为了解决这一问题，国际标准化组织ISO 于1977年成立了一个专门机构，并于1984年正式公布了研究成果ISO 7498，即开放系统互联参考模型OSI/RM，简称“OSI”，并于1995年进行了修订。图1.11OSI 参考模型物理层它与物理信道直接相连，负责在物理媒体上传送比特流，即物理层应能为它的服务用户在具体物理媒体上提供发送或接收比特流的能力。......
2023-10-19
OSI参考模型简介-下一代计算机网络技术
【摘要】：开放系统互联参考模型是由国际标准化组织制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称ISO's OSI参考模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互联。需要强调的是，OSI参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架。图2.3OSI参考模型图2）物理层的数据交换单元为二进制比特：对数据链路层的数据进行调制或编码，成为传输信号。
开放系统互联（Open System Interconnection）参考模型是由国际标准化组织（ISO）制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型，又称ISO's OSI参考模型。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互联。
OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI的体系结构定义了一个7层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准的制定；OSI的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语；OSI各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。
需要强调的是，OSI参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架。在OSI中，只有各种协议是可以实现的，网络中的设备只有与OSI和有关协议相一致时才能互联。
如图2.3所示，OSI 7层模型从下到上分别为物理层（Physical Layer，简称PH）、数据链路层（Data Link Layer，简称DL）、网络层（Network Layer，简称N）、运输层（Transport Layer，简称T）、会话层（Session Layer，简称S）、表示层（Presentation Layer，简称P）和应用层（Application Layer，简称A）。
如图2.3所示，整个开放系统环境由作为信源和信宿的端系统及若干中继系统通过物理媒体连接构成。这里的端系统和中继系统相当于资源子网中的主机和通信子网中的节点机（IMP）。只有在主机中才可能需要包含所有7层的功能，而在通信子网中的IMP一般只需要低3层甚至只要低两层的功能就可以了。
1.物理层（Physical Layer）
直接与物理信道相连，起到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口的作用。
（1）功能：提供建立、维护和释放物理连接的方法，实现在物理信道上进行比特流的传输。
（2）传送的基本单位：比特（bit）。
（3）物理层的内容：
1）通信接口与传输媒体的物理特性。物理层协议主要规定了计算机或终端DTE与通信设备DCE之间的接口标准，包括接口的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。
图2.3 OSI参考模型图
2）物理层的数据交换单元为二进制比特：对数据链路层的数据进行调制或编码，成为传输信号（模拟、数字或光信号）。
3）比特的同步：时钟的同步，如异步/同步传输。
4）线路的连接：点—点（专用链路）、多点（共享一条链路）。
5）物理拓扑结构：星型、环型、网状。
6）传输方式：单工、半双工、全双工。
典型的物理层协议有RS—232系列、RS449、V.24、V.28、X.20、X.21。
2.数据链路层（Data Link Layer）
通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，对传输中可能出现的差错进行校验和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。
主要负责数据链路的建立、维持和拆除，并在两个相邻机电队线路上，将网络层传送下来的信息（包）组成帧传送，每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。为了保证数据帧的可靠传输应具有差错控制功能。
（1）功能：是在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。
（2）传送的基本单位：帧（Frame）。
（3）数据链路层内容：
1）成帧：是因要将网络层的数据分为管理和控制的数据单元。
2）物理地址寻址：标识发送和接收数据帧的节点位置，因此常在数据头部加上控制信息DH（源、目的节点的地址），尾部加上差错控制信息DT。
3）流量控制：即对发送数据帧的速率进行控制，保证传输正确。
4）差错控制：在数据帧的尾部所加上的尾部控制信息DT。
5）接入控制：当多个节点共享通信链路时，确定在某一时间内由哪个节点发送数据。
常见的数据链路层协议有两类：一类是面向字符型传输控制规程BSC；另一类是面向比特的传输控制规程HDLC。
（4）流量控制技术：
1）停—等流量控制：发送节点在发送一帧数据后必须等待对方回送确认应答信息到来后再发下一帧。接收节点检查帧的校验序列，无错则发确认帧，否则发送否认帧，要求重发。
存在问题：双方无休止等待（数据帧或确认帧丢失），解决办法发送后使用超时定时器；重帧现象（收到同样的两帧），解决办法是对帧进行编号。
适用：半双工通信。
2）滑动窗口流量控制：是指对于任意时刻，都允许发送端/接收端一次发送/接收多个帧，帧的序号个数称为发送/接收窗口大小。
适用：全双工。
工作原理：滑动窗口技术是简单的带重传的肯定确认机制的一个更复杂的变形，它允许发送方在等待一个确认信息之前可以发送多个分组。如图2.4所示，发送方要发送一个分组序列，滑动窗口协议在分组序列中放置一个固定长度的窗口，然后将窗口内的所有分组都发送出去；当发送方收到对窗口内第一个分组的确认信息时，它可以向后滑动并发送下一个分组；随着确认的不断到达，窗口也在不断的向后滑动。
图2.4 滑动窗口技术示意图
（a）窗口内包括8个分组的滑动窗口协议；（b）收到对1号分组的确认信息后，窗口滑动，使得9号分组也能被发送(www.chuimin.cn)
滑动窗口协议的效率与窗口大小和网络接收分组的速度有关。图2.5表示了一个窗口大小为3的滑动窗口协议软件的动作示意图。发送方在收到确认之前就发出了三个分组，在收到第一个分组的确认ACK1后，又发送了第4个分组。由此可以看出使用滑动窗口后网络吞吐量的提高。实际上，当窗口大小等于1时，滑动窗口协议就等同于简单的肯定确认协议。通过增加窗口大小，可以完全消除网络的空闲状态。在稳定的情况下，发送方能以网络传输分组的最快能力来发送分组。
图2.5 使用窗口大小为3的滑动窗口协议传输分组示例图
3.网络层（Network Layer）
网络层又称为通信子网层，是计算机网络中的通信子网的最高层（由于通信子网不存在路由选择问题），在数据链路层提供服务的基础上向资源子网提供服务。
网络层将从高层传送下来的数据打包，再进行必要的路由选择、差错控制、流量控制及顺序检测等处理，使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按照地址传送到目的站，并交付给目的站传输层。
（1）功能：实现分别位于不同网络的源节点与目的节点之间的数据包传输（数据链路层只是负责同一个网络中的相邻两节点之间链路管理及帧的传输），即完成对通信子网正常运行的控制。
（2）关键技术：路由选择。
（3）传送信息的基本单位：包（Packet）。
（4）网络层的服务：
1）面向连接服务：指数据传输过程为连接的建立、数据传输的维持与拆除连接三个阶段。如电路交换。
2）面向无连接服务：指传输数据前后没有连接的建立、拆除，分组依据目的地址选择路由。如存储转发。
（5）网络层的内容：
1）逻辑地址寻址：是指从一个网络传输到另一个网络的源节点和目的节点的逻辑地址NH（数据链路层中的物理地址是指在同一网络中）。
2）路由功能：路由选择是指根据一定的原则和算法在传输通路中选出一条通向目的节点的最佳路由。有非适应型（有随机式、扩散式、固定式路选法）和自适应型（有孤立的、分布的、集中的路选法）两种选择算法。
3）流量控制：拥塞控制：是指在通信子网中由于出现过量的数据包而引起网络性能下降的现象。
4.传输层（Transport Layer）
传输层是计算机网络中的资源子网和通信子网的接口和桥梁，完成资源子网中两节点间的直接逻辑通信。
传输层下面的3层属于通信子网，完成有关的通信处理，向传输层提供网络服务；传输层上面的3层完成面向数据处理的功能，为用户提供与网络之间的接口。由此可见，传输层在OSI/RM中起到承上启下的作用，是整个网络体系结构的关键。
（1）功能：实现通信子网端到端的可靠传输（保证通信的质量）。
（2）信息传送的基本单位：报文。
（3）传输层采用的协议是ISO8072/8073。
5.会话层（Session Layer）
会话层又称为会晤层，是利用传输层提供的端到端的服务向表示层或会话层用户提供会话服务。
（1）功能：提供一个面向用户的连接服务，并为会话活动提供有效的组织和同步所必须的手段，为数据传送提供控制和管理。
（2）信息传送的基本单位：报文。
（3）会话层采用的协议是ISO8326/8237。
6.表示层（Presentation Layer）
表示层处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题，通过抽象的方法来定义一种数据类型或数据结构，并通过使用这种抽象的数据结构在各端系统之间实现数据类型和编码的转换。
（1）功能：数据编码、数据压缩、数据加密等工作。
（2）信息传送的基本单位：报文。
（3）表示层采用的协议是ISO8822/8823/8824/8825。
7.应用层（Application Layer）
应用层是计算机网络与最终用户间的接口，是利用网络资源唯一向应用程序直接提供服务的层。
（1）功能：包括系统管理员管理网络服务所涉及的所有问题和基本功能。
（2）信息传送的基本单位：用户数据报文。
（3）应用层采用的协议有：用于文件传送、存取和管理FTAM的ISO8571/1～4；用于虚终端VP的ISO9040/1；用于作业传送与操作协议JTM的ISO8831/2；用于公共应用服务元素CASE的ISO8649/8650。
OSI参考模型中的数据传输如图2.6所示。
图2.6 OSI参考模型中的数据传输图
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