OSI网络体系结构是什么

世界上第一个网络体系结构是由IBM公司于1974年提出的SNA(System Network Architecture)，即IBM公司开发的系统网络体系结构。之后，其他公司也相继提出了自己的网络体系结构，如DEC公司的DNA(Digital Network Architecture)，即美国数字设备公司开发的数字网络体系结构以及美国国防部的TCP/IP网络体系结构等。各公司或各部门的北京网站建设体系结构均体现了各自的网络标准及功能。

国际标准组织ISO在1983年推出OSI的网络体系结构，在OSI中虽然没有制定出具体的标准是什么，也缺乏实际应用的依据，但其给出了在制定网络体系标准时需要解决的问题以及解决相关向题的方法或基本技术参考.因此，OSI-RM网络体系结构被认为是关于计算机网络的一个概念性框架，是对计算机网络体系结构的高度概括和完整描述。OSI作为国际标准的网络体系结构对推动网络的发展具有重大的历史意义.尽管当今流行Internet网络，其基于TCP/IP协议的网络体系结构也只是一个工业标准或事实上的标准而已。

1. OSI的分层思想

首先，分析OSI是如何解决异质网络互联的间题。在众多不同的网络体系中，国际标准化组织ISO采用了化复杂为简单的结构化分层思想，即将复杂的网络按功能分出网络层次，并一一解析相应层次应具备的功能。其分层思想如下。

(1)每一层要有明确的功能界限，并严格建立在其下层之上。
(2)每一层除实现本层功能外，还要为上层提供一定的服务.
(3)下层为上层提供服务的细节或实现方式要与上层无关。
(4)同层之间要有相互兼容的通信规则或约定。

根据OSI的分层思想，一个完整的计算机网络体系结构应由两部分组成，即“网络层次模型”和各层拥有的“网络通信协议”。

网络层次模型:它明确定义了各层功能的界限，以及相邻层次间的接口及服务方法。

网络通信协议:规定了同层次之间通信时建立的规则或约定。

【举例】一个现实生活中的实例—“电报传输过程”的分层应用，见图3-1。
在整个电报的传输过程中，该服务系统可以划分为4个层次。首先，在同层之间各有相应的通信规则，如最上层“报文认知与理解规则”约定了发报人用哪种文字、怎样的格式书写报文等，否则收报人无法理解;其次，在相邻层次之间各有上下衔接的服务要求，如第3层报文编码层对上层发报人书写报文的字数等要求.通信双方不需要面对面，发报方只要由上向下按照各层次的通信规则传递信息;在收报方再由下向上按照各层次的通信规则传递信息，即可完成电报的传输。

OSI这种网络分层思想，对于分析与解决日常工作中遇到的问题，如何化复杂为简单等起到了很好的指导意义。

2. OSI的层次模型

OSI层次模型，依据网络通信功能划分为7个层次，由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3-2所示，它约定了开放系统的互连、互通和互操作的基本框架。
在分析OSI七层网络体系结构前，首先解释几个重要的概念。实体:每一层中，实现该层功能的软件或硬件。服务访间点:下层实体向上层实体提供服务的通信接口。也可以说是上层实体通过下层实体的服务访问点传递数据并接受下层提供的服务。

网络通信协议要素:网络通信协议一般包含以下3个方面的要素。

(1)语法:规定了通信数据和控制信息的结构与格式.如通信时采用何种数据格式、编码及信号电平等。

(2)语义:确定双方的通信控制.如规定了需要发出何种控制信息、完成何种控制动作以及做出何种应答，并确定用于协调和差错处理的控制信息。

(3)时序:指出通信双方信息交互的顺序.如事件顺序、速度匹配。

协议数据单元(Protocol Data Unit, PDU) ;是指对等层次之间传递的数据单位。

OSI分为七层，每层都有自己的PDU,即物理层的PDU是数据位(bit)，数据链路层的

PDU是数据顿(frame)，网络层的PDU是数据包(packet)，传输层的PDU是分组数据报(segment)，其他更高层次的PDU是均可称为报文(message),

1)第一层:物理层(Physical Layer)

物理层直接与通信媒体相连，是数据传输的物理接口层。该层为上层〔数据链路层)提供透明的比特流(bit stream)传输服务，传输数据的基本单位为比特(bit)。

物理层的功能:为数据端设备提供传送数据的通路，实现比特流的传输。物理层定义的主要内容如下。

(1)机械特性:指明接口所用接线器的形状、尺寸、引线数目和排列等.
(2)电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围.
(3)功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义.
(4)规程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序，具体指利用信号线进行bit流传输的一组操作规程，如物理连接的建立，同步的控制等。

2)第二层:数据链路层(Data Link Layer)

数据链路层是面向相邻节点之间的通信。

在物理层已经为终端设备或相邻节点间的数据通信提供了必要的传输通道和物理连接，但这一物理通道并不可靠。因为在物理层上传输的数据难免受到各种因素影响而产生差错或丢失数据。为了保证可靠地传输数据，必须在其上层进行相应的通信控制。也就是说，物理层的每次通信都要在上层建立好通信链路后才能传送比特流，数据传输完毕，上层还要拆除通信链路.这种由上层建起来的数据收与发关系叫做数据链路.链路层的功能:主要负责数据链路的建立、维持和拆除，并在相邻节点到节点的数据链路上，通过差错控制提供数据帧(frame)在信道上无差错的传输。数据链路层定义的主要内容如下。

(1)组帧:数据帧的封装，在上层协议数据单元的前端加上本层协议头控制信息，末端加上结束控制信息。

(2)物理寻址:给出数据从一个节点传送到下一节点的寻址方法。

(3)流量控制或差错控制等定义。

3)第三层:网络层(Network Layer)

网络层是计算机网络中通信子网的最高层.该层更关心的是通信子网的通信控制，所以又称之为通信子网层.该层将本地主机传输层传送下来的数据单元打包后，经由通信子网传送，最终交付给目的主机的网络层.网络层的功能:在两个终端系统之间实现主机到主机的数据传送。

网络层定义的主要内容如下.

(1)服务:提供如面向连接或面向无连接等服务方式。
(2)逻辑寻址:指出数据从网络一端主机传送到网络另一端主机的寻址方法。
(3)路由选择:根据一定原则和算法选出一条通向目的主机的最佳路径。
4)第四层:传输层(Transport Layer)

传输层向上层屏蔽了下层的数据通信细节，该层负责总体的数据传输和数据控制。传输层的功能:在两个终端系统之间实现端到端的数据传送。传输层定义的主要内容如下。

(1)进程寻址:定义不同应用进程之间的寻址方法。
(2)数据的分组与重组。
(3)连接管理:有连接传输或无连接传输。
(4)差错控制和流量控制等。

5)第五层:会话层(Session Layer)

会话层是在传输层提供的端到端服务的基础上，为两端会话实体间建立和维持一个会话，并使会话获得同步。

会话层的功能:提供一个面向进程的会话服务，并为会话活动提供有效的控制和管理。

6)第六层:表示层(Presentation Layer)

表示层处理的是OSI中两端主机系统之间的信息表示问题，通过抽象的方法来定义一种数据类型或数据结构，并使用这种抽象的数据结构在两端系统之间实现数据类型和编码的转换。

表示层的功能:数据编码，数据压缩，数据加密等工作。

7)第七层:应用层(Application Layer)

应用层是计算机网络与终端用户的接口，也是最高层，由各种应用程序构成。不同的应用程序可满足用户各种不同的需求。网络传输的数据报文直接由各种应用程序产生。应用层的功能:提供应用进程间所需要的交换数据，以及实现远程操作或进程代理等基本功能。

3. OSI-RM综述

(1) ISO-RM的最高层为应用层，面向用户提供应用级的服务;最低层为物理层，负责连接通信媒体实现数据传输。低三层可看作是面向数据传输的控制层(属于通信子网)，主要负责解决有关通信控制和通信寻址等问题，高三层可看作是面向数据处理的应用层(属于资源子网)，主要负责解决应用进程间的数据通信和数据处理等问题;传输层在OSI/RM中起到承上启下的作用，作为通信子网和资源子网的接口，负责总体的数据传输和数据控制，确保两端通信系统实现端到端的数据传送。由此可见，传输层是整个网络体系结构的关键层。

(2)上层与下层之间的联系是通过各层之间的服务访问点来实现的;上层通过下层的服务访问点向下层发出服务请求，下层通过本层的服务访问点向上层提供服务。

(3)只有两端通信系统(主机)才拥有网络的全部七层结构。在两端系统通过网络通信时，除物理层有直接的通信连接之外，其他各对等层之间均不存在直接的通信连接，在对等层之间传送数据单元均是通过本层的通信协议控制来实现的，所以称之为虚拟通信，只有物理层的数据传送才是真正意义上的物理通信。

(4)当数据传输需要通过通信子网传输时，负责转发数据的中间节点设备最多涉及低三层或低两层的应用。