详解OSI七层模型的功能和协议集

OSI七层模型的功能

1、应用层

这是OSI的最高层。这一层的协议直接为用户服务，提供分布式处理环境。应用层管理开放系统的互连，包括系统的启动、维持和终止，并保持应用进程间建立连接所需的数据记录，其他层都是为支持这一层的功能而存在的。

一个应用是由一些合作的应用进组成的，这些应用进程根据应用层协议互相通信。应用进程还是数据交换的源和宿，也可以被看作是应用层的实体。应用进程可以是任何形式的操作过程，例如，手工的、计算机化得或工业和物理过程等。这一层协议的例子有在不同系统间传输文件的协议、电子邮件协议和远程作业录入协议等。

２、表示层

表示层的用途是提供一个应用层选择的服务的集合，是的应用层可以根据这些服务功能解释数据的涵义。表示层一下各层只关心如何可靠地传输数据，而表示层关心的是所传输数据的表现方式、它的语法和语义。表示服务的例子的数据编码、数据压缩格式和加密技术等。

3、会话层

会话层支持两个表示层实体之间的交互作用。它提供的会话服务可分为如下两类。

（1）把两个表示实体结合在一起，或者把它们分开，这叫会话管理。

（2）控制两个表示实体件的数据交换过程。例如，分段、同步等，者一类叫会话服务。

通过计算机网络的会话和人们打电话不一样，更和人们当面谈话的情况不一样。对话的管理包括决定该谁说，该谁听。长的对话（例如传输一个长文件）需要分段，一段一段地进行，如果一段传错了，可以回到分界限的地方重新传输。所有这些功能都需要专门的协议支持。

4、传输层

这一层在底层服务的基础上提供一种通用的传输服务。会话实体利用这种透明的数据传输服务而不必考虑下层通信网络的工作细节，并使数据传输能高效地进行。传输层用多路复用或分流的方式优化网络的传输效率。当会话实体要求建立一条传输连接时，传输层要求建立一个对应的网络连接。如果要求较高的吞吐率，传输层可能为其建立多个网络连接；如果要求的传输速率不是很高，单独创建和维持一个网络连接不合算，则传输层就可考虑把几个传输连接多路复用到一个网络连接上。这样的多路复用和分流对传输层以上是透明的。

传输层的服务可以提供一条无差错按顺序的端到端连接，也可能提供不保证顺序的独立报文传输，或多目标报文广播。这些服务可由会话实体根据具体情况选用。传输连接在其两端进行流量控制，以免高速主机发送的信息流淹没低速主机。传输层协议是真正的源端到目标端的协议，它由传输连接两端的传输实体处理。传输层下面的功能层协议都是通信子网中的协议。

5.网络层

这一层的功能属于通信子网，它通过网络连接交换传输层实体发出的数据。网络层把上层来的数据组织成分组在通信子网的节点之间交换传送。交换过程中要解决的关键问题是选择路径，路径既可以是固定不变的，也可以是根据网络的负载情况动态变化的。另外一个要解决的问题是防止网络中出现局部的拥挤或全面的阻塞。此外，网络层还应有记账功能，以便根据通信过程中交换的分组数（或字符数、位数）收费。

当传送的分组跨越一个网络的边界时，网络层应该对不同网络中分组的长度、寻址方式、通信协议进行变化，使得异构型网络能够互联互通。

6、数据链路层

这一层的功能是建立、维持和释放网络实体之间的数据链路，这种数据链路对网络层表现为一条无差错的信道。相邻节点之间的数据交换是分帧进行的，各帧按顺序传送，并通过接收端的检验检查和应答保证可靠地传输。数据链路层对损坏、丢失和重复的帧应能进行处理，这种处理过程对网络层是透明的。相邻节点之间的数据传输也有流量控制的问题，数据链路层把流量控制和差错控制合在一起进行。两个节点之间传输数据帧和发回答帧的双向通信问题要有特殊的解决办法，有时由反向传输的数据帧“捎带”应答信息，这是一种极巧妙而又高效率的控制机制。

7、物理层

这一层规定通信设备机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维持和释放数据链路实体键的连接。具体地说，这一层的规程都与电路上传输的原始位有关，它涉及到什么信号代表“1”，什么信号代表“0”；一位持续多少时间；传输是双向的，还是单向的；一次通信中发送方和接收方如何应答；设备之间连接件的尺寸和接头数；以及每根连线的用途等。

OSI协议集

国际标准化组织除定义了OSI参考模型之外，还开发了实现7个功能层次的各种协议和服务标准，这些协议和服务通称为“OSI协议”。OSI协议是一些已有的协议和ISO新开发的协议的混合体，例如，大部分物理层和数据链路层协议是采纳了现有的协议，而数据链路层以上的协议是ISO自行起草的。产生OSI协议的目的是提出能满足所有组网需求的国际标准，但是截至到目前为止，实现情况离这一目标还很遥远。

虽然OSI协议集的实现缺乏商业动力，但是OSI/RM作为网络系统的知识框架，对于学习和理解网络标准还是有用的。全国计算机与信息处理标准化技术委员会开放系统互连分技术委员负责把ISO/TC95/SC21标准采纳为国家标准，它制定的“开放系统互连——基本参考模型”与ISO OSI/RM相同。

和其他协议集一样，OSI协议是实现某些功能的过程的描述和说明。每一个OSI协议都详细地规定了特定层次的功能特性。OSI协议集如下。

1、物理层协议

在物理层，OSI采纳了各种现成的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN，以及FDDI、IEEE 802.3、IEEE 802.4和IEEE 802.5的物理层协议。

2、数据链路层协议

在数据链路层，OSI的协议集也是采纳了当前流行的协议，其中包括HDLC、LAP-B以及IEEE 802的数据链路层协议（ISO 8802）。数据链路层协议和服务于具体的物理传输技术有关。虽然上面的功能层一般是每层对应一个协议，而在数据链路层却不是这样，为了有效地利用各种传输技术，数据链路层用不同的协议满足不同的技术要求。

3、网络层协议

网络层提供两种服务；面向连接的服务和无连接的服务。ISO 8348文件定义了面向连接的服务（CONS），与此对应的协议是CCITT X.213，这两个文件的规定与X.25分组级协议（PLP）一致。ISO8473文件定义了无连接的网络服务CLNS。在OSI参考模型中，各个层次除了服务定义文件外，还有定义该功能的协议规范文件，但是在网络层没有相应的协议规范文件。原因是通信网络一般是由PTT（Post Telephone &Telegraph）提供的，网络的提供者或者按照其原有的规定建网，或者按照CCITT的建议提供服务，因而对网络功能的标准化不感兴趣。

ISO 8878文件(或X.223)类似于网络层的协议规范，它规定了从X.213服务原语到X.25分组协议的映像关系。按照这个映像，每一个X.213原语对应一个或二个X.25 PLP功能。实现两种网络服务的基础网络是多种多样的，对于有些网络来说，必须增加软件功能，提供附加的能力， 才能转向OSI的标准形式。例如，非X.25网络可能没有分组排序功能，当这种网络要转向X.213服务时必须增加软件排序功能。因而OSI网络层又分成了三个子层，ISO 8648文件描述了网络层内部的组织， 给出了三个子层的协议。最上面的子层完成子网无关的会聚功能(SNIC)，相当于网际协议;中间一个子层实现子网相关的会聚功能(SNDC)，它的作用是把一个具体的网络服务改造得适合于网际子层的需要;最下面的子层利用数据链路服务， 实现子网访问功能(SNAC)。三个子层是任选的，对于不同的基础网络，可以选用或完全不用三个子层协议。

另外，关于网际互连，ISO 9542描述了端系统和中间系统(ES一IS)之间的通信协议，ISO10589描述了中间系统与中间系统(IS-IS)之间的通信协议。这两个文件是ISO 8473的补充。

4、传输层协议

传输层和网络层之间的界面是用户和通信子网的界面。传输层的任务是在子网服务的基础.上提供完整的数据传送，因而在原来OSI协议集中，传输层的功能是提供面向连接的服务，无连接的服务是后来增加的.OSI传输服务定义文件是ISO8072,传输层协议规范文件是ISO8073(连接模式)和ISO 8602 (无连接模式)。

无连接传输远没有面向连接的传输应用得广泛。由于各种通信子网在服务模式、残留错误率以及是否发生网络复位等方面有很大差别，所以要实现面向连接的传输服务，对不同的子网所需完成的传输功能也不同。因而面向连接的传输协议分为5类， 即TPO、TPl、 TP2、TP3和TP4。这5类传输协议在不同的通信子网服务的基础上都能提供完整的数据传送，组网时可根据子网的情况选用。

5、会话层协议

通常把第5层以上的各层协议叫做高层协议，这些协议都是ISO制定的，目的是为应用程序提供各种不同的服务。OSI高层协议一般都有对应的CCITT建议。会话层在传输层提供的完整的数据传送平台上提供应用进程之间组织和构造交互作用的机制，这种机制表现在会话层服务定义文件ISO 8326 (CCITT X.215)和协议规范文件ISO 8327 (CCITT X.225)中。

OSI会话层协议是在ECMA（Eurpean Computer Manufacturers Association）提供的会话协议和CCITT的T.62（Teletex）建议的基础上制定的，它既包含了面向计算机应用的功能，也包含了与智能用户电报(Teletex) 兼容的功能。这个协议集像个大工具箱，每种工具叫做-一个功能单元。在一次会话中要使用哪些功能单元，在建立会话连接时要进行协商。由于有些功能单元可直接作用于应用程序，因而使人们怀疑是否有必要保留会话层。不过会话层协议毕竟作为标准公布了，组网中是否实现会话层可由用户决定。

6、表示层协议

表示层办议也是OSI制定的，但它出现得很晚，以至于在早期的OSI实现中完全没有这一层。表示层原来的用途是规定用户信息的表现方式，例如与显示屏幕有关的字符集、行的长度和行结束符等。后来把这些与终端和文件传输有关的功能划分到了应用层，所以表示层的功能就只剩下了关于数据表示的约定。

各种计算机内部的数据表示可能不同，例如，整数可能是1的补码或者是2的补码，浮点数的格式可能不同，字节的顺序可能不一样(高位字节在前，或低位字节在前)等， 这些方面的差别在网络传输时需要统一。OSI处理这个问题的方法类似于在程序设计语言(例如PASCAL或C)中用基本数据类型构造复杂数据结构的方法，其主要思想是用一种抽象语法表示用户的数据。应用层的协议数据单元(APDU)向下送到表示层时，表示层用抽象语法表示它的结构，传送到对方表示层时，也应用同样的抽象语法解释它。OSI的第-个抽象语法是ASN.I( AbstractSyntax Notation 1)，它记录在ISO 8824 (CCITT X.208)文件中。文件ISO 8825 (CCITT X.209)描述了一种具体的编码规则，叫做传送语法。OSI 表示层服务定义文件是ISO 8822 (CCITTX.216), 协议规范文件是ISO 8823 (CCITT X.226)。表示层过程用于建立连接、控制数据的发送和同步。它只是个很简单的相邻层之间的“过路”协议。

7、应用层

应用层是OSI的最高层，这一层的协议都与应用进程间的通信有关。针对各种应用已经定义了大量的协议，还有很多应用协议正在制定之中。

分布式应用是多种多样的，所以OSI提出了应用服务元素(Application Service Element,ASE)的概念。ASE是建立应用程序和通信网络联系的构件，这些构件对大部分应用程序是通用的。最主要的ASE有4种，即联系控制服务元素( Association Control Service Element, ACSE)、可靠传输服务元素( Reliable Transfer Service Element, RTSE)、 远程操作服务元素( RemoteOperations ServiceElement, ROSE) 以及提交、并发和恢复(Commitment Concurrency andRecovery, CCR)服务元素。

ACSE提供建立和释放应用层连接的基本功能。RTSE提供用户数据的可靠传输，“可靠”是指系统通信可以从崩溃中恢复。ROSE 提供-种远程过程调用，这种远程传输可以在两个方向上传送大量数据。CCR提供了保证分布式操作准确、完整、恰好一次性实现的机制。定义了四种应用服务元素的ISO和CCITT文件如表所示。

已经定义的OSI应用层协议主要有5种: OSI的电子邮件标准(IS 10021) 叫做MOTIS(Message-Oriented Text Interchange System),它是根据CCITT的X.400建议制定的; OSI的文件传输协议(ISO 8571和ISO 8572)，叫做FTAM (File Transfer Access and Management),这是一个适用于各种文件类型(包括远程数据库文件访问)的功能很强的文件访问协议; OSI 的目录服务(Directory Service, DS)协议(ISO 9594), 来源于CCITTR X.500系列建议，提供分布式数据库功能; OSI的虚拟终端(Virtual Terminal, VT)协议(ISO 9040和ISO 9041),定，义了表示实际终端抽象状态的数据结构，用于解决各种终端不兼容的问题;关于网络管理，OSI制定了公共管理信息协议(Common Management Information Protocol, CMIP)和公共管理信息服务(Common Management Information Service, CMIS), CMIP/CMIS建立在一一个大的管理信息数据库上，对网络中的资源、交通和安全等进行管理，它们包含在ISO 9595和ISO 9596两个文件中。