淺論ISO網(wǎng)絡(luò )體系結構
物理層是osi參考模型的最低層,且與物理傳輸介質(zhì)相關(guān)聯(lián),如何談ISO網(wǎng)絡(luò )體系結構?
【摘要】osi參考模型(開(kāi)放式系統互聯(lián)模)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信的功能劃分為7個(gè)層次。文章對這七個(gè)層次做了深入的探討。
【關(guān)鍵詞】物理層;數據鏈路層;網(wǎng)絡(luò )層;傳輸層;會(huì )話(huà)層
計算機網(wǎng)絡(luò )的體系結構就是指計算機網(wǎng)絡(luò )的各層及其協(xié)議的集合,或計算機網(wǎng)絡(luò )及其部件所應完成的功能。計算機網(wǎng)絡(luò )的體系結構存在的目的就是使不同計算機廠(chǎng)家的計算機能夠相互通信,以便在更大的范圍內建立計算機網(wǎng)絡(luò )。
國際標準化組織iso于1983年正式提出了一個(gè)七層參考模型,叫做開(kāi)放式系統互聯(lián)模型(通稱(chēng)iso/osi)。[1]osi參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信的功能劃分為7個(gè)層次,由底層到高層分別是物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層、會(huì )話(huà)層、表示層和應用層。每層完成一定的功能,都直接為其上層提供服務(wù),并且所有層次都互相支持。第4層到第7層主要負責互操作性,而1~3層則用于創(chuàng )造兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備間的物理連接。
一、第1層:物理層
物理層是osi參考模型的最低層,且與物理傳輸介質(zhì)相關(guān)聯(lián),該層是實(shí)現其他層和通信介質(zhì)之間的接口。物理層協(xié)議是各種網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)行互聯(lián)時(shí)必須遵守的低層協(xié)議。
物理層為傳送二進(jìn)制比特流數據而激話(huà)、維持、釋放物理連接提供機械的、電氣特征、功能的、規程性的特性。這種物理連接可以通過(guò)中繼系統,每次都在物理層內進(jìn)行二進(jìn)制比特流數據的編碼傳輸。這種物理連接允許進(jìn)行今雙工或半雙工的二進(jìn)制比特流傳輸的通
物理層相應設備包括網(wǎng)絡(luò )傳輸介質(zhì)(如同軸電纜、雙絞線(xiàn)、光纜、無(wú)線(xiàn)電、紅外等)和連接器等,以及保證物理通信的相關(guān)設備,如中繼器、共享式hub、信號中繼、放大設備等。
二、第2層:數據鏈路層
數據鏈路層是osi參考模型的第2層,介于物理層與網(wǎng)絡(luò )層之間,其存在形式分為物理鏈路與邏輯鏈路。
設立數據鏈路層的主要目的是利用在物理層所建立的原始的、有差錯的物理連接線(xiàn)路變?yōu)閷W(wǎng)絡(luò )層無(wú)差錯的數據鏈路,因此數據鏈路層必須有鏈路管理、幀傳輸、流量控制、差錯控制等功能。數據鏈路層所關(guān)心的主要是物理地址、網(wǎng)絡(luò )拓撲結構、線(xiàn)路選擇與規劃等。
數據鏈路層的數據傳輸是以幀為單位。在osi中,幀被稱(chēng)為數據鏈路協(xié)議數據單元,它把從物理層來(lái)的原始數據打包成幀。數據鏈路層負責幀在計算機之間的無(wú)差錯信息傳遞。
數據鏈路層設備主要包括:網(wǎng)絡(luò )接口卡(nic)及其驅動(dòng)程序、網(wǎng)橋、二層交換機等。
三、第3層:網(wǎng)絡(luò )層
網(wǎng)絡(luò )層是osi參考模型中最復雜、最重要的一層。這一層定義網(wǎng)絡(luò )操作系統通信用的協(xié)議,為信息確定地址,把邏輯地址和名字翻譯成物理的地址。它也確定從信源機(源節點(diǎn))沿著(zhù)網(wǎng)絡(luò )到信宿機(目的節點(diǎn))的路由選擇,并處理交通問(wèn)題,例如交換、路由和對數據包阻塞的控制。
網(wǎng)絡(luò )層的主要提供以下功能
1. 路徑選擇與中繼。路徑選擇是指在通信子網(wǎng)中,為源節點(diǎn)和中間節點(diǎn)選擇后繼節點(diǎn),以便將報文分組傳送到目的節點(diǎn)。“最短時(shí)間”是選擇路徑的標準。[2]
2. 流量控制。網(wǎng)絡(luò )中鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層等都存在流量控制問(wèn)題,其控制方法大體相一致。其目的是防止通信量過(guò)大造成通信于網(wǎng)性能下降。
3. 擁塞控制。當到達通信子網(wǎng)中某一部分的分組數高于一定的水平,使得該部分網(wǎng)絡(luò )來(lái)不及處理這些分組時(shí),就會(huì )使這部分以至整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的性能下降。擁塞控制的主要任務(wù)是保證網(wǎng)絡(luò )高性能運轉,保證子網(wǎng)不被它的用戶(hù)發(fā)送的數據所淹沒(méi)。
工作在網(wǎng)絡(luò )層的設備主要有路由器和三層交換機。路由器通過(guò)轉發(fā)數據包來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )互連, 其支持的協(xié)議有tcp/ip、ipx/spx、appletalk等。三層交換機使用了三層交換技術(shù),解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后,網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴(lài)路由器進(jìn)行管理的局面,解決了傳統路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡(luò )瓶頸問(wèn)題。
四、第4層:傳輸層
傳輸層是osi參考模型的第4層中,是比較特殊的一層。該層的為源主機與目的主機進(jìn)程之間提供可靠的,透明的數據傳輸,并給端到端數據通信提供最佳性能。
傳輸層從會(huì )話(huà)層接收數據,負責錯誤的確認和恢復,以確保信息的可靠傳遞。如果有必要,它也對信息重新打包,把過(guò)長(cháng)信息分成小包發(fā)送,確保到達對方的各段信息正確無(wú)誤,而在接收端,把這些小包重構成初始的信息。
傳輸層目的在于它既可以劃分在osi參考模型高層,又可以劃分在低層。如果從面向通信和面向信息處理角度進(jìn)行分類(lèi),傳輸層一般劃在低層:如果從用戶(hù)功能與網(wǎng)絡(luò )功能角度進(jìn)行分類(lèi),傳輸層又被劃在高層。這種差異正好反映出傳輸層在osi參考模型中的特殊地位和作用。
傳輸層所支持的協(xié)議有:tcp/ip的傳輸控制協(xié)議tcp、novell的順序包交換spx以及microsoft netbios/netbeui等。
五、第5層:會(huì )話(huà)層
會(huì )話(huà)層對高層通信進(jìn)行控制,允許在不同機器上的應用之間建立、使用和結束會(huì )話(huà),對進(jìn)行會(huì )話(huà)的兩臺機器間建立對話(huà)控制,管理會(huì )話(huà)如管理哪邊發(fā)送,何時(shí)發(fā)送,占用多長(cháng)時(shí)間等。
會(huì )話(huà)層負責協(xié)調兩個(gè)應用進(jìn)程進(jìn)行的通信,以便使應用進(jìn)程專(zhuān)注于信息交互。從osi參考模型看,會(huì )話(huà)層之上各層是面向應用的,會(huì )話(huà)層之下各層是面向網(wǎng)絡(luò )通信的。
會(huì )話(huà)層提供的功能有:為會(huì )話(huà)實(shí)體間建立連接,并組織,同步數據傳輸。最后通過(guò)“有序釋放”,“廢棄”,“有限量透明用戶(hù)數據傳送”等功能單元來(lái)釋放會(huì )話(huà)連接的。[3]
會(huì )話(huà)層與傳輸層有明顯的區別。傳輸層負(下轉第237頁(yè))
(上接第245頁(yè))責建立和維護端到端之間的邏輯連接。目的是提供一個(gè)可靠的傳輸服務(wù)。但是由于傳輸層所使用的通信子網(wǎng)類(lèi)型很多,并且網(wǎng)絡(luò )通信質(zhì)量差異很大,這就造成傳輸協(xié)議的復雜性。會(huì )話(huà)法在發(fā)出一個(gè)會(huì )話(huà)協(xié)議數據單元時(shí),傳輸層可以保證將它正確地傳送到對等的會(huì )話(huà)實(shí)體,從這點(diǎn)看會(huì )話(huà)協(xié)議得到了簡(jiǎn)化。
六、第6層:表示層
表示層包含了處理網(wǎng)絡(luò )應用程序數據格式的協(xié)議。它從應用層獲得數據,并把它們格式化以供網(wǎng)絡(luò )通信使用。該層將應用程序數據排序成一個(gè)有含義的格式并提供給會(huì )話(huà)層。這一層也通過(guò)提供諸如數據加密的服務(wù)來(lái)負責安全問(wèn)題,并壓縮數據以使得網(wǎng)絡(luò )層需要傳送的數據盡可能少。
表示層位于osi參考模型的第6層,在應用層的下面,會(huì )話(huà)層的上面。它將數據在計算機內部的表示法與網(wǎng)絡(luò )的表示法之間進(jìn)行轉換,保證所傳輸的數據經(jīng)傳送后其意義不改變,因此如何描述數據結構并使之與機器無(wú)關(guān)是表示層要解決的問(wèn)題。在計算機網(wǎng)絡(luò )中,互相通信的應用進(jìn)程需要傳輸的是信息的語(yǔ)義,它對通信過(guò)程中信息的傳送語(yǔ)法并不關(guān)心。表示層的主要功能是通過(guò)一些編碼規則定義在通信中傳送這些信息所需要的傳送語(yǔ)法。
表示層負責決定在主機間交換數據的格式,包括:數據加密、數據壓縮傳輸、字符集轉換等。在不同的時(shí)間,可以使用不同的傳送語(yǔ)法,如使用加密算法、數據壓縮算法等。
七、第7層:應用層
應用層是最終用戶(hù)應用程序訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的地方,它負責識別并證實(shí)通信雙方的可用性,進(jìn)行數據傳輸完整性控制,使網(wǎng)絡(luò )應用程序(如電子郵件、p2p文件共享、多用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )游戲、網(wǎng)絡(luò )瀏覽、目錄查詢(xún)等)能夠協(xié)同工作。 [4]
應用層是osi參考模型的最高層,它為用戶(hù)的應用進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)osi環(huán)境提供服務(wù)。應用層關(guān)心的主要是進(jìn)程之間的通信行為,因而對應用進(jìn)程所進(jìn)行的抽象只保留了應用產(chǎn)程與應用進(jìn)程間交互行為的有關(guān)部分。這種現象實(shí)際上是對應用進(jìn)程某種程度上的簡(jiǎn)化。
應用層所承處的網(wǎng)絡(luò )安全功能可粗分為保密、鑒別、反拒認、完整性等。保密足指保護信息不被未授權者訪(fǎng)問(wèn)。鑒別是指在交換信息之前先要確認對方的身份。反拒認功能主要與電子簽名有關(guān),比如對拒絕承認所簽約的客戶(hù)必須惟一的確定電子反拒認,以滿(mǎn)足法律手續。完整體是指如何確認白己所收到的信息是原始發(fā)來(lái)的信息,而不是被竄改或偽造的。
八、結語(yǔ)
osi參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信的功能劃分為7個(gè)層次,由底層到高層分別是物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層、會(huì )話(huà)層、表示層和應用層。并有選擇地給出了各個(gè)層次的主要功能,定義與相應的設備等。
【參考文獻】
[1]楊威,王云,劉景宜.網(wǎng)絡(luò )工程設計與系統集成[m].人民郵電出版社.
[2]張瑞武. 智能建筑的系統集成及其工程實(shí)施(上)[m].清華大學(xué)出版社.
[3]斯桃枝,李戰國.計算機網(wǎng)絡(luò )系統集成[m].北京大學(xué)出版社.
[4]陳俊良.計算機網(wǎng)絡(luò )集成與方案實(shí)例[m].機械工業(yè)出版社.
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