OSI参考模型详解-西门子工业网络通信技术详解

OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）。一般都叫OSI参考模型，是ISO（International Organization for Standardization国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互联模型。国际标准化组织ISO发布的最著名的标准是ISO/iIEC 7498，又称为X.200协议。该体系结构标准定义了网络互联的七层框架，即ISO开放系统互联参考模型。在这一框架下进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互联性、互操作性和应用的可移植性。

开放系统OSI标准定制过程中所采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构方法。在OSI中，采用了三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规定说明。

OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包含的可能的服务。它是作为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精练的概括与描述。

OSI的服务定义详细说明了各层所提供的服务。某一层的服务就是该层及其下各层的一种能力，它通过接口提供给更高一层。各层所提供的服务与这些服务是怎么实现的无关。同时，各种服务定义还定义了层与层之间的接口和各层的所使用的原语，但是不涉及接口是怎么实现的。

OSI标准中的各种协议精确定义了应当发送什么样的控制信息，以及应当用什么样的过程来解释这个控制信息。协议的规程说明具有最严格的约束。

ISO/OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法。ISO/OSI参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定。在OSI范围内，只有在各种的协议是可以被实现的而各种产品只有和OSI的协议相一致才能互联。这也就是说，OSI参考模型并不是一个标准，而只是一个在制定标准时所使用的概念性的框架。

在历史来看，在制定计算机网络标准方面起着很大作用的两大国际组织是CCITT（In ternational Telephone and Telegraph Consultative Committee，国际电报电话咨询委员会）和ISO。CCITT与ISO TC97的工作领域是不同的，CCITT主要是从通信角度考虑一些标准的制定，而ISO的TC97则关心信息的处理与网络体系结构。但是，随着科学技术的发展，通信与信息处理的界限变得比较模糊了。于是，通信与信息处理就都成为了CCITT与TC97共同关心的领域。CCITT的建议书X.200就是开放系统互联的基本参考模型，它和ISO 7498基本是相同的。

在网络刚刚出现的时候，很多大型的公司都拥有了网络技术，公司内部计算机可以互联。但不能与其他公司互联。因为没有一个统一的规范，计算机之间相互传输的信息对方也不能理解，所以不能互联。

ISO为了更好地使网络应用更为普及，就推出了OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范，就能互联了。提供各种网络服务功能的计算机网络系统是非常复杂的。根据分而治之的原则，ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分原则是：

1）网路中各结点都有相同的层次；

2）不同结点的同等层具有相同的功能；

3）同一结点内相邻层之间通过接口通信；

4）每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；

5）不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。

七个层次的内容如下：

第7层应用层：OSI中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。它包括：文件传送访问和管理（File Transfer Access and Management，FTAM）、虚拟终端（Virtual Terminal，VT）、事务处理（Transaction Processing，TP）、远程数据库访问（Remote Database Access，RDA）、制造业报文规范（MMS）、目录服务（DS）等协议。

第6层表示层：主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式交换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

第5层会话层：在两个节点之间建立端连接。此服务包括建立连接是以全双工还是以半双工的方式进行设置，尽管可以在第4层中处理双工方式。

第4层传输层：常规数据递送-面向连接或无连接。包括全双工或半双工、流控制和错误恢复服务。

第3层网络层：本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，它包括通过互联网络来路由和中继数据。

第2层数据链路层：在此层将数据分帧，并处理流控制。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址。(www.xing528.com)

第1层物理层：处于OSI参考模型的最底层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明的传送比特流。数据发送时，从第七层传到第一层，接收数据则相反。

上三层总称应用层，用来控制软件方面。下四层总称数据流层，用来管理硬件。

数据在发至数据流层的时候将被拆分。

在传输层的数据叫段，网络层称为包，数据链路层称为帧，物理层称为比特流，这样的称呼为PDU（协议数据单元）。

OSI各层的功能：

（1）物理层（Physical Layer）

物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。为此，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性，包括信号线的功能、“0”和“1”信号的电平表示、数据传输速率、物理连接器规格及其相关的属性等。物理层的作用是通过传输介质发送和接收二进制比特流。

（2）数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点之间的通信问题，传送的协议数据单元称为数据帧。数据帧中包含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校验码等信息。该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。此外，数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。

（3）网络层（Network Layer）

网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互联的问题。

（4）传输层（Transport Layer）

传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。传输层传送的协议数据单元称为段或报文。

（5）会话层（Session Layer）

会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。

（6）表示层（Presentation Layer）

表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。

（7）应用层（Application Layer）

应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。