計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的七層協(xié)議

1、關(guān)于七層模型的介紹七層模型，也稱為OSI（Open System Interconnection）參考模型，是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的一個(gè)用于計(jì)算機(jī)或通訊系統(tǒng)間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)體系。它是一個(gè)七層的、抽象的模型體，不僅包括一系列抽象的術(shù)語或概念，也包括具體的協(xié)議。 ISO 就是 Internationalization Standard Organization（國際標(biāo)準(zhǔn)組織）。起源 看一下OSI的起源和出現(xiàn)過程還是挺有意思的。 OSI的大部分設(shè)計(jì)工作實(shí)際上只是Honeywell Information System公司的一個(gè)小組完成的，小組的技術(shù)負(fù)責(zé)人是Charl

2、ie Bachman。在70年代中期，這個(gè)小組主要是為了開發(fā)一些原型系統(tǒng)而成立的，主要關(guān)注數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 70年代中，為了支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問，需要一個(gè)結(jié)構(gòu)化的分布式通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。于是這個(gè)小組研究了現(xiàn)有的一些解決方案，其中包括IBM公司的SNA(System Network Architecture)、ARPANET（Internet的前身）的協(xié)議、以及為標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫正在研究中的一些表示服務(wù)（presentation services）的相關(guān)概念，在1977年提出了一個(gè)七層的體系結(jié)構(gòu)模型，他們內(nèi)部稱之為分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（DSA）。 與此同時(shí)，1977年英國標(biāo)準(zhǔn)化

3、協(xié)會向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提議，為了定義分布處理之間的通信基礎(chǔ)設(shè)施，需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)。結(jié)果，ISO就開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）問題成立了一個(gè)專委會（TC 97, Subcomittee 16），指定由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）開發(fā)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)草案，在專委會第一次正式會議之前提交。Bachman 參加了ANSI早期的會議，并提交了他的七層模型，這個(gè)模型就成了提交ISO專委會的唯一的一份草案。 1978年3月，在ISO的OSI專委會在華盛頓召開的會議上，與會專家很快達(dá)成了共識，認(rèn)為這個(gè)分層的體系結(jié)構(gòu)能夠滿足開放式系統(tǒng)的大多數(shù)需求，而且具有可擴(kuò)展的能力，能夠滿足新的需求。于是，1978

4、年發(fā)布了這個(gè)臨時(shí)版本，1979年稍作細(xì)化之后，成了最終的版本。所以，OSI模型和1977年DSA模型基本相同。模型優(yōu)點(diǎn)建立七層模型的主要目的是為解決異種網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)所遇到的兼容性問題。它的最大優(yōu)點(diǎn)是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個(gè)概念明確地區(qū)分開來：服務(wù)說明某一層為上一層提供一些什么功能，接口說明上一層如何使用下層的服務(wù)，而協(xié)議涉及如何實(shí)現(xiàn)本層的服務(wù)；這樣各層之間具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，互連網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體采用什么樣的協(xié)議是沒有限制的，只要向上提供相同的服務(wù)并且不改變相鄰層的接口就可以了。網(wǎng)絡(luò)七層的劃分也是為了使網(wǎng)絡(luò)的不同功能模塊（不同層次）分擔(dān)起不同的職責(zé)，從而帶來如下好處：   減輕問題的復(fù)雜程度，

5、一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，可迅速定位故障所處層次，便于查找和糾錯(cuò)；   在各層分別定義標(biāo)準(zhǔn)接口，使具備相同對等層的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)互操作，各層之間則相對獨(dú)立，一種高層協(xié)議可放在多種低層協(xié)議上運(yùn)行；   能有效刺激網(wǎng)絡(luò)技術(shù)革新，因?yàn)槊看胃露伎梢栽谛》秶鷥?nèi)進(jìn)行，不需對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)動大手術(shù)；   便于研究和教學(xué)。詳細(xì)介紹OSI中的上面4層（應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層）為高層，定義了程序的功能；下面3層（網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層）為低層，主要是處理面向網(wǎng)絡(luò)的端到端數(shù)據(jù)流。應(yīng)用層（Application Layer）應(yīng)用層是最靠近用戶的OSI層。這一層為用戶的應(yīng)用程序（例如電

6、子郵件、文件傳輸和終端仿真）提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 協(xié)議有：HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP等。應(yīng)用層也稱為應(yīng)用實(shí)體（AE），它由若干個(gè)特定應(yīng)用服務(wù)元素（SASE）和一個(gè)或多個(gè)公用應(yīng)用服務(wù)元素（CASE）組成。每個(gè)SASE提供特定的應(yīng)用服務(wù)，例如文件運(yùn)輸訪問和管理（FTAM）、電子文電處理（MHS）、虛擬終端協(xié)議（VAP）等。CASE提供一組公用的應(yīng)用服務(wù)，例如聯(lián)系控制服務(wù)元素（ACSE）、可靠運(yùn)輸服務(wù)元素（RTSE）和遠(yuǎn)程操作服務(wù)元素（ROSE）等。主要負(fù)責(zé)對軟件提供接口以使程序能使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。術(shù)語“應(yīng)用層”并不是指運(yùn)行在

7、網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)特別應(yīng)用程序 ，應(yīng)用層提供的服務(wù)包括文件傳輸、文件管理以及電子郵件的信息處理。表示層（Presentation Layer）數(shù)據(jù)的表示、安全、壓縮?？纱_保一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層所發(fā)送的信息可以被另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層讀取。 格式有：JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等。應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的翻譯官，在表示層，數(shù)據(jù)將按照網(wǎng)絡(luò)能理解的方案進(jìn)行格式化；這種格式化也因所使用網(wǎng)絡(luò)的類型不同而不同。 表示層管理數(shù)據(jù)的解密與加密，如系統(tǒng)口令的處理。例如：在 Internet上查詢你銀行賬戶，使用的即是一種安全連接。你的賬戶數(shù)據(jù)在發(fā)送前被加密，在網(wǎng)絡(luò)的另一端，表示層將對接收到的數(shù)據(jù)解密。除

8、此之外，表示層協(xié)議還對圖片和文件格式信息進(jìn)行解碼和編碼。會話層（Session Layer）建立、管理、終止會話，對應(yīng)主機(jī)進(jìn)程，指本地主機(jī)與遠(yuǎn)程主機(jī)正在進(jìn)行的會話。 通過傳輸層（端口號：傳輸端口與接收端口）建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐贰Ｖ饕谀愕南到y(tǒng)之間發(fā)起會話或者接受會話請求（設(shè)備之間需要互相認(rèn)識可以是IP也可以是MAC或者是主機(jī)名）。負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點(diǎn)之間建立、維持和終止通信。 會話層的功能包括：建立通信鏈接，保持會話過程通信鏈接的暢通，同步兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的對話，決定通信是否被中斷以及通信中斷時(shí)決定從何處重新發(fā)送。 你可能常常聽到有人把會話層稱作網(wǎng)絡(luò)通信的“交通警察”。當(dāng)通過撥號向你的 I

9、SP （因特網(wǎng)服務(wù)提供商）請求連接到因特網(wǎng)時(shí)，ISP 服務(wù)器上的會話層向你與你的 PC 客戶機(jī)上的會話層進(jìn)行協(xié)商連接。若你的電話線偶然從墻上插孔脫落時(shí)，你終端機(jī)上的會話層將檢測到連接中斷并重新發(fā)起連接。會話層通過決定節(jié)點(diǎn)通信的優(yōu)先級和通信時(shí)間的長短來設(shè)置通信期限。傳輸層（Transport Layer）定義傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議端口號，以及流控和差錯(cuò)校驗(yàn)。 協(xié)議有：TCP UDP等，數(shù)據(jù)包一旦離開網(wǎng)卡即進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)傳輸層。定義了一些傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議和端口號（WWW端口80等），如：TCP（傳輸控制協(xié)議，傳輸效率低，可靠性強(qiáng)，用于傳輸可靠性要求高，數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)），UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，與TCP特

10、性恰恰相反，用于傳輸可靠性要求不高，數(shù)據(jù)量小的數(shù)據(jù)，如QQ聊天數(shù)據(jù)就是通過這種方式傳輸?shù)模?主要是將從下層接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和傳輸，到達(dá)目的地址后再進(jìn)行重組。常常把這一層數(shù)據(jù)叫做段。O S I 模型中最重要的一層。傳輸協(xié)議同時(shí)進(jìn)行流量控制或是基于接收方可接收數(shù)據(jù)的快慢程度規(guī)定適當(dāng)?shù)陌l(fā)送速率。除此之外，傳輸層按照網(wǎng)絡(luò)能處理的最大尺寸將較長的數(shù)據(jù)包進(jìn)行強(qiáng)制分割。例如，以太網(wǎng)無法接收大于1 5 0 0 字節(jié)的數(shù)據(jù)包。發(fā)送方節(jié)點(diǎn)的傳輸層將數(shù)據(jù)分割成較小的數(shù)據(jù)片，同時(shí)對每一數(shù)據(jù)片安排一序列號，以便數(shù)據(jù)到達(dá)接收方節(jié)點(diǎn)的傳輸層時(shí)，能以正確的順序重組。該過程即被稱為排序。工作在傳輸層的一種服務(wù)是 T C P

11、 / I P 協(xié)議套中的T C P （傳輸控制協(xié)議），另一項(xiàng)傳輸層服務(wù)是I P X / S P X 協(xié)議集的S P X （序列包交換）。網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）進(jìn)行邏輯地址尋址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的路徑選擇。 協(xié)議有：ICMP IGMP IP（IPV4 IPV6） ARP RARP等。在位于不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)主機(jī)系統(tǒng)之間提供連接和路徑選擇。Internet的發(fā)展使得從世界各站點(diǎn)訪問信息的用戶數(shù)大大增加，而網(wǎng)絡(luò)層正是管理這種連接的層。O S I 模型的第三層，其主要功能是將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對應(yīng)的物理地址，并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方。   網(wǎng)

12、絡(luò)層通過綜合考慮發(fā)送優(yōu)先權(quán)、網(wǎng)絡(luò)擁塞程度、服務(wù)質(zhì)量以及可選路由的花費(fèi)來決定從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)A 到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)B 的最佳路徑。由于網(wǎng)絡(luò)層處理，并智能指導(dǎo)數(shù)據(jù)傳送，路由器連接網(wǎng)絡(luò)各段，所以路由器屬于網(wǎng)絡(luò)層。在網(wǎng)絡(luò)中，“路由”是基于編址方案、使用模式以及可達(dá)性來指引數(shù)據(jù)的發(fā)送。  網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)在源機(jī)器和目標(biāo)機(jī)器之間建立它們所使用的路由。這一層本身沒有任何錯(cuò)誤檢測和修正機(jī)制，因此，網(wǎng)絡(luò)層必須依賴于端端之間的由D L L提供的可靠傳輸服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)層用于本地L A N網(wǎng)段之上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建立通信，它之所以可以這樣做，是因?yàn)樗凶约旱穆酚傻刂方Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與第二層機(jī)器地址是分開的、獨(dú)立

13、的。這種協(xié)議稱為路由或可路由協(xié)議。路由協(xié)議包括I P、N o v e l l公司的I P X以及A p p l e Ta l k協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)層是可選的，它只用于當(dāng)兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處于不同的由路由器分割開的網(wǎng)段這種情況，或者當(dāng)通信應(yīng)用要求某種網(wǎng)絡(luò)層或傳輸層提供的服務(wù)、特性或者能力時(shí)。例如，當(dāng)兩臺主機(jī)處于同一個(gè)L A N網(wǎng)段的直接相連這種情況，它們之間的通信只使用L A N的通信機(jī)制就可以了(即OSI 參考模型的一二層)。數(shù)據(jù)鏈路層（Datalink Layer）建立邏輯連接、進(jìn)行硬件地址尋址、差錯(cuò)校驗(yàn)等功能。（由底層網(wǎng)絡(luò)定義協(xié)議） 將比特組合成字節(jié)進(jìn)而組合成幀，用MAC地址訪問介質(zhì)，錯(cuò)誤

14、發(fā)現(xiàn)但不能糾正。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。定義了如何讓格式化數(shù)據(jù)以進(jìn)行傳輸，以及如何讓控制對物理介質(zhì)的訪問。這一層通常還提供錯(cuò)誤檢測和糾正，以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。OSI模型的第二層，它控制網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信。它的主要功能是如何在不可靠的物理線路上進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠傳遞。為了保證傳輸，從網(wǎng)絡(luò)層接收到的數(shù)據(jù)被分割成特定的可被物理層傳輸?shù)膸怯脕硪苿訑?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)包，它不僅包括原始數(shù)據(jù)，還包括發(fā)送方和接收方的物理地址以及檢錯(cuò)和控制信息。其中的地址確定了幀將發(fā)送到何處，而糾錯(cuò)和控制信息則確保幀無差錯(cuò)到達(dá)。 如果在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，接收點(diǎn)檢測到所傳數(shù)據(jù)中有差錯(cuò)，

15、就要通知發(fā)送方重發(fā)這一幀。  數(shù)據(jù)鏈路層的功能獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)和它的節(jié)點(diǎn)和所采用的物理層類型，它也不關(guān)心是否正在運(yùn)行 Wo r d 、E x c e l 或使用I n t e r n e t 。有一些連接設(shè)備，如交換機(jī)，由于它們要對幀解碼并使用幀信息將數(shù)據(jù)發(fā)送到正確的接收方，所以它們是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的。 數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer):在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，建立相鄰結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過差錯(cuò)控制提供數(shù)據(jù)幀（Frame）在信道上無差錯(cuò)的傳輸，并進(jìn)行各電路上的動作系列。   數(shù)據(jù)鏈路層在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理

16、地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、重發(fā)等。物理層（Physical Layer）建立、維護(hù)、斷開物理連接。（由底層網(wǎng)絡(luò)定義協(xié)議）主要定義物理設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，如網(wǎng)線的接口類型、光纖的接口類型、各種傳輸介質(zhì)的傳輸速率等。它的主要作用是傳輸比特流（就是由1、0轉(zhuǎn)化為電流強(qiáng)弱來進(jìn)行傳輸,到達(dá)目的地后在轉(zhuǎn)化為1、0，也就是我們常說的數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換）。這一層的數(shù)據(jù)叫做比特。O S I 模型的最低層或第一層，該層包括物理連網(wǎng)媒介，如電纜連線連接器。物理層的協(xié)議產(chǎn)生并檢測電壓以便發(fā)送和接收攜帶數(shù)據(jù)的信號。在你的桌面P C 上插入網(wǎng)絡(luò)接口卡，你就建立了計(jì)算機(jī)連網(wǎng)的基礎(chǔ)。換言之，你提供了一個(gè)物理層。盡管物

17、理層不提供糾錯(cuò)服務(wù)，但它能夠設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率并監(jiān)測數(shù)據(jù)出錯(cuò)率。網(wǎng)絡(luò)物理問題，如電線斷開，將影響物理層。 用戶要傳遞信息就要利用一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜等，但具體的物理媒體并不在OSI的7層之內(nèi)，有人把物理媒體當(dāng)做第0層，物理層的任務(wù)就是為它的上一層提供一個(gè)物理連接，以及它們的機(jī)械、電氣、功能和過程特性。如規(guī)定使用電纜和接頭的類型、傳送信號的電壓等。在這一層，數(shù)據(jù)還沒有被組織，僅作為原始的位流或電氣電壓處理，單位是bit比特補(bǔ)充知識一個(gè)設(shè)備工作在哪一層，關(guān)鍵看它工作時(shí)利用哪一層的數(shù)據(jù)頭部信息。網(wǎng)橋工作時(shí)，是以MAC頭部來決定轉(zhuǎn)發(fā)端口的，因此顯然它是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。 具體說:&

18、#160;物理層：網(wǎng)卡，網(wǎng)線，集線器，中繼器，調(diào)制解調(diào)器 數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)橋，交換機(jī) 網(wǎng)絡(luò)層：路由器 網(wǎng)關(guān)工作在第四層傳輸層及其以上。 集線器是物理層設(shè)備,采用廣播的形式來傳輸信息。 交換機(jī)就是用來進(jìn)行報(bào)文交換的機(jī)器。多為鏈路層設(shè)備(二層交換機(jī))，能夠進(jìn)行地址學(xué)習(xí)，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的形式來交換報(bào)文.。 路由器的一個(gè)作用是連通不同的網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負(fù)荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)暢通率。交換機(jī)和路由器的區(qū)別交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個(gè)端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在則廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機(jī)會“學(xué)習(xí)”新的地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照MAC地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機(jī)。通過交換機(jī)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的隔離廣播風(fēng)暴