開放系統互連參考模型

開放系統互連參考模型 (Open System Interconnect 簡稱OSI）是國際標準化組織(ISO)和國際電報電話諮詢委員會(CCITT)聯合制定的開放系統互連參考模型，為開放式互連信息系統提供了一種功能結構的框架。它從低到高分別是：物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層和套用層。

基本介紹

• 中文名：開放系統互連參考模型
• 外文名：Open System Interconnect 
• 簡稱：OSI/RM
• 制定組織：ISO，CCITT
• 性質：開放系統互連參考模型
• 作用：提供了一種功能結構的框架
• 套用學科：計算機、通信

概述

開放系統互連參考模型為實現開放系統互連所建立的通信功能分層模型，簡稱OSI參考模型。其目的是為異種計算機互連提供一個共同的基礎和標準框架，並為保持相關標準的一致性和兼容性提供共同的參考。這裡所說的開放系統，實質上指的是遵循OSI參考模型和相關協定能夠實現互連的具有各種套用目的的計算機系統。OSI參考模型如圖1所示。

圖1 OSI參考模型

OSI參考模型是計算機網路體系結構發展的產物。它的基本內容是開放系統通信功能的分層結構。這個模型把開放系統的通信功能劃分為七個層次，從鄰接物理媒體的層次開始，分別賦於1，2，……7層的順序編號，相應地稱之為物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層和套用層。每一層的功能是獨立的。它利用其下一層提供的服務並為其上一層提供服務，而與其他層的具體實現無關。這裡所謂的“服務”就是下一層向上一層提供的通信功能和層之間的會話規定，一般用通信原語實現。兩個開放系統中的同等層之間的通信規則和約定稱之為協定。通常把1～4層協定稱為下層協定，5～7層協定稱為上層協定。

1、國際標準化組織ISO在1979年建立了一個分委員會來專門研究一種用於開放系統的體系結構，提出了開放系統互連OSI模型，這是一個定義連線異種計算機的標準主體結構。
2、OSI簡介：OSI採用了分層的結構化技術，共分七層，物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、套用層。
3、OSI參考模型的特性：是一種異構系統互連的分層結構；提供了控制互連繫統互動規則的標準骨架；定義一種抽象結構，而並非具體實現的描述；不同系統中相同層的實體為同等層實體；同等層實體之間通信由該層的協定管理；相信層間的接口定義了原語操作和低層向上層提供的服務；所提供的公共服務是面向連線的或無連線的數據服務；直接的數據傳送僅在最低層實現；每層完成所定義的功能，修改本層的功能並不影響其他層。
4、物理層：提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規程的特性；有關的物理鏈路上傳輸非結構的位流以及故障檢測指示。
5、數據鏈路層：在網路層實體間提供數據傳送和接收的功能和過程；提供數據鏈路的流控。
6、網路層：控制分組傳送系統的操作、路由選擇、用戶控制、網路互連等功能，它的作用是將具體的物理傳送對高層透明。
7、傳輸層：提供建立、維護和拆除傳送連線的功能；選擇網路層提供最合適的服務；在系統之間提供可靠的透明的數據傳送，提供端到端的錯誤恢復和流量控制。
8、會話層：提供兩進程之間建立、維護和結束會話連線的功能；提供互動會話的管理功能，如三種數據流方向的控制，即一路互動、兩路交替和兩路同時會話模式 。
9、表示層：代表套用進程協商數據表示；完成數據轉換、格式化和文本壓縮。
10、套用層：提供OSI用戶服務，例如事務處理程式、檔案傳送協定和網路管理等。

物理層

物理層並不是物理媒體本身，它只是開放系統中利用物理媒體實現物理連線的功能描述和執行連線的規程。物理層提供用於建立、保持和斷開物理連線的機械的、電氣的、功能的和過程的條件。簡而言之，物理層提供有關同步和全雙工比特流在物理媒體上的傳輸手段，其典型的協定有RS 232C、RS 449/422/423、V.24和X.21、X.21bis等。

物理層是OSI的第一層，它雖然處於最底層，卻是整個開放系統的基礎。物理層為設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備，為數據傳輸提供可靠的環境。

物理層的媒體包括架空明線、平衡電纜、光纖、無線信道等。通信用的互連設備指DTE（Data Terminal Equipment）和DCE（Data Communications Equipment）間的互連設備。DTE即數據終端設備，又稱物理設備，如計算機、終端等都包括在內。而DCE則是數據通信設備或電路連線設備，如數據機等。數據傳輸通常是經過DTE-DCE，再經過DCE-DTE的路徑。互連設備指將DTE、DCE連線起來的裝置，如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細同軸電纜、T型接頭、插頭、接收器、傳送器、中繼器等都屬物理層的媒體和連線器。

開放系統互連參考模型

物理層的主要功能是：①為數據端設備提供傳送數據的通路，數據通路可以是一個物理媒體，也可以是多個物理媒體連線而成。一次完整的數據傳輸，包括激活物理連線、傳送數據和終止物理連線。所謂激活，就是不管有多少物理媒體參與，都要在通信的兩個數據終端設備間連線起來，形成一條通路。②傳輸數據。物理層要形成適合數據傳輸需要的實體，為數據傳送服務。一是要保證數據能在其上正確通過，二是要提供足夠的頻寬(頻寬是指每秒鐘內能通過的比特(Bit)數)，以減少信道上的擁塞。傳輸數據的方式能滿足點到點，一點到多點，串列或並行，半雙工或全雙工，同步或異步傳輸的需要。③完成物理層的一些管理工作。

數據鏈路層

數據鏈路可以粗略地理解為數據通道。物理層要為終端設備間的數據通信提供傳輸介質及其連線。介質是長期的，連線是有生存期的。在連線生存期內，收發兩端可以進行不等的一次或多次數據通信。每次通信都要經過建立通信聯絡和拆除通信聯絡兩個過程。這種建立起來的數據收發關係就叫做數據鏈路。而在物理媒體上傳輸的數據難免受到各種不可靠因素的影響而產生差錯，為了彌補物理層上的不足，為上層提供無差錯的數據傳輸，就要能對數據進行檢錯和糾錯。數據鏈路的建立，拆除，對數據的檢錯，糾錯是數據鏈路層的基本任務。

鏈路層是為網路層提供數據傳送服務的，這種服務要依靠本層具備的功能來實現。鏈路層應具備如下功能：

鏈路連線的建立、拆除和分離；

幀定界和幀同步。鏈路層的數據傳輸單元是幀，協定不同，幀的長短和界面也有差別，但無論如何必須對幀進行定界；

順序控制，指對幀的收發順序的控制；

差錯檢測和恢復。還有鏈路標識，流量控制等等。差錯檢測多用方陣碼校驗和循環碼校驗來檢測信道上數據的誤碼，而幀丟失等用序號檢測。各種錯誤的恢復則常靠反饋重發技術來完成。

獨立的鏈路產品中最常見的當屬網卡，網橋也是鏈路產品。數據鏈路層將本質上不可靠的傳輸媒體變成可靠的傳輸通路提供給網路層。在IEEE802.3情況下，數據鏈路層分成了兩個子層，一個是邏輯鏈路控制，另一個是媒體訪問控制.

OSI其中

AUI——連線單元接口 PMA——物理媒體連線

MAU——媒體連線單元 PLS——物理信令

MDI——媒體相關接口

網路層

網路層的產生也是網路發展的結果。在在線上系統和線路交換的環境中，網路層的功能沒有太大意義。當數據終端增多時。它們之間有中繼設備相連，此時會出現一台終端要求不只是與惟一的一台而是能和多台終端通信的情況，這就產生了把任意兩台數據終端設備的數據連結起來的問題，也就是路由或者叫尋徑。另外，當一條物理信道建立之後，被一對用戶使用，往往有許多空閒時間被浪費掉。人們自然會希望讓多對用戶共用一條鏈路，為解決這一問題就出現了邏輯信道技術和虛擬電路技術。

中繼控制層，其主要功能是利用數據鏈路層所保證的鄰接節點間的無差錯數據傳輸功能，通過路由選擇和中繼功能，實現兩個端系統之間的數據傳輸。為此，網路層還具有多路復用功能，採用統計時分復用原理，將一條數據鏈路復用為多條邏輯信道，從而實現一個數據終端設備利用一條物理電路同時和多個遠程數據通信設備的通信。網路層規定了網路連線的建立和拆除規程以及數據傳送規程等。

網路層為建立網路連線和為上層提供服務，應具備以下主要功能：

1.路由選擇和中繼；

2.激活，終止網路連線；

3.在一條數據鏈路上復用多條網路連線，多採取分時復用技術；

4.檢測與恢復；

5.排序，流量控制；

6.服務選擇；

7.網路管理。

傳輸層

端開放系統之間的數據傳送控制層。主要功能是端開放系統之間數據的收妥確認。同時，還用於彌補各種通信網路的質量差異，對經過下三層之後仍然存在的傳輸差錯進行恢復，進一步提高可靠性。另外，還通過復用、分段和組合、連線和分離、分流和合流等技術措施，提高吞吐量和服務質量。

傳輸層是兩台計算機經過網路進行數據通信時，第一個端到端的層次，具有緩衝作用。當網路層服務質量不能滿足要求時，它將服務加以提高，以滿足高層的要求；當網路層服務質量較好時，它只用很少的工作。傳輸層還可進行復用，即在一個網路連線上創建多個邏輯連線。傳輸層也稱為運輸層。傳輸層只存在於端開放系統中，是介於低3層通信子網系統和高3層之間的一層，但是很重要的一層。因為它是源端到目的端對數據傳送進行控制從低到高的最後一層。

有一個既存事實，即世界上各種通信子網在性能上存在著很大差異。例如電話交換網，分組交換網，公用數據交換網，區域網路等通信子網都可互連，但它們提供的吞吐量，傳輸速率，數據延遲通信費用各不相同。對於會話層來說，卻要求有一性能恆定的界面。傳輸層就承擔了這一功能。它採用分流/合流，復用/介復用技術來調節上述通信子網的差異，使會話層感受不到。

此外傳輸層還要具備差錯恢復，流量控制等功能，以此對會話層禁止通信子網在這些方面的細節與差異。傳輸層面對的數據對象已不是網路地址和主機地址，而是會話層的界面連線埠。上述功能的最終目的是為會話提供可靠的，無誤的數據傳輸。傳輸層的服務一般要經歷傳輸連線建立、數據傳送、傳輸連線釋放3個階段才算完成一個完整的服務過程。而在數據傳送階段又分為一般數據傳送和加速數據傳送兩種。

會話層

會話單位的控制層，其主要功能是按照在套用進程之間約定的原則，按照正確的順序收、發數據，進行各種形態的對話。會話層規定了會話服務用戶間會話連線的建立和拆除規程以及數據傳送規程。

會話層提供的服務是套用建立和維持會話，並能使會話獲得同步。會話層使用校驗點可使通信會話在通信失效時從校驗點繼續恢復通信。這種能力對於傳送大的檔案極為重要。會話層，表示層，套用層構成開放系統的高3層，面向套用進程提供分布處理、對話管理、信息表示、檢查和恢復與語義上下文有關的傳送差錯等。為給兩個對等會話服務用戶建立一個會話連線，應該做如下幾項工作：

1.將會話地址映射為運輸地址；

2.數據傳輸階段；

3.連線釋放。

表示層

數據表示形式的控制層，其主要功能是把套用層提供的信息變換為能夠共同理解的形式，提供字元代碼、數據格式、控制信息格式、加密等的統一表示。表示層的作用之一是為異種機通信提供一種公共語言，以便能進行互操作。這種類型的服務之所以需要，是因為不同的計算機體系結構使用的數據表示法不同。例如，IBM主機使用EBCDIC編碼，而大部分PC機使用的是ASCII碼。在這種情況下，便需要表示層來完成這種轉換。通過前面的介紹，我們可以看出，會話層以下5層完成了端到端的數據傳送，並且是可靠的、無差錯的傳送。但是數據傳送只是手段而不是目的，最終是要實現對數據的使用。由於各種系統對數據的定義並不完全相同，最易明白的例子是鍵盤——其上的某些鍵的含義在許多系統中都有差異。這自然給利用其它系統的數據造成了障礙。表示層和套用層就擔負了消除這種障礙的任務。

套用層

OSI參考模型的最高層。其功能是實現套用進程（如用戶程式、終端操作員等）之間的信息交換。同時，還具有一系列業務處理所需要的服務功能。套用層一般包括公共套用服務要素（CASE）和特定套用服務要素（SASE>。其中CASE提供套用進程中最基本的服務，向套用進程提供信息傳送所必需的、但又獨立於套用進程通信的能力。SASE實質上是各種套用進程在套用層中的映射，每一個SASE都針對某一類具體套用，例如檔案傳送、訪問和管理（FTAM）、虛擬終端（VT）、訊息處理系統（MHS）、電子數據互換（EDI）和目錄查詢等。

套用層向應用程式提供服務，這些服務按其向應用程式提供的特性分成組，並稱為服務元素。有些可為多種應用程式共同使用，有些則為較少的一類應用程式使用。套用層是開放系統的最高層，是直接為套用進程提供服務的。其作用是在實現多個系統套用進程相互通信的同時，完成一系列業務處理所需的服務。