换为电磁信号并沿着一条物理链路传输。到达终点后,信号首先进入物理层,并还原为它的数字形式。数据就是这样通过封装和解封装的。

补充

拓扑结构

拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式,在局域网中明确一点讲就是文件服务器、工作站和电缆等的连接形式。现在最主要的拓扑结构有总线型拓扑、星形拓扑、环形拓扑、树形拓扑(由总线型演变而来)以及它们的混合型。顾名思义,总线型其实就是将文件服务器和工作站都连在称为总线的一条公共电缆上,且总线两端必须有终结器;星形拓扑则是以一台设备作为中央连接点,各工作站都与它直接相连形成星型;而环形拓扑就是将所有站点彼此串行连接,像链子一样构成一个环形回路;把这三种最基本的拓扑结构混合起来运用自然就是混合型。

计算机网络的拓扑结构是引用拓扑学中研究与大小、形状无关的点、线关系的方法,把网络中的计算机和通信设备抽象为一个点,把传输介质抽象为一条线,由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。

路由

路由(routing)是指分组从源到目的地时,决定端到端路径的网络范围的进程  。路由工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备。路由器通过转发数据包来实现网络互连。虽然路由器可以支持多种协议(如TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等协议),但是在我国绝大多数路由器运行TCP/IP协议。路由器通常连接两个或多个由IP子网或点到点协议标识的逻辑端口,至少拥有1个物理端口。路由器根据收到数据包中的网络层地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一跳地址,并且重写链路层数据包头实现转发数据包。路由器通过动态维护路由表来反映当前的网络拓扑,并通过网络上其他路由器交换路由和链路信息来维护路由表。

层次划分

物理层

定义

协调通过物理媒体传送比特流时所需要的各种功能,物理层涉及到接口和传输媒体的机械和电气规约,负责把逐个的比特从一层移动到下一层。

传输方式

  1. 单工方式
    只有一个设备能发送,另一个设备只能接受 。
  2. 半双工方式
    两个设备都可以发送和接受,但不能在同一时间进行。
  3. 全双工方式
    两个设备可在同一时间发送和接受 。

数据链路层

定义

数据链路层,即,把物理层转换为可靠地链路,它使物理层对上层(网络层)看起来好像是无差错的。

链路层的任务

  1. 组帧
    数据链路层把从网络层收到的比特流划分成可以处理的数据单元,称之为帧(frame)。
  2. 物理编址
    指明帧的接收方的MAC地址,如跨网络则是下一跳的MAC 。
  3. 流量控制
    流量控制涉及对链路上的帧的发送速率的控制 ,以使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧。
  4. 差错控制
    数据链路层增加一些措施来检测并重传受损伤的帧或丢失的帧,因而使物理层增加了可靠性 。
  5. 接入控制
    当两个或更多的设备连接到同一条链路时,数据链路层就必须决定任一时刻该由哪一个设备对链路有控制权。

网络层

定义

网络层负责把分组从源点交付到终点,这可能要跨越多个网络。如果说链路层监督的是同一个网络上的两个系统之间的分组交付,那么网络层则要确保每个分组从源点发出并最终抵达目的地。

网络层的任务

  1. 逻辑编址
    就是加上IP源和目的以及一些其他信息 。
  2. 路由选择
    当多个独立的网络或链路互相连接组成互联网(网络的网络)或组成一个更大的网络时,这些连接设备(路由器或交换机)就要为数据分组选路或交换以达到它们最终的目的地。

传输层

定义

传输层负责完成报文进程到进程的交付。

进程时运行在主机上的应用程序。

网络层管理的是单个分组从源点到终点的交付,它并不考虑这些分组之间的关系。网络层独立的处理每一个分组,就好像每个分组属于独立的报文那样,而不管是否是真的如此,传输层则要确保整个报文原封不动地按顺序到达,它要监督源点到终点这一层的差错控制和流量控制。

传输层的任务

  1. 端口地址
    网络层将各分组发送到正确的计算机,而传输层则将完整的报文递交给该计算机上正确的进程(服务)。
  2. 分段与重装
    一个报文被划分成若干个可传输的报文段,每个报文段包含一个序号。在报文到达终点后,传输层利用这些序号能够把它们重装起来,同时对传输时丢失的分组也能够识别并替换为正确的分组。
  3. 流量控制
    如同链路层一样,传输层也要负责流量控制。不同的是,传输层的流量控制是端到端,而不是单条链路上的流量控制。
  4. 连接控制
    面向连接和面向非连接。
    a. 非连接的传输层把每个报文段看成是独立的数据报,并把报文段交付给终点设备上的传输层。
    b. 面向连接的传输层在发送报文之前,先要与终点设备上的传输层建立一条连接,当全部数据都传送完成后,才释放连接。
  5. 差错控制
    如同链路层一样,传输层也负责差错控制。不同的是,传输层的差错控制是端到端,而不只限于单条链路上的差错控制。发送端的传输层必须确保整个报文没有差错(无损伤、无丢失、无重复)地到达接收端的传输层。纠错通常通过重传来完成。

会话层

定义

会话层就是对网络的会话控制器。它用于建立、维持并同步正在通讯的系统之间的交互。

会话层的任务

  1. 会话控制
    会话层允许两个系统进入对话状态。它允许两个进程之间的通信按半双工或全双工方式进行 。
  2. 同步
    会话层允许进程在数据流中插入若干个检查点(同步点)。

表示层

定义

表支层考虑的问题是两个系统之间所交换的信息的语法和语义。

表示层的任务

  1. 转换
    分别位于两个系统上的进程(运行着的程序)所交换的信息的形式通常都是字符串、数字等,这些信息在传输之前必须变为比特流。由于不同的计算机使用不同的编码系统,表示层的任务就是在这些不同的编码方法之间提供互操作性。发送方的表示层把信息与发送方相关的格式转换为一种公共的格式,而接收方的表示层把这种公共格式转换为与接收方相关的格式。
  2. 加密
  3. 压缩
    数据压缩减少了信息中所包含的比特数 。

应用层

定义

应用层让用户能够接入网络。应用层给用户提供了接口,也提供了多种服务支持,如电子邮件、远程文件、分布式信息服务等。

应用层的任务

  1. 网络虚拟终端
    网络虚拟终端是物理终端的软件版本,用来使用户能够登录到远程主机上。
  2. 文件传送、存取和管理
  3. 邮件服务
  4. 名录服务
    这个应用提供分布式数据库源,以及对全球各种对象和服务信息的存取 。

补充

链路

链路就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路,中间没有任何其他的交换结点。

在进行数据通信时,两个计算机之间的通路往往是由许多的链路串接而成的。

报文

报文(message)是网络中交换与传输的数据单元,即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息,其长短很不一致,长度不限且可变。

网络会话

会话(Session)是一个客户与服务器之间的不中断的请求响应序列。对客户的每个请求,服务器能够识别出请求来自于同一个客户。当一个未知的客户向Web应用程序发送第一个请求时就开始了一个会话。当客户明确结束会话或服务器在一个预定义的时限内不从客户接受任何请求时,会话就结束了。当会话结束后,服务器就忘记了客户以及客户的请求。

(谨以此篇作为笔记,内容来自网络)

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