参考模型

计算机的通信参考模型

网络术语中的参考模型指的是OSI参考模型，由ISO（国际标准化组织）制定的一套普遍适用的规范集合，以使得全球范围的计算机平台可进行开放式通信。

参考模型的概念

ISO创建了一个有助于开发和理解计算机的通信模型，即开放系统互联OSI参考模型。OSI参考模型将网络结构划分为七层：即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层均有自己的一套功能集，并与紧邻的上层和下层交互作用。在顶层，应用层与用户使用的软件进行交互。在OSI参考模型的底端是携带信号的网络电缆和连接器。总的说来，在顶端与底端之间的每一层均能确保数据以一种可读、无错、排序正确的格式被发送。OSI参考模型是对发生在网络中两节点之间过程的理论化描述。

参考模型的构成

物理层

物理层是OSI参考模型的最低层或第一层，该层包括物理联网媒介，如电缆连线连接器。物理层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。在你的桌面PC上插入网络接口卡，你就建立了计算机连网的基础。换言之，你提供了一个物理层。尽管物理层不提供纠错服务，但它能够设定数据传输速率并检测数据出错率。网络物理问题，如电线断开，将影响物理层。同样地，如果你没有将网络接口卡在计算机的电路板中插得足够深，计算机也将在物理层出现网络问题。

IEEE已制定物理层协议的标准，特别IEEE802规定了以太网和令牌环网应如何处理数据。术语“第一层协议”和“物理层协议”，均是指描述电信号如何被放大及通过电线传输的标准。

数据链路层

数据链路层是OSI参考模型的第二层，它控制网络层与物理层之间的通信。它的主要功能是将从网络层接收到的数据分割成特定的可被物理层传输的帧。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始数据，或称“有效荷载”，还包括发送方和接收方的网络地址以及纠错和控制信息。其中的地址确定了帧将发送到何处，而纠错和控制信息则确保帧无差错到达。

数据链路层的功能独立于网络和它的节点和所采用的物理层类型，由于它们要对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。

网络层

网络层，即OSI参考模型的第三层，其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中节点A到另一个网络中节点B的最佳路径。

由于网络层处理路由，而路由器因为即连接网络各段，并智能指导数据传送，属于网络层。在网络中，“路由”是基于编址方案、使用模式以及可达性来指导数据的发送。网络层协议还能补偿数据发送、传输以及接受的设备能力的不平衡性。为完成这一任务，网络层对数据包进行分段和重组。分段即是指当数据从一个能处理较大数据单元的网络段传送到位能处理较小数据单元的网络段是，网络层减小数据单元的大小的过程。

传输层

传输层主要负责确保数据可靠、顺序、无错地从A点到传输到B点。因为如果没有传输层，数据将不能接受发给验证或解释，所以，传输层常被认为是OSI参考模型中最重要的一层。传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接受数据的快慢程度规定适当的发送速率。

除此之外，传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割，例如，以太网无法接受1500字节的数据包。发送方节点的传输层将数据分割成较小的数据片，同时对每一数据片安排一系列好，以便数据到达接收方节点的传输层时，能以正确的顺序重组。该过程即被称为排序。

会话层

会话层负责在网络中的两节点之间建立和维持通信。术语“会话”指在两个实体之间建立数据交换的连接；常用于表示终端与主机之间的通信。所谓终端时指将几乎不具有自己的处理能力或硬盘容量，而只依靠主机提供应用程序和数据处理服务的一点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。

表示层

表示层如同应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。表示层管理数据的解密与加密，表示层协议还对图片和文件格式信息进行解码和编码。

应用层

OSI参考模型的顶端也即第七层是应用层。应用层负责对软件提供接口以使程序能适应网络服务。术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序。应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。

参考模型的应用

两个系统之间的通信

可以从服务中的邮件查找的示范过程来跟踪OSI参考模型各层功能。一旦你登录到网络，打开邮件程序，就可以选择接受邮件。此时，应用层将识别你的选择，并提出一个从远程节点获取数据的请求包、应用层将该请求传递到表示层。表示层首先判定是否以及如何格式化或加密来自应用层的数据请求。此后，它将加入所需的转换和代码以实现格式化，并将请求传递到会话层。

会话层接收到已格式化的请求，赋给它一个数据标记符。该标记符是向网络的其余部分指示你有权限传输数据的一种专用控制帧。会话层将数据传递到传输层。在传输层，你的数据以及所累积的控制信息将被分割成可管理的数据块，以准备在数据链路层打包成帧。如果数据太大，不能放在一个帧里，传输层再将它分割成更小的块，同时对每一数据块安排一个序列标识。此后，该层将数据决逐个传递到网络层。

网络层对来自传输层的数据增加地址信息，以便下一层能知道数据的源地址与目的地址。此后，网络层将带有地址信息的数据块传递到数据链路层。在数据链路层，数据块被打包成单个帧。正如已了解到的，帧是用于发送小块数据的一种结构化格式。由于每个帧有内部的错误校验功能，使用帧将减少网络中数据丢失与错误的概率。帧所使用的错误检验算法被称为FCS（帧校验序列），它由数据链路层插入到帧的尾部。

层间编址

数据链路层地址是与网络硬件相关联的固定序列号，通常出工厂之前即被确定，这些地址在通过位于数据链路层中的MAC（介质访问控制）子层后被称为MAC地址，并被附加到数据帧的目标物理地址之上。驻留在OSI参考模型网络层的网络层地址由于所包含的数据子集能逐渐缩小地址范围，因而采取一种分级编址方案，并且该地址可通过操作系统软件指定。

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