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七層網路模型

一、七層網路模型概念

七層模型,也稱為OSI(Open System Interconnection)參考模型,是國際標準化組織(ISO)制定的一個用於計算機或通訊系統間互聯的標準體系。它是一個七層的、抽象的模型體,不僅包括一系列抽象的術語或概念,也包括具體的協議。
ISO 就是 Internationalization Standard Organization(國際標準組織)

二、模型優缺點

七層模型,主要是為解決異種網路互聯時所遇到的相容性問題。最大的優點就是將服務、介面以及協議明確區分開來。服務說明某一層為上一層提供一些功能,介面說明上一層如何使用下一層的服務,而協議涉及如何實現本層服務。網路七層的劃分也是為了使網路的不同功能模組(不同層次)分擔起不同的職責,從而帶來以下好處:

  • 減輕問題的複雜程度,一旦網路發生故障,可迅速定位故障所處層次,便於查詢和糾錯;
  • 在各層分別定義標準介面,使具備相同對等層的不同網路裝置能實現互操作,各層之間則相對獨立,一種高層協議可放在多種低層協議上執行;
  • 能有效刺激網路技術革新,因為每次更新都可以在小範圍內進行,不需對整個網路動大手術
  • 便於研究和教學

三、詳細介紹

OSI的上面4層(應用層、表示層、會話層、傳輸層)為高層,定義了程式的功能;下面3層(網路層、資料鏈路層、物理層)為低層,主要是處理面向網路的端與端資料流。

應用層

應用層是最靠近使用者的OSI層。這一層為使用者的應用程式(例如電子郵件、檔案傳輸和終端模擬)提供網路服務。。
協議有:HTTP FTP TFTP SMTP SNMP DNS TELNET HTTPS POP3 DHCP等。

應用層也稱為應用實體(AE),它由若干個特定應用服務元素(SASE)和一個或多個公用應用服務元素(CASE)組成。每個SASE提供特定的應用服務,例如檔案運輸訪問和管理(FTAM)、電子文電處理(MHS)、虛擬終端協議(VAP)等。CASE提供一組公用的應用服務,例如聯絡控制服務元素(ACSE)、可靠運輸服務元素(RTSE)和遠端操作服務元素(ROSE)等。主要負責對軟體提供介面以使程式能使用網路服務。術語“應用層”並不是指執行在網路上的某個特別應用程式 ,應用層提供的服務包括檔案傳輸、檔案管理以及電子郵件的資訊處理。

表示層

資料的表示、安全、壓縮。可確保一個系統的應用層所傳送的資訊可以被另一個系統的應用層讀取。
格式有:JPEG、ASCll、DECOIC、加密格式等。

應用程式和網路之間的翻譯官,在表示層,資料將按照網路能理解的方案進行格式化;這種格式化也因所使用網路的型別不同而不同。   

表示層管理資料的解密與加密,如系統口令的處理。例如:在 Internet上查詢你銀行賬戶,使用的即是一種安全連線。你的賬戶資料在傳送前被加密,在網路的另一端,表示層將對接收到的資料解密。除此之外,表示層協議還對圖片和檔案格式資訊進行解碼和編碼。

會話層

建立、管理、終止會話,對應主機程序,指本地主機與遠端主機正在進行的會話。
通過傳輸層(埠號:傳輸埠與接收埠)建立資料傳輸的通路。主要在你的系統之間發起會話或者接受會話請求(裝置之間需要互相認識可以是IP也可以是MAC或者是主機名)。

​ 負責在網路中的兩節點之間建立、維持和終止通訊。 會話層的功能包括:建立通訊連結,保持會話過程通訊連結的暢通,同步兩個節點之間的對話,決定通訊是否被中斷以及通訊中斷時決定從何處重新發送。   你可能常常聽到有人把會話層稱作網路通訊的“交通警察”。當通過撥號向你的 ISP (因特網服務提供商)請求連線到因特網時,ISP 伺服器上的會話層向你與你的 PC 客戶機上的會話層進行協商連線。若你的電話線偶然從牆上插孔脫落時,你終端機上的會話層將檢測到連線中斷並重新發起連線。會話層通過決定節點通訊的優先順序和通訊時間的長短來設定通訊期限。

傳輸層

傳輸層的主要功能就是:監控資料傳輸服務的質量,保證報文的正確傳輸

定義傳輸資料的協議埠號,以及流控和差錯校驗。
協議有:TCP UDP等,資料包一旦離開網絡卡即進入網路傳輸層。

定義了一些傳輸資料的協議和埠號(WWW埠80等),如:TCP(傳輸控制協議,傳輸效率低,可靠性強,用於傳輸可靠性要求高,資料量大的資料),UDP(使用者資料報協議,與TCP特性恰恰相反,用於傳輸可靠性要求不高,資料量小的資料,如QQ聊天資料就是通過這種方式傳輸的)。 主要是將從下層接收的資料進行分段和傳輸,到達目的地址後再進行重組。常常把這一層資料叫做段。

O S I 模型中最重要的一層。傳輸協議同時進行流量控制或是基於接收方可接收資料的快慢程度規定適當的傳送速率。除此之外,傳輸層按照網路能處理的最大尺寸將較長的資料包進行強制分割。例如,乙太網無法接收大於1 5 0 0 位元組的資料包。傳送方節點的傳輸層將資料分割成較小的資料片,同時對每一資料片安排一序列號,以便資料到達接收方節點的傳輸層時,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是 T C P / I P 協議套中的T C P (傳輸控制協議),另一項傳輸層服務是I P X / S P X 協議集的S P X (序列包交換)。

網路層

該層的主要任務就是:通過路由選擇演算法,為報文(該層的資料單位,由上一層資料打包而來)通過通訊子網選擇最適當的路徑。這一層定義的是IP地址,通過IP地址定址,所以產生了IP協議。

進行邏輯地址定址,實現不同網路之間的路徑選擇。
協議有:ICMP IGMP IP(IPV4 IPV6) ARP RARP等。

在位於不同地理位置的網路中的兩個主機系統之間提供連線和路徑選擇。Internet的發展使得從世界各站點訪問資訊的使用者數大大增加,而網路層正是管理這種連線的層。

O S I 模型的第三層,其主要功能是將網路地址翻譯成對應的實體地址,並決定如何將資料從傳送方路由到接收方。  
 
網路層通過綜合考慮傳送優先權、網路擁塞程度、服務質量以及可選路由的花費來決定從一個網路中節點A 到另一個網路中節點B 的最佳路徑。由於網路層處理,並智慧指導資料傳送,路由器連線網路各段,所以路由器屬於網路層。在網路中,“路由”是基於編址方案、使用模式以及可達性來指引資料的傳送。
  
網路層負責在源機器和目標機器之間建立它們所使用的路由。這一層本身沒有任何錯誤檢測和修正機制,因此,網路層必須依賴於端端之間的由D L L提供的可靠傳輸服務。   

網路層用於本地L A N網段之上的計算機系統建立通訊,它之所以可以這樣做,是因為它有自己的路由地址結構,這種結構與第二層機器地址是分開的、獨立的。這種協議稱為路由或可路由協議。路由協議包括I P、N o v e l l公司的I P X以及A p p l e Ta l k協議。   

網路層是可選的,它只用於當兩個計算機系統處於不同的由路由器分割開的網段這種情況,或者當通訊應用要求某種網路層或傳輸層提供的服務、特性或者能力時。例如,當兩臺主機處於同一個L A N網段的直接相連這種情況,它們之間的通訊只使用L A N的通訊機制就可以了(即OSI 參考模型的一二層)。

資料鏈路層

該層的主要功能就是:通過各種控制協議,將有差錯的物理通道變為無差錯的、能可靠傳輸資料幀的資料鏈路。

具體工作是接收來自物理層的位流形式的資料,並封裝成幀,傳送到上一層;同樣,也將來自上層的資料幀,拆裝為位流形式的資料轉發到物理層。這一層的資料叫做幀。

資料鏈路層協議的代表包括:SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。

資料鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括:實體地址定址、資料的成幀、流量控制、資料的檢錯、重發等。

資料的單位稱為幀(frame)

鏈路層的主要功能:

  鏈路層是為網路層提供資料傳送服務的,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,分離。

  幀定界和幀同步。鏈路層的資料傳輸單元是幀,協議不同,幀的長短和介面也有差別,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迴圈碼校驗來檢測通道上資料的誤碼,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。

      資料鏈路層主要裝置:二層交換機、網橋

物理層

解決兩個硬體之間怎麼通訊的問題,常見的物理媒介有光纖、電纜、中繼器等。它主要定義物理裝置標準,如網線的介面型別、光纖的介面型別、各種傳輸介質的傳輸速率等。

它的主要作用是傳輸位元流(就是由1、0轉化為電流強弱來進行傳輸,到達目的地後在轉化為1、0,也就是我們常說的數模轉換與模數轉換)。這一層的資料叫做位元(bit)

各層對應協議:

排錯思路: