OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型與TCP/IP四層網(wǎng)絡(luò)模型

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1. OSI網(wǎng)絡(luò)分層參考模型

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)者不應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)單一、巨大的協(xié)議來為所有形式的通信規(guī)定完整的細(xì)節(jié)，而應(yīng)把通信問題劃分成多個(gè)小問題，然后為每一個(gè)小問題設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的 協(xié)議暑始。這樣做使得每個(gè)協(xié)議的設(shè)計(jì)、分析、時(shí)限和測試比較容易摊聋。協(xié)議劃分的一個(gè)主要原則是確保目標(biāo)系統(tǒng)有效且效率高。為了提高效率栈暇，每個(gè)協(xié)議只應(yīng)該注意沒有 被其他協(xié)議處理過的那部分通信問題麻裁；為了主協(xié)議的實(shí)現(xiàn)更加有效，協(xié)議之間應(yīng)該能夠共享特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)源祈；同時(shí)這些協(xié)議的組合應(yīng)該能處理所有可能的硬件錯(cuò)誤以 及其它異常情況煎源。為了保證這些協(xié)議工作的協(xié)同性，應(yīng)當(dāng)將協(xié)議設(shè)計(jì)和開發(fā)成完整的香缺、協(xié)作的協(xié)議系列(即協(xié)議族)手销，而不是孤立地開發(fā)每個(gè)協(xié)議。

在 網(wǎng)絡(luò)歷史的早期图张，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)共同出版了開放系統(tǒng)互聯(lián)的七層參考模型锋拖。一臺(tái)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)過 程包括從應(yīng)用請(qǐng)求(在協(xié)議棧的頂部)到網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)(底部) ，OSI參考模型把功能分成七個(gè)分立的層次祸轮。圖2.1表示了OSI分層模型兽埃。

OSI模型的七層分別進(jìn)行以下的操作：

第一層:物理層

負(fù)責(zé)最后將信息編碼成電流脈沖或其它信號(hào)用于網(wǎng)上傳輸。它由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)之間的實(shí)際界面組成适袜，可定義電氣信號(hào)柄错、符號(hào)、線的狀態(tài)和時(shí)鐘要求痪蝇、數(shù)據(jù)編碼 和數(shù)據(jù)傳輸用的連接器鄙陡。如最常用的RS-232規(guī)范、10BASE-T的曼徹斯特編碼以及RJ-45就屬于第一層躏啰。所有比物理層高的層都通過事先定義好的 接口而與它通話趁矾。如以太網(wǎng)的附屬單元接口(AUI)，一個(gè)DB-15連接器可被用來連接層一和層二给僵。

第二層:數(shù)據(jù)鏈路層

通過物理 網(wǎng)絡(luò)鏈路提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸毫捣。不同的數(shù)據(jù)鏈路層定義了不同的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議特征详拙，其中包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)蔓同、錯(cuò)誤校驗(yàn)饶辙、幀序列以及流控。物理編址（相對(duì) 應(yīng)的是網(wǎng)絡(luò)編址）定義了設(shè)備在數(shù)據(jù)鏈路層的編址方式斑粱；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義了設(shè)備的物理連接方式弃揽，如總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；錯(cuò)誤校驗(yàn)向發(fā)生傳輸錯(cuò)誤的上層 協(xié)議告警则北；數(shù)據(jù)幀序列重新整理并傳輸除序列以外的幀矿微；流控可能延緩數(shù)據(jù)的傳輸，以使接收設(shè)備不會(huì)因?yàn)樵谀骋粫r(shí)刻接收到超過其處理能力的信息流而崩潰尚揣。數(shù)據(jù) 鏈路層實(shí)際上由兩個(gè)獨(dú)立的部分組成涌矢，介質(zhì)存取控制（Media Access Control,MAC）和邏輯鏈路控制層（Logical Link Control,LLC）。MAC描述在共享介質(zhì)環(huán)境中如何進(jìn)行站的調(diào)度快骗、發(fā)生和接收數(shù)據(jù)娜庇。MAC確保信息跨鏈路的可靠傳輸，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行同步方篮，識(shí)別錯(cuò) 誤和控制數(shù)據(jù)的流向名秀。一般地講，MAC只在共享介質(zhì)環(huán)境中才是重要的恭取，只有在共享介質(zhì)環(huán)境中多個(gè)節(jié)點(diǎn)才能連接到同一傳輸介質(zhì)上泰偿。IEEE MAC規(guī)則定義了地址，以標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)鏈路層中的多個(gè)設(shè)備蜈垮。邏輯鏈路控制子層管理單一網(wǎng)絡(luò)鏈路上的設(shè)備間的通信，IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)定義了LLC裕照。LLC支持無連接服務(wù)和面向連接的服務(wù)攒发。在數(shù)據(jù)鏈路層的信息幀中定義了許多域。這些域使得多種高層協(xié)議可以共享一個(gè)物理數(shù)據(jù) 鏈路晋南。

第三層:網(wǎng)絡(luò)層

負(fù)責(zé)在源和終點(diǎn)之間建立連接惠猿。它一般包括網(wǎng)絡(luò)尋徑，還可能包括流量控制负间、錯(cuò)誤檢查等偶妖。相同MAC標(biāo)準(zhǔn)的不同網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)傳輸一般只涉及到數(shù)據(jù)鏈路層，而不同的MAC標(biāo)準(zhǔn)之間的數(shù)據(jù)傳輸都涉及到網(wǎng)絡(luò)層政溃。例如IP路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層趾访，因而可以實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)。

第四層:傳輸層

向高層提供可靠的端到端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流服務(wù)董虱。傳輸層的功能一般包括流控扼鞋、多路傳輸申鱼、虛電路管理及差錯(cuò)校驗(yàn)和恢復(fù)。流控管理設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸云头，確保傳輸設(shè) 備不發(fā)送比接收設(shè)備處理能力大的數(shù)據(jù)捐友；多路傳輸使得多個(gè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)揭粋€(gè)物理鏈路上；虛電路由傳輸層建立溃槐、維護(hù)和終止匣砖；差錯(cuò)校驗(yàn)包括為檢測傳 輸錯(cuò)誤而建立的各種不同結(jié)構(gòu)；而差錯(cuò)恢復(fù)包括所采取的行動(dòng)（如請(qǐng)求數(shù)據(jù)重發(fā)）昏滴，以便解決發(fā)生的任何錯(cuò)誤猴鲫。傳輸控制協(xié)議（TCP）是提供可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)?TCP/IP協(xié)議族中的傳輸層協(xié)議。

第五層:會(huì)話層

建立影涉、管理和終止表示層與實(shí)體之間的通信會(huì)話变隔。通信會(huì)話包括發(fā)生在不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層之間的服務(wù)請(qǐng)求和服務(wù)應(yīng)答，這些請(qǐng)求與應(yīng)答通過會(huì)話層的協(xié)議實(shí)現(xiàn)蟹倾。它還包括創(chuàng)建檢查點(diǎn)匣缘，使通信發(fā)生中斷的時(shí)候可以返回到以前的一個(gè)狀態(tài)。

第六層:表示層

提供多種功能用于應(yīng)用層數(shù)據(jù)編碼和轉(zhuǎn)化鲜棠，以確保以一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)送的信息可以被另一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層識(shí)別肌厨。表示層的編碼和轉(zhuǎn)化模式包括公用數(shù)據(jù)表示格式、性能轉(zhuǎn)化表示格式豁陆、公用數(shù)據(jù)壓縮模式和公用數(shù)據(jù)加密模式柑爸。

公用數(shù)據(jù)表示格式就是標(biāo)準(zhǔn)的圖像、聲音和視頻格式盒音。通過使用這些標(biāo)準(zhǔn)格式表鳍，不同類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以相互交換數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)化模式通過使用不同的文本和數(shù)據(jù)表 示祥诽，在系統(tǒng)間交換信息譬圣，例如ASCII(American Standard Code for Information Interchange，美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)雄坪；標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)壓縮模式確保原始設(shè)備上被壓縮的數(shù)據(jù)可以在目標(biāo)設(shè)備上正確的解壓厘熟；加密模式確保原始設(shè)備上加密的 數(shù)據(jù)可以在目標(biāo)設(shè)備上正確地解密。

表示層協(xié)議一般不與特殊的協(xié)議棧關(guān)聯(lián)维哈，如QuickTime是Applet計(jì)算機(jī)的視頻和音頻的標(biāo)準(zhǔn)绳姨，MPEG是ISO的視頻壓縮與編碼標(biāo)準(zhǔn)。常見的圖形圖像格式PCX阔挠、GIF飘庄、JPEG是不同的靜態(tài)圖像壓縮和編碼標(biāo)準(zhǔn)。

第七層:應(yīng)用層

最接近終端用戶的OSI層谒亦，這就意味著OSI應(yīng)用層與用戶之間是通過應(yīng)用軟件直接相互作用的竭宰。注意空郊，應(yīng)用層并非由計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的實(shí)際應(yīng)用軟件組成，而是 由向應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)資源的API（Application Program Interface切揭，應(yīng)用程序接口）組成狞甚，這類應(yīng)用軟件程序超出了OSI模型的范疇。應(yīng)用層的功能一般包括標(biāo)識(shí)通信伙伴廓旬、定義資源的可用性和同步通信哼审。因 為可能丟失通信伙伴，應(yīng)用層必須為傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用子程序定義通信伙伴的標(biāo)識(shí)和可用性孕豹。定義資源可用性時(shí)涩盾，應(yīng)用層為了請(qǐng)求通信而必須判定是否有足夠的網(wǎng)絡(luò)資 源。在同步通信中励背，所有應(yīng)用程序之間的通信都需要應(yīng)用層的協(xié)同操作春霍。

OSI的應(yīng)用層協(xié)議包括文件的傳輸、訪問及管理協(xié)議(FTAM) 叶眉，以及文件虛擬終端協(xié)議(VIP)和公用管理系統(tǒng)信息(CMIP)等址儒。

2. TCP/IP分層模型

TCP/IP分層模型（TCP/IP Layening Model）被稱作因特網(wǎng)分層模型(Internet Layering Model)、因特網(wǎng)參考模型(Internet Reference Model)衅疙。

TCP/IP協(xié)議被組織成四個(gè)概念層莲趣，其中有三層對(duì)應(yīng)于ISO參考模型中的相應(yīng)層。ICP/IP協(xié)議族并不包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層饱溢，因此它不能獨(dú)立完成整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能喧伞，必須與許多其他的協(xié)議協(xié)同工作。

TCP/IP分層模型的四個(gè)協(xié)議層分別完成以下的功能：

第一層:網(wǎng)絡(luò)接口層

包括用于協(xié)作IP數(shù)據(jù)在已有網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸?shù)膮f(xié)議绩郎。實(shí)際上TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)并不定義與ISO數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對(duì)應(yīng)的功能潘鲫。相反，它定義像地址解析協(xié) 議(Address Resolution Protocol,ARP)這樣的協(xié)議肋杖，提供TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實(shí)際物理硬件之間的接口次舌。

第二層:網(wǎng)間層

對(duì)應(yīng)于OSI七層參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。本層包含IP協(xié)議兽愤、RIP協(xié)議(Routing Information Protocol，路由信息協(xié)議)挪圾，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的包裝浅萧、尋址和路由。同時(shí)還包含網(wǎng)間控制報(bào)文協(xié)議(Internet Control Message Protocol,ICMP)用來提供網(wǎng)絡(luò)診斷信息哲思。

第三層:傳輸層

對(duì)應(yīng)于OSI七層參考模型的傳輸層洼畅，它提供兩種端到端的通信服務(wù)。其中TCP協(xié)議(Transmission Control Protocol)提供可靠的數(shù)據(jù)流運(yùn)輸服務(wù)棚赔，UDP協(xié)議(Use Datagram Protocol)提供不可靠的用戶數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)帝簇。

第四層:應(yīng)用層

對(duì)應(yīng)于OSI七層參考模型的應(yīng)用層和表達(dá)層徘郭。因特網(wǎng)的應(yīng)用層協(xié)議包括Finger、Whois丧肴、FTP(文件傳輸協(xié)議)残揉、Gopher、HTTP(超文 本傳輸協(xié)議)芋浮、Telent(遠(yuǎn)程終端協(xié)議)抱环、SMTP(簡單郵件傳送協(xié)議)、IRC(因特網(wǎng)中繼會(huì)話)纸巷、NNTP（網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議）等

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ISO/OSI參考模型

??? 由于不同計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)廠商的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（例如IBM公司的SNA镇草，DEC公司的DNA等）難以互連互通，且互連網(wǎng)絡(luò)的性能難以保證瘤旨，而建網(wǎng)費(fèi)用很高梯啤，面對(duì)廣大用戶要求的便宜、靈活存哲、方便的連網(wǎng)需求因宇，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1983年提出了開放系統(tǒng)互連（OSI）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)框架，即ISO/OSI參考模型宏胯，如圖2-1所示羽嫡。

?圖2-1?ISO/OSI參考模型

?應(yīng)該說，ISO/OSI開放式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的理論指導(dǎo)作用大于其實(shí)際應(yīng)用肩袍。目前杭棵，廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是TCP/IP，但I(xiàn)SO/OSI開放式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為人們描述了指導(dǎo)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連的理想框架和藍(lán)圖氛赐，有待人們?nèi)ヌ剿骱蛯?shí)現(xiàn)魂爪。

?OSI參考模型具有以下特點(diǎn)：

?（1）提供了控制互連系統(tǒng)交互規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)框架，定義了一種抽象結(jié)構(gòu)艰管，而非具體實(shí)現(xiàn)的描述滓侍。

?（2）描述了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)互連的分層結(jié)構(gòu)，規(guī)定同等層實(shí)體（指能發(fā)送和接收信息的軟件和設(shè)備牲芋，例如終端撩笆、程序、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)缸浦、電子郵件系統(tǒng)等）之間的通信由該層的協(xié)議進(jìn)行管理和實(shí)現(xiàn)夕冲。

?（3）規(guī)定每層只完成所定義的功能，修改本層的功能對(duì)其他層無影響裂逐，并定義了相鄰層之間的接口歹鱼。

?（4）規(guī)定直接的數(shù)據(jù)傳輸在最低層（物理層）實(shí)現(xiàn)。

?（5）通信網(wǎng)只涉及第1層到第3層卜高，例如路由器涉及網(wǎng)絡(luò)層弥姻，網(wǎng)橋涉及數(shù)據(jù)鏈路層南片、中繼器涉及物理層，網(wǎng)關(guān)則涉及第4層至第7層庭敦，屬于高層協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備疼进。

?（6）ISO/ISO分層模塊化/結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想，完整而清晰明了螺捐，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有十分重要的指導(dǎo)意義颠悬。

?（7）ISD/ISO網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有開放性，所謂“開放”是指任何遵守該參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)之間都能進(jìn)行互連定血。

?ISO/OSI參考模型只定義了各層的功能赔癌，并未定義每層的具體實(shí)現(xiàn)協(xié)議，其協(xié)議由其他標(biāo)準(zhǔn)來定義澜沟，這體現(xiàn)了該模型的靈活性和遠(yuǎn)見卓識(shí)灾票。

?ISO/OSI參考模型各層表現(xiàn)在的功能也有很大的差異，下面先作一簡單的介紹茫虽，下一節(jié)再詳細(xì)說明刊苍。

?參考圖2-2所示。

?圖2-2?ISO/OSI參考模型功能簡介

?（1）物理層（Physical Layer）：提供建立濒析、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械正什、電氣、功能和規(guī)程特性号杏，通過傳輸介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)流（比特流）的物理傳輸婴氮，故障監(jiān)測和物理層管理。

?（2）數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）：在網(wǎng)絡(luò)層褓間提供數(shù)據(jù)傳輸功能和控制盾致，提供數(shù)據(jù)的流量控制主经，檢測和糾正物理鏈路產(chǎn)生的差錯(cuò)。

?（3）網(wǎng)絡(luò)層（Network Aayer）：提供路由選擇庭惜、擁塞控制罩驻、網(wǎng)絡(luò)互連等功能，根據(jù)傳輸層的要求护赊，選擇服務(wù)質(zhì)量惠遏，向傳輸層指示未恢復(fù)的差錯(cuò)。

?（4）傳輸層（Transport Layar）：提供建立骏啰、維護(hù)和拆除傳輸連接的功能爽哎，監(jiān)控服務(wù)質(zhì)量，提供端到端可靠的透明的數(shù)據(jù)傳輸器一、差錯(cuò)控制和流量控制。

?（5）會(huì)話層（Session Layer）：提供兩個(gè)進(jìn)程之間建立厨内、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接的功能祈秕，提供會(huì)話流量控制和交叉會(huì)話功能渺贤。

?（6）表示層（Presentaion Layer）：提供不同信息格式和編碼之間的轉(zhuǎn)換，提供數(shù)據(jù)表示请毛、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)加密功能志鞍。

?（7）應(yīng)用層（Application Layer）：提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如事務(wù)處理程序方仿、文件傳輸程序固棚、網(wǎng)絡(luò)管理程序等。

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DOD參考模型簡介

在TCP/IP參考模型中各層的主要特點(diǎn)和功能如下：

??? （1）網(wǎng)絡(luò)接口層（Network Interface Layer）仙蚜。網(wǎng)絡(luò)接口層是ICP／IP協(xié)議的最底層此洲，是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層與硬件設(shè)備間的聯(lián)系。這一層的協(xié)議非常多委粉，包括各種邏輯鏈路控制和媒體訪問呜师。任何用于IP數(shù)據(jù)報(bào)交換的分組傳輸協(xié)議均可包含在這一層中。

?（2）網(wǎng)絡(luò)層（Internet Layer）贾节。網(wǎng)絡(luò)層解決的是計(jì)算機(jī)到計(jì)算機(jī)間的通信問題汁汗，它包括三個(gè)方面的功能：

?·處理來自傳輸層的分組發(fā)送請(qǐng)求，收到請(qǐng)求后將分組裝入IP數(shù)據(jù)報(bào)栗涂，填充報(bào)頭知牌，選擇路徑，然后將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口斤程。

?·處理數(shù)據(jù)報(bào)角寸。

?·處理網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文協(xié)議、即處理路徑暖释、流量控制袭厂、阻塞等。

?（3）傳輸層（Transport Layer）球匕。傳輸層解決的是計(jì)算機(jī)程序到計(jì)算機(jī)程序之間的通信問題纹磺。計(jì)算機(jī)程序到計(jì)算機(jī)程序之間的通信就是通常所說的“端到端”的通信。傳輸層對(duì)信息流具有調(diào)節(jié)作用亮曹，提供可靠性傳輸橄杨，確保數(shù)據(jù)到達(dá)無誤。

?（4）應(yīng)用層（Application Layer）照卦。應(yīng)用層提供一組常用的應(yīng)用程序給用戶式矫。在應(yīng)用層，用戶調(diào)節(jié)訪問網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序役耕，應(yīng)用程序與傳輸層協(xié)議相配合采转，發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。每個(gè)應(yīng)用程序都有自己的數(shù)據(jù)形式，它可以是一系列報(bào)文或字節(jié)流故慈，但不管采用哪種形式板熊，都要將數(shù)據(jù)傳送給傳輸層以便交換。