OSI七层网络模型与TCP/IP四层网络模型

OSI七层网络模型与TCP/IP四层网络模型（通用2篇）

OSI七层网络模型与TCP/IP四层网络模型 篇1

为了提高效率，每个协议只应该注意没有被其他协议处理过的那部分通信问题；为了主协议的实现更加有效，协议之间应该能够共享特定的数据结构；同时这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误以及其它异常情况。为了保证这些协议工作的协同性，应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列（即协议族），而不是孤立地开发每个协议。

在网络历史的早期，国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求（在协议栈的顶部）到网络介质（底部） ，OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。图1表示了OSI分层模型。

图1 OSI七层参考模型

OSI模型的七层分别进行以下的操作：

第一层 物理层

第一层负责最后将信息编码成电流脉冲或其它信号用于网上传输。它由计算机和网络介质之间的实际界面组成，可定义电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输用的连接器。如最常用的RS-232规范、10BASE-T的曼彻斯特编码以及RJ-45就属于第一层。所有比物理层高的层都通过事先定义好的接口而与它通话。如以太网的附属单元接口（AUI），一个DB-15连接器可被用来连接层一和层二。

第二层 数据链路层

数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。物理编址（相对应的是网络编址）定义了设备在数据链路层的编址方式；网络拓扑结构定义了设备的物理连接方式，如总线拓扑结构和环拓扑结构；错误校验向发生传输错误的上层协议告警；数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧；流控可能延缓数据的传输，以使接收设备不会因为在某一时刻接收到超过其处理能力的信息流而崩溃。

数据链路层实际上由两个独立的部分组成，介质存取控制（Media Access Control,MAC）和逻辑链路控制层（Logical Link Control,LLC）。MAC描述在共享介质环境中如何进行站的调度、发生和接收数据。MAC确保信息跨链路的可靠传输，对数据传输进行同步，识别错误和控制数据的流向。一般地讲，MAC只在共享介质环境中才是重要的，只有在共享介质环境中多个节点才能连接到同一传输介质上。IEEE MAC规则定义了地址，以标识数据链路层中的多个设备。逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信，IEEE 802.2标准定义了LLC。LLC支持无连接服务和面向连接的服务。在数据链路层的信息帧中定义了许多域。这些域使得多种高层协议可以共享一个物理数据链路。

第三层 网络层

网络层负责在源和终点之间建立连接。它一般包括网络寻径，还可能包括流量控制、错误检查等。相同MAC标准的不同网段之间的数据传输一般只涉及到数据链路层，而不同的MAC标准之间的数据传输都涉及到网络层。例如IP路由器工作在网络层，因而可以实现多种网络间的互联。

第四层 传输层

传输层向高层提供可靠的端到端的网络数据流服务。传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理设备之间的数据传输，确保传输设备不发送比接收设备处理能力大的数据；多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上；虚电路由传输层建立、维护和终止；差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构；而差错恢复包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解决发生的任何错误。传输控制协议（TCP）是提供可靠数据传输的TCP/IP协议族中的传输层协议。

第五层 会话层

会话层建立、管理和终止表示层与实体之间的通信会话。通信会话包括发生在不同网络应用层之间的服务请求和服务应答，这些请求与应答通过会话层的协议实现，

它还包括创建检查点，使通信发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。

第六层 表示层

表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化，以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。

公用数据表示格式就是标准的图像、声音和视频格式。通过使用这些标准格式，不同类型的计算机系统可以相互交换数据；转化模式通过使用不同的文本和数据表示，在系统间交换信息，例如ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码）；标准数据压缩模式确保原始设备上被压缩的数据可以在目标设备上正确的解压；加密模式确保原始设备上加密的数据可以在目标设备上正确地解密。

表示层协议一般不与特殊的协议栈关联，如QuickTime是Applet计算机的视频和音频的标准，MPEG是ISO的视频压缩与编码标准。常见的图形图像格式PCX、GIF、JPEG是不同的静态图像压缩和编码标准。

第七层 应用层

应用层是最接近终端用户的OSI层，这就意味着OSI应用层与用户之间是通过应用软件直接相互作用的。注意，应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成，而是由向应用程序提供访问网络资源的API（Application Program Interface，应用程序接口）组成，这类应用软件程序超出了OSI模型的范畴。应用层的功能一般包括标识通信伙伴、定义资源的可用性和同步通信。因为可能丢失通信伙伴，应用层必须为传输数据的应用子程序定义通信伙伴的标识和可用性。定义资源可用性时，应用层为了请求通信而必须判定是否有足够的网络资源。在同步通信中，所有应用程序之间的通信都需要应用层的协同操作。

OSI的应用层协议包括文件的传输、访问及管理协议（FTAM） ，以及文件虚拟终端协议（VIP）和公用管理系统信息（CMIP）等。

TCP/IP分层模型

TCP/IP分层模型（TCP/IP Layening Model）被称作因特网分层模型（Internet Layering Model）、因特网参考模型（Internet Reference Model）。图2表示了TCP/IP分层模型的四层。

图2 TCP/IP四层参考模型

TCP/IP协议被组织成四个概念层，其中有三层对应于ISO参考模型中的相应层。ICP/IP协议族并不包含物理层和数据链路层，因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能，必须与许多其他的协议协同工作。

TCP/IP分层模型的四个协议层分别完成以下的功能：

第一层 网络接口层

网络接口层包括用于协作IP数据在已有网络介质上传输的协议。实际上TCP/IP标准并不定义与ISO数据链路层和物理层相对应的功能。相反，它定义像地址解析协议（Address Resolution Protocol,ARP）这样的协议，提供TCP/IP协议的数据结构和实际物理硬件之间的接口。

第二层 网间层

网间层对应于OSI七层参考模型的网络层。本层包含IP协议、RIP协议（Routing Information Protocol，路由信息协议），负责数据的包装、寻址和路由。同时还包含网间控制报文协议（Internet Control Message Protocol,ICMP）用来提供网络诊断信息。

第三层 传输层

传输层对应于OSI七层参考模型的传输层，它提供两种端到端的通信服务。其中TCP协议（Transmission Control Protocol）提供可靠的数据流运输服务，UDP协议（Use Datagram Protocol）提供不可靠的用户数据报服务。

第四层 应用层

OSI七层网络模型与TCP/IP四层网络模型 篇2

关键词：开放系统互联参考模型,OSI/RM模型,TCP/IP模型

信息化社会的基础是计算机和互联计算机的信息网络, 信息网络已成为十分重要的基础设施。开放系统互联参考模型OSI/RM是1984年由国际标准化组织 (ISO) 和国际电工委员会 (IEC) 提出的网络通信参考模型, 它是一种分层体系结构, 包括体系结构、服务定义和协议规范。网络采用分层体系结构, 可以把复杂的网络整体分成若干层来简明管理;各层所具有的独立性, 有利于软件的特定设计和开发, 通过定义标准接口, 就可以解决网络设备由不同制造商提供的通用性问题。在诸多网络互连协议中, 传输控制协议/互连网协议TCP/IP是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。TCP/IP协议是美国的国防部高级计划研究局DARPA为实现ARPANET (后来发展为Internet) 互连网而开发的, 也是很多大学及研究所多年的研究及商业化的结果。目前, 众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议, TCP/IP已成为一个事实上的工业标准。

1 OSI/RM模型的发展

1974年美国IBM公司提出了世界上第一个网络体系框架, 即系统网络体系结构SNA。此后, 许多公司纷纷提出各自的网络体系结构。这些网络体系结构都采用了分层技术, 但层次的划分、功能的分配以及采用的技术术语均不相同。国际标准化组织ISO第97技术委员会 (TC97) , 即信息系统技术处理委员会, 在1978年为开放系统互联建立了委员会SC16, 并于1980年12月发表了第一个草拟的开放系统互联参考模型ISO/RMR的建议书。1984年该参考模型成为正式国际标准ISO7498。所谓“开放”, 是强调对OSI标准的遵从, “开放”并不是指特定的系统实现的具体的互联技术或手段, 而是对标准的共同认识和支持。从OSI的观点年, 一个系统是开放的, 是指它可与世界上任何地方的遵守相同标准的其任何系统进行通信。

2 TCP/IP模型的发展

TCP/IP模型是20世纪70年代中期美国国防部为其研究性网络ARPANET开发的网络体系结构。随着卫星通信技术和无线电技术的发展, 已有的协议已不能解决这些通信网络的互联问题, 于是就提出了新的网络体系结构, 用于不同的通信网络无缝连接。这种网络体系结构后来被称为为TCP/IP参考模型 (Transmission Control Protocol/Inetrne t Protocol) 。因特网使用TCP/IP通信协议, 将各种局域网、广域网和国家主干网连接在一起。由于TCP/IP协议具有通用性和高效性, 可以支持多种服务, 使得TCP/IP协议成为到目前为止最为成功的网络体系结构和协议规范, 并为因特网提供了最基本的通信功能。

3 OSI/RM和TCP/IP两种模型对比

OSI/RM模型和TCP/IP模型既有相同点, 又有许多不同之处。OSI/RM模型是在其协议被开发之前设计出来的, 因此它更具有通用性。使用OSI/RM模型可以很好的地讨论计算机网络, 但是OSI协议没有得到广泛应用。而TCP/IP模型正好相反, 其先有协议, 模型只是现有协议的描述。但是TCP/IP模型不适合其分协议栈, 其模型本身实际上不存在, 只是对现存协议的一个归纳和总结, 目前TCP/IP协议被广泛使用。其两者的层级和功能对比如下:

3.1 O SI/R M模型的层级和功能

OSI/RM模型将计算机网络体系结构的通信协议规定为七层, 每一层都有清晰的特征和独立的功能, 上层以相邻下层为基础, 各层有明确的标准。在网络中传输信息时, 传输工作分为七个更易于处理的任务, 分配到各层独立执行。第4至第7层处理数据源和数据目的地之间的端到端通信。第1层至第3层处理网络设备间的通信。

1) 物理层主要功能是提供物理连接, 考虑如何准确地在传输介质上传输二进制作位 (比特) 。该层协议包括为建立、维护和拆除物理链路所需的要机械的、电气的、功能的能以及规程的特性, 使用的设备有集线器、发送器、接收器、电缆、连接器和中继器。

2) 数据链路层主要功能是在相邻两点间无差错地传送以帧为单元的数据。使用的设备包括智能集线器、网桥和带有驱动程序的网络接口卡。

3) 网络层主要功能是数据打包和选择合适的路由。使用的设备包括路由器、网桥路由器和网关。网关通过完全重建网络之间的协议而执行协议转换。网关通常驻留在应用层, 但也可以驻留在网络层。

4) 传输层负责错误的确认和恢复, 以确保信息的可靠性传递。在必要是它对信息重新打包, 把过长的信息分成小包发送, 而在接收端, 把这引起小包重构成初始的信息。

5) 会话层主要功能是提供建立通信和维护应用的机制, 会话层不参与具体的传输运输层主要功能是在源站和目的站之间建立最佳连接, 分组报文交网络层传送。

6) 表示层主要功能是转换数据格式。包括掩盖不同系统数据格式的差异性;指定独立结构的数据传输格式;数据的编码和解码;加密和解密;压缩和解压缩。

7) 应用层主要功能是提供网络与用户应用软件之间的接口服务。包括文件传送、存取和管理, 虚拟终端协议, 远程数据库访问等。应用层以下的各层均通过应用层向应用进程提供服务。

3.2 TCP/IP模型的层级和功能

TCP/IP参考模型是4层结构, 下面我们分别讨论这4层的功能。

1) 网络接口层又称为网络访问层, 指定如何通过网络物理地发送数据, 包括直接与网络媒体 (如同轴电缆、光纤或双绞铜线) 接触的硬件设备如何将比特流转换成电信号。2) 网络层又称为互联网络层, 相当于OSI/RM的网络层。其主要功能是可靠、有效地传送数据, 包括寻址、打包和路由功能;使用分组交换技术, 定义标准的分组格式和接口参数。分组交换技术能使数据分组发送到任意网络后, 可以独立地漫游到目标主机, 并可确保目标主机接收到顺序被打乱的分组数据后, 能将其传送到最高层重新排定分组顺序。因特网在该层的协议主要有网络互联协议IP、网络控制提出报文协议ICMP、地址解析协议ARP等。3) 传输层其主要功能与OSI/RM的传输层相类似, 提供一个应用程序到另一个应用程序之间端到端的通信。可以提供不同服务等级、不同可靠性保证的传输服务, 还可以协调传输速度的差异。因特网在该层的协议就他有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP等。4) 应用层是网络操作者的应用接口, 网络操作者只需在应用程序中按下发送数据按钮, 其余的任务都由应用层以下的层来完成。早期的应用层有远程登录协议TELNET、文件传送协议FTP、简单邮件传送协议SMTP等。最近几年出现了一些新的协议:超文本传送协议HTTP、域名服务协议DNS、网络新闻传送协议NNTP等。

参考文献

[1]李村合.谈网络环境下的信息存储技术[J].情报学报, 2002.