2.3 OSI參考模型

從通信的硬件設備來看，有了終端、信道和交換設備，就能接通兩個用戶，但是要順利地進行信息交換，或者說通信網要正常運轉，僅這些是不夠的。尤其是自動化程度越高，人的參與度就越小，就更顯得不夠。要保證通信正常進行，必須事先做一些規定，并且通信雙方要正確執行這些規定。例如，在發電報時，必須首先規定好報文的傳輸格式，什么表示啟動，什么表示結束，出了錯誤怎么辦，如何表示發報人的名字和地址，這些預先定義好的格式及約定就是協議。

層次和協議的集合組成網絡的體系結構。體系結構應當具有足夠的信息，以允許軟件設計人員為每層編寫實現該層協議的有關程序，即通信軟件。

為了解決網絡之間的兼容性問題，幫助各個廠商生產出可兼容的網絡設備，國際標準化組織（International Organization for Standardization,ISO）于1984年提出開放系統互連（Open System Interconnection,OSI）參考模型。OSI參考模型很快成為計算機網絡通信的基礎模型。

如圖2-2所示，OSI參考模型將整個網絡的通信功能分為7層，由低層至高層依次是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。每一層都有各自特定的功能，并且上一層會利用下一層所提供的功能和服務。

1.物理層

物理層是OSI參考模型的第一層，也是最低層，其功能是進行比特流傳輸。在這一層中規定的既不是物理介質，也不是物理設備，而是物理設備和物理介質相連接的方法及規則。

物理層協議定義了通信傳輸介質的機械特性、電氣特性、功能特性和規格特性。機械特性說明端口所使用接線器的形狀和尺寸、引線的數目和排列等，例如，對各種規格的電源插頭的尺寸都有嚴格的規定。電氣特性說明在端口電纜的每根線上的電壓、電流的范圍。功能特性說明某根線上的某一電平表示何種意義。規格特性說明各種不同功能的可能事件的出現順序。

2.數據鏈路層

數據鏈路層是OSI參考模型的第二層，介于物理層和網絡層之間，主要負責物理層面上互聯節點之間的數據傳輸。數據鏈路層利用物理層的服務，在通信實體間傳輸以幀為單位的數據單元，并采用差錯控制和流量控制方法建立可靠的數據傳輸鏈路。數據鏈路層是對物理層傳輸原始比特流功能的加強，將物理層提供的可能出錯的物理連接改造成邏輯上無差錯的數據鏈路，使之對網絡層表現為無差錯的線路。

3.網絡層

網絡層是 OSI參考模型的第三層，介于傳輸層與數據鏈路層之間。數據鏈路層提供兩個相鄰節點間數據幀的傳輸功能，網絡層在此基礎上進一步管理網絡中的數據通信，選擇合適的路徑并轉發數據包，使數據包從源端經過若干中間節點傳輸到目的端，從而向傳輸層提供基本的端到端的數據傳輸服務。

網絡層的主要功能包括編址、路由選擇、擁塞管理、異種網絡互聯等。

4.傳輸層

傳輸層位于OSI參考模型的第四層，可以為主機應用程序提供端到端的數據傳輸服務。設備通過端口號來區分每一個應用程序，因此，可以說傳輸層的任務是負責為兩個主機應用程序間的通信提供通用的數據傳輸服務。傳輸層的基本功能包括分段與數據重組、按端口號尋址、連接管理、差錯控制和流量控制等。

5.會話層

會話層的任務就是提供一種有效的方法來組織及協調兩個表示層的應用進程之間的會話，并管理它們之間的數據交換。會話層的主要功能是依據應用進程之間的原則，按照正確的順序發/收數據，進行各種形態的對話。這些對話既包括核實對方是否有權參加會話，也包括通過協商選擇一致的通信方式，如是選全雙工通信還是選半雙工通信。

6.表示層

表示層主要解決用戶信息的語法表示問題，它向上為應用層提供服務。表示層的功能是對信息進行格式和編碼的轉換，例如將ASCII轉換成EBCDIC等，確保一個系統的應用層發送的數據能被另一個系統的應用層識別。此外，對傳送的信息進行加密與解密也是表示層的任務。

7.應用層

應用層是OSI參考模型中的最高層，直接面向用戶以滿足其不同的需求，是利用網絡資源唯一向應用程序直接提供服務的層。應用層主要由用戶終端的應用軟件構成，常見的 Telnet（遠程登錄）協議、FTP（File Transfer Protocol，文件傳送協議）、SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網絡管理協議）等都屬于應用層的協議。