ISO/OSI网络模型：计算机应用基础

1.网络协议

为了使计算机网络中的不同设备能进行数据通信而预先制定了一整套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定，网络协议就是这一系列规则和约定的规范性描述，定义了网络设备之间如何进行信息交换。网络协议是计算机网络的基础，只有遵从相应协议的网络设备之间才能通信。如果一台设备不支持用于网络互连的协议，它就不能与其他设备通信。

网络协议多种多样，主要有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、SNA协议等。目前最为流行的是TCP/IP协议，它已经成为Internet的标准协议。

2.OSI网络参考模型

计算机网络自从20世纪60年代问世以来，得到了飞速发展。国际上各大厂商为了在数据通信网络领域占据主导地位，顺应信息化潮流，纷纷推出了各自的网络架构体系和标准，例如IBM公司的SNA，Novell公司的IPX/SPX协议，Apple公司的AppleTalk协议，以及广泛流行的TCP/IP协议。同时，各大厂商针对自己的协议生产出了不同的硬件和软件。各个厂商的共同努力无疑促进了网络技术的快速发展和网络设备品种的迅速增长。由于多种协议的并存，使网络变得越来越复杂；而且，厂商之间不同品种的网络设备大部分不能兼容，很难进行通信。为了解决网络之间的兼容性问题，帮助各个厂商生产出可兼容的网络设备，国际标准化组织于1984年提出了OSI参考模型（开放系统互联参考模型，也称OSI RM），OSI参考模型很快成为计算机网络通信的基础模型，OSI参考模型的层次结构如图6-8所示。

在设计OSI参考模型时，遵循了以下原则：

（1）各个层之间有清晰的边界，便于理解；

（2）每个层实现特定的功能；

（3）层次的划分有利于国际标准协议的制定；

（4）层的数目应该足够多，以避免各层功能重复。

OSI参考模型共分七层，各层次名称、作用、与相邻层的关系如下所述。

（1）物理层（Physical Layer）。物理层是OSI模型的最低层，它向下直接与传输介质相连接，向上相邻且服务于数据链路层，其任务是实现物理上互联系统同的信息传输。该层将信息按比特一位一位地从一个系统经物理通道送往另一系统，以实现两系统间的物理通信。

（2）数据链路层（Data Link Layer）。数据链路可以粗略理解为数据通道。数据链路层的任务是以物理层为基础，为网络层提供透明的、正确的和有效的传输线路，通过数据链路协议，实施对二进制数据进行正确、可靠的传输，而对二进制数据所代表的字符、码组或报文的含义并不关心。

图6-8　OSI参考模型

（3）网络层（Network Layer）。网络层是通信子网与用户资源子网之间的接口，也是高、低层协议之间的界面层，网络层的主要功能是支持网络连接的实现，包括对点到点结构的网络连接、由具有不同特点的子网所支持的网络连接。

（4）传输层（Transport Layer）。传输层是通信子网与用户资源子网的界面和桥梁。传输层下面三层（属于通信子网）面向数据通信，上面三层（属于户资源子网）面向数据处理。因此，传输层位于高层和低层中间，起承上启下作用，它是负责数据传输的最高一层，也是整个七层协议中最重要和最复杂的一层。

（5）会话层（Session Layer）。所谓会话，是指在两个用户之间为交换信息而按照某种规则建立的一次暂时联系。会话可以使一个远程终端登录到远地计算机，进行文件传输或进行其他的应用。会话层对数据传输提供控制和管理。

（6）表示层（Presentation Layer）。表示层为应用层服务，该层处理的是通信双方之间的数据表示问题，包括语法转换和传送语法的选择、数据加密与解密、文本压缩等。

（7）应用层（Application Layer）。应用层是OSI的最高层，直接面向用户，是计算机网络与最终用户的界面。应用层负责两个应用进程（应用程序或操作员）之间的通信，为网络用户之间的通信提供专用程序。

3.TCP/IP协议

要实现网络互联，大家必须遵守一个共同的协约，在这个协约的管理之下进行各种网络间的互联，这个协约就是网络协议。网络协议种类很多，但目前广泛使用的是TCP/IP协议，尤其是作为Internet使用的协议，TCP/IP协议得到了广泛的应用和推广。

TCP/IP协议也称传输控制协议/网际协议，是当今计算机网络最成熟、应用最广泛的网络互联技术。当初，是为美国国防部高级研究局（DARPA）设计的，一般称为ARPAnet，其目的在于能够让各种各样的计算机都可以在一个共同的网络环境中运行。(www.xing528.com)

TCP/IP事实上是一个协议集合，目前包含了100多个协议，TCP和IP是其中的两个协议，也是最基本、最重要的两个协议，因此，通常用TCP/IP来代表整个Internet协议集。

TCP/IP协议开发早于OSI参考模型，故不甚符合OSI参考标准。大致说来，TCP协议对应于OSI参考模型的传输层，IP协议对应于网络层。虽然OSI参考模型是计算机网络协议的标准，但由于其开销太大，所以真正采用它的并不多，TCP/IP协议则不然，由于它的简洁、实用，从而得到了广泛的应用，可以说，TCP/IP已成为事实上的工业标准和国际标准。

TCP/IP采用分层体系结构，对应于OSI模型的层次结构，可分四层：网络访问层、网络层（IP层）、传输层和应用层，如图6-9所示，其各层名称、作用如下所述。

（1）网络访问层。与OSI的链路层和物理层相对应，负责管理设备和网络之间的数据交换。

（2）网络层。也称IP层，与OSI的网络层相对应，负责管理不同设备之间的数据交换。

（3）传输层。与OSI的传输层的功能相对应，确保所有传送到某个系统的数据正确无误地到达该系统，主要有TCP协议。

（4）应用层。是TCP/IP的最高层，与OSI模型的上三层相对应（应用层、表示层和会话层），为各种应用程序提供使用协议，主要有以下几种：

1）SMTP：电子函件服务，实现互联网中电子函件的传送功能；

2）FTP：文件传输协议，为文件的传输提供途径（上传、下载文件）；

3）Telnet：虚拟终端服务，实现互联网中工作站（终端）登录到远程服务器的能力；

4）HTTP：超文本传输协议，用来访问在WWW服务器上的各种页面；

5）RIP：路由信息协议，用于网络设备之间交换路由信息；

6）NFS：网络文件系统，用于实现网络中不同主机间的文件共享；

7）DNS：域名服务，用于实现从主机（域名）到IP地址的转换。

TCP/IP协议的特点主要有：

（1）开放的协议标准，独立于计算机硬件和操作系统；

图6-9　TCP/IP协议的分层结构

（2）统一的网络地址分配方案，使得网络中的所有设备都有唯一的IP地址；

（3）独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，特别适用于Internet中；

（4）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

很多不同的厂家生产各种型号的计算机，它们运行完全不同的操作系统，但TCP/IP协议组件允许它们互相进行通信。这一点很让人感到吃惊，因为它的作用已远远超出了起初的设想。TCP/IP起源于20世纪60年代末美国政府资助的一个分组交换网络研究项目，到90年代已发展成为计算机之间最常应用的组网形式。它是一个真正的开放系统，因为协议组件的定义及其多种实现可以不用花钱或花很少的钱就可以公开得到，它已成为因特网（Internet）的基础。