计算机网络技术与电子信息工程：ISO/OSI参考模型简介

（一）背景

1947年，ISO（国际标准化组织）成立，它是全世界最大的国际标准化组织，其目的是促进全球在智力、科学、技术、经济等方面的国际交流合作和标准化运行。

随着网络技术的进步和各种网络产品的出现，网络产品公司和用户希望能够解决不同系统的互连问题。ISO在1977年成立了一个特别委员会，旨在通过分析和消化现有网络，结合网络便利性和灵活性的要求，提出一种不依赖特定机型、操作系统或公司的网络体系结构，也就是OSI/RM（开放系统互连/参考模型）。OSI定义了不同种类机型互连的标准框架，自此，任何两个符合OSI的计算机，外部设备和终端等都可以互连。

目前，OSI模型并不十分成功。由于它过于追求完美，所以系统有些“臃肿”。事实上，没有哪一个公司的网络产品完全符合它的标准。相反，TCP/IP协议参考模型从一开始就追求实用性，因此已成为当今的工业标准。尽管如此，OSI/RM的贡献仍然很大，特别是在模型中定义了服务、接口和协议三个概念，这对于协议软件工程的实现有着十分重大的意义。所以，OSI模型对于计算机网络的讨论仍然非常有用，它是一个重要的概念参考模型。

（二）ISO/OSI参考模型的分层结构

OSI参考模型清楚地区分了服务、接口和协议这三个概念：服务描述了每个层的功能；接口定义了高层如何访问层提供的服务；协议是每层功能的实现。通过区分这些概念，OSI参考模型定义了开放系统的层次结构和每个层提供的服务，将功能定义与实现细节分开，具有很高的通用性和适应性。

OSI参考模型本身不是网络体系架构。按照定义，网络体系结构是一组由网络层次结构和相关协议组成的集合；而OSI参考模型各层没有准确地定义每个层的协议，不讨论编程语言、操作系统、应用程序和用户界面，只描述了每个层的功能。虽然如此，也并不妨碍ISO为所有层设置标准，但这些标准不属于OSI参考模型本身。

OSI参考模型的特征如下：

1.它定义了抽象结构，而不是具体实现的描述。

2.不同系统上的同一层实体称为同等层实体，同等层实体之间的通信由层协议管理。

3.它是异构系统互连的体系架构，为互连系统通信规则提供标准框架。

4.每个层完成定义的功能，修改某层的功能不会影响其他层。

5.定义了面向连接和无连接的数据交换服务。

6.同一系统上相邻层之间的接口定义了较低层向较高层提供的基本操作和服务。

7.直接数据传输仅在最低层实施。

OSI模型将计算机网络体系结构划分为七个层：应用层、表示层、物理层、传输层、网络层、会话层和数据链路层。

OSI的每层都是用于执行一些主要功能的模块，具有独有的一组通信指令格式，也就是协议。用于在同层的两个功能之间进行通信的协议称为对等协议。OSI参考模型层次结构的主要原则如下：

（1）通过协议实现不同节点之间的对等层通信。

（2）同一层中的不同节点具有相同的功能。

（3）每层可以使用较低层提供的服务，并为上层提供服务。

（4）通过接口实现同一节点中相邻层之间的通信。

（5）网络中的每个节点都具有相同的层次。

OSI参考模型中的层由执行指定网络任务的实体组成，实际上是可以发送或接收信息的任何硬件或软件进程，在特殊情况里，实体是特定的软件模块。每个层可以包含一个或多个实体。

通信可以在不同开放系统里的对等实体中进行。管理两个对等实体之间通信的一组规则称为协议，两个实体之间的通信使N层能够向上层提供服务。协议和服务的概念是不同的，相邻实体之间的通信通过它们的边界来执行，这些边界被称为相邻层之间的接口。接口规定较低层提供给上层的服务以及上层（下层）实体用于请求（提供）服务的正式规范语句，这些语句称为服务原语。因此，相邻实体通过服务原语发生相互作用。

协议是“水平”的，是两个不同系统内的对等层实体之间的通信规则；而服务是“垂直”的，由下层通过接口提供给上层。

相邻层之间的服务访问点是逻辑接口，通过其接口上的服务访问点（SAP）在相邻层之间交换信息，有时也被称为端口或插口。每个SAP都有一个唯一的地址编号。(www.xing528.com)

（三）OSI参考模型各层的功能

1.应用层

应用层处于OSI参考模型的最上层位置，是用户与网络的接口。它包括许多计算机网络协议，用来完成用户的应用需求。

2.表示层

表示层主要解决用户信息的语法表示问题，它运用信息格式转换的方法将抽象语法转换为适合OSI内部使用的传输语法，同时还负责数据传输的加密和解密。

3.物理层

连接不同节点的电缆和设备组合了物理层，它是网络通信的传输媒介，处于OSI参考模型的最下层位置。物理层主要负责利用传输介质向数据链路层提供物理连接以及数据传输速率的处理和数据错误率的监控，使数据流的透明传输得以实现。

4.传输层

传输层在会话层中的两个实体之间建立传输连接，并在两个终端系统之间提供可靠透明的数据传输，这需要进行对误差、顺序和流量的控制。传输层中的数据传输单元是报文，大的报文分为多个分组进行传输。传输层只存在于终端系统中，软件在主机上运行。

5.网络层

网络层负责选择通信源节点和目的节点之间的最佳路径；传送的协议数据单元为数据包或分组。它负责使传输的数据包能准确到达目的地，还负责拥塞网络控制和负载均衡。当数据包要跨越多个通信子网时，还要提供网际互连服务。

6.会话层

会话层在两个应用程序之间建立会话连接，这些应用程序相互通信，然后交换数据，同时还提供会话、令牌、同步管理等服务。会话层管理数据传输，但不参与特定的数据传输，传送单位是报文。

7.数据链路层

数据链路层负责在物理层提供服务的基础上建立通信实体之间的数据链路连接，解决两个相邻结点之间的通信问题，传输帧级单位的数据包，同时进行差错控制和流量控制，防止接收方处理高速数据不及时而导致的数据溢出或线路阻塞。

各层的主要功能概括如下：

（1）应用层：为用户提供使用网络的接口。

（2）表示层：数据格式转换、数据加密、解密等。

（3）物理层：保证二进制位流的透明传输。

（4）传输层：端到端传输控制。

（5）网络层：源节点和目的节点之间的路径选择和拥塞控制。

（6）会话层：会话管理和数据传输同步。

（7）数据链路层：网络中两个节点之间的无差错帧传输。

OSI参考模型中，第1~4层（即低层）面向通信；第5~7层（即高层）面向信息处理。传输层是实现网络通信功能的最高层，但它只存在于终端系统中，可以作为传输和应用之间的接口。因此，传输层是网络体系结构中的一个重要层。