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文件传输——OSI七层协议的优缺点

2019-07-08

OSI七层协议,开放系统互连参考模型(Open System Interconnect, 简称OSI) 是一个开放系统互连参考模型,为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。

它从低到高分别是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。开放系统互连参考模型为实现所建立的通信功能分层模型,简称OSI参考模型,其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架,并为保持相关标准的一致性和兼容性提供共同参考,简单来遵循OSI参考模型和相关协议能够实现互连具有各种目的应用的计算机系统。OSI参考模型如下图所示:

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OSI七层协议介绍

物理层:物理层是OSI的第一层,虽然处于最底层,却是整个开放系统的基础,物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备,为数据传输提供可靠的环境。物理层连接示意图如下图所示:

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实例:物理层通俗来说的话就是我们能见到物理层面的基础设施,如:网线、无线信道、平衡电缆等。

主要功能:

A、为数据端设备提供传输数据通路,数据通路可以是一个物理媒体(就是物理层实例),也可以是多个物理媒体而成,一次完整的数据传输包括:激活物理连接,传送数据,终止物理连接。所谓激活物理连接就是不管有多少物理媒体参与,都要在通信的两台数据终端设备间连接起来,形成一条传输通路。

B、传输数据,物理层要形成适合数据传输的实体,为数据传送服务,一是要确保数据能正确通过,二是自身要提供足够的宽带,以减少通信的堵塞。传输数据方式满足点对点,点对多点,串行或并行,同步或异步传输的需要等。

2、数据链路层:数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输介质及其连接。介质是长期的,连接是有生存期的。在连接生存期内,收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两个过程。这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错,为了弥补物理层上的不足,为上层提供无差错的数据传输,就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立,拆除,对数据的检错,纠错是数据链路层的基本任务。下图是数据链路层的简化模型图:

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实例:任何一个网络设备都有一个唯一的身份识别码,这个识别码就是MAC地址,它的作用就是相邻两个数据终端设备提供通信。

主要功能:

A、链路连接的建立、拆除和分离。

B、帧定界和帧同步。链路层的数据传输单元是帧,协议不同,帧的长短和界面也有差别,但无论如何必须对帧进行定界。

C、顺序控制,指对帧的收发顺序的控制。

D、差错检测和恢复。还有链路标识,流量控制等等。

3、网络层: 网络层的产生也是网络发展的结果。在联机系统和线路交换的环境中,网络层的功能没有太大意义.当数据终端增多时。它们之间有中继设备相连.此时会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而是能和多台终端通信的情况,这就是产生了把任意两台数据终端设备的数据链接起来的问题,也就是路由或者叫寻径。另外,当一条物理信道建立之后,被一对用户使用,往往有许多空闲时间被浪费掉.人们自然会希望让多对用户共用一条链路,为解决这一问题就出现了逻辑信道技术和虚拟电路技术。交换网图示如下图所示:

主要功能:

A、路由选择和中继

B、激活,终止网络连接

C、在一条数据链路上复用多条网络连接,多采取分时复用技术

D、检测与恢复

E、排序,流量控制

F、服务选择

G、网络管理

4、传输层:系统之间的数据传送控制层,我们常见的传输形式是TCP和UDP,传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时,第一个端到端的层次,当网络层服务质量不能满足要求时,它将服务加以提高,以满足高层的要求。当网络层服务质量较好时,它只用很少的工作。图文示意图如下:

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主要功能:

A、分流/合流,复用/介复用技术:各种通信子网在性能上都存在很大差异,例如:电话交换机、分组交换网、公用数据交换网、局域网等通信子网都可互连,但它们的吞吐量,传输速度,数据延迟通信费用都不同,对于会话层来说,却要求有一性能恒定的界面,传输层就承担这一功能,采用分流/合流,复用/介复用技术调节通信子网的差异,使会话层感受不到。

B、差错恢复,流量控制:该功能主要用于会话层屏蔽通信子网在这方面的细节与差异,因为传输层面对的数据对象已不是网络地址和主机地址,而是会话层的界面端口。上诉功能最终目的是保障会话可靠、无误数据的传输。传输层的完整服务过程为:数据建立、数据传送、数据连接释放3个阶段,而数据传送又分为一般数据传送和加速数据传送两种。

5、会话层:会话单位的控制层,其主要功能是按照在应用进程之间约定的原则,按照正确的顺序收、发数据,进行各种形态的对话。会话层规定了会话服务用户间会话连接的建立和拆除规程以及数据传送规程。模型图如下图所示:

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会话层提供的服务是应用建立和维持会话,并能使会话获得同步。会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。这种能力对于传送大的文件极为重要。会话层,表示层,应用层构成开放系统的高3层,面向应用进程提供分步处理、对话管理、信息表示、检查和恢复与语义上下文有关的传送差错等。

主要功能:

A、为会话实体间建立连接:建立连接需做以下几项工作:

①.将会话地址映射为运输地址

②.选择需要的运输服务质量参数

③.对会话参数进行协商

④.识别各个会话连接

⑤.传送有限的透明用户数据

B、数据传输阶段:这个阶段是两个会话用户直接实现有组织的,同步的数据传输。

C、连接释放。

6、表示层:数据表示形式的控制层,其主要功能是把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式,提供字符代码、数据格式、控制信息格式、加密等的统一表示。表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言,以便能进行互操作。

可以通俗的理解为:为两台连接数据终端提供一种公共的,一致的识别语言。模型图如下图所示:

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7、应用层:OSI参考模型的最高层。其功能是实现应用进程(如用户程序、终端操作员等)之间的信息交换。同时,还具有一系列业务处理所需要的服务功能。应用层一般包括公共应用服务要素和特定应用服务要素其中公共应用服务要素提供应用进程中最基本的服务,向应用进程提供信息传送所必需的、但又独立于应用进程通信的能力。特定应用服务要素实质上是各种应用进程在应用层中的映射,每一个特定应用服务要素都针对某一类具体应用,例如文件传送、访问和管理、虚拟终端、消息处理系统、电子数据互换和目录查询等。应用层功能模型图如下图所示:

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应用层向应用程序提供服务,这些服务按其向应用程序提供的特性分成组,并称为服务元素。有些可为多种应用程序共同使用,有些则为较少的一类应用程序使用。应用层是开放系统的最高层,是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务。

OSI参考模式总结

1、优点:

a、减轻问题的复杂程度,一旦网络发生故障,可迅速定位故障所处层次,便于查找和纠错。

b、在各层分别定义标准接口,使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操作,各层之间则相对独立,一种高层协议可放在多种底层协议上运行。

c、能有效刺激网络技术革新,因为每次更新都可以在小范围内进行,不需要对整个网络动大手术。

d、创建了更好的互连环境。

2、缺点:表示层和会话层这两层几乎都是空的,另外数据链路层和网络层包含内容太多,有很多子层的插入,每个子曾都有不同的功能,OSI模型以及相应的服务定义和协议都极其复杂,他们很难实现,有些功能,例如编址、流量的控制和差错的控制,都会在每一层重复的出现,降低了效率。

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