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计算机网络

OSI Open Source Initiative（简称 OSI，有译作开放源代码促进会、开放

原始码组织）是一个旨在推动开源软件发展的非盈利组织。OSI 参考模型（OSI/RM）

的全称是开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference

Model，OSI/RM），它是由国际标准化组织 ISO 提出的一个网络系统互连模型。它

是网络技术的基础，也是分析、评判各种网络技术的依据，它揭开了网络的神秘

面纱，让其有理可依，有据可循。

一、 OSI 参考模型知识要点

模型把网络通信的工作分为 7 层。

1 至 4 层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。

5 至 7 层是高层，包含应用程序级的数据。

每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。由低到高具体分为：

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

第 7 层应用层—直接对应用程序提供服务，应用程序可以变化，但要包括电

子消息传输

第 6 层表示层—格式化数据，以便为应用程序提供通用接口。这可以包括加

密服务

第 5 层会话层—在两个节点之间建立端连接。此服务包括建立连接是以全双

工还是以半双工的方式进行设置，尽管可以在层 4 中处理双工方式

第 4 层传输层—常规数据递送－面向连接或无连接。包括全双工或半双工、

流控制和错误恢复服务

第 3 层网络层—本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，它包括通过互连

网络来路由和中继数据

第 2 层数据链路层—在此层将数据分帧，并处理流控制。本层指定拓扑结构

并提供硬件寻址

第 1 层物理层—原始比特流的传输

电子信号传输和硬件接口数据发送时，从第七层传到第一层，接受方则相反。

各层对应的典型设备如下：

应用层 ……………… 计算机：应用程序，如 FTP，SMTP，HTTP

表示层 ……………… 计算机：编码方式，图像编解码、URL 字段传输编码

会话层 ……………… 计算机：建立会话，SESSION 认证、断点续传

传输层 ……………… 计算机：进程和端口

网络层…………………网络：路由器，防火墙、多层交换机

数据链路层 ………… 网络：网卡，网桥，交换机

物理层…………………网络：中继器，集线器、网线、HUB

二、 OSI 基础知识

OSI/RM 参考模型的提出

世界上第一个网络体系结构由 IBM 公司提出（74 年，SNA），以后其他公司

也相继提出自己的网络体系结构如：Digital 公司的 DNA，美国国防部的 TCP/IP

等，多种网络体系结构并存，其结果是若采用 IBM 的结构，只能选用 IBM 的产品，

只能与同种结构的网络互联。

为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织 ISO 于 1977 年成立了一个委

员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体

系结构，称为开放系统互联模型（OSI 参考，open system interconnection）

OSI 的设计目的

OSI 模型的设计目的是成为一个所有销售商都能实现的开放网路模型，来克

服使用众多私有网络模型所带来的困难和低效性。OSI 是在一个备受尊敬的国际

标准团体的参与下完成的，这个组织就是 ISO（国际标准化组织）。什么是 OSI，

OSI 是 Open System Interconnection 的缩写，意为开放式系统互联参考模型。

在 OSI 出现之前，计算机网络中存在众多的体系结构，其中以 IBM 公司的 SNA(系

统网络体系结构)和 DEC 公司的 DNA(Digital Network Architecture)数字网络体

系结构最为著名。为了解决不同体系结构的网络的互联问题，国际标准化组织

ISO(注意不要与 OSI 搞混）于 1981 年制定了开放系统互连参考模型（Open System

Interconnection Reference Model，OSI/RM）。这个模型把网络通信的工作分为 7

层,它们由低到高分别是物理层（Physical Layer),数据链路层（Data Link

Layer),网络层(Network Layer),传输层（Transport Layer),会话层（Session

Layer），表示层（Presentation Layer)和应用层（Application Layer)。第一

层到第三层属于 OSI 参考模型的低三层，负责创建网络通信连接的链路；第四层

到第七层为 OSI 参考模型的高四层，具体负责端到端的数据通信。每层完成一定

的功能，每层都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持，而网络通信

则可以自上而下（在发送端）或者自下而上（在接收端）双向进行。当然并不是

每一通信都需要经过 OSI 的全部七层，有的甚至只需要双方对应的某一层即可。

物理接口之间的转接，以及中继器与中继器之间的连接就只需在物理层中进行即

可；而路由器与路由器之间的连接则只需经过网络层以下的三层即可。总的来说，

双方的通信是在对等层次上进行的，不能在不对称层次上进行通信。

OSI 标准制定过程中采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个

容易处理的小问题，这就是分层的体系结构办法。在 OSI 中，采用了三级抽象，

既体系结构，服务定义，协议规格说明。

OSI 划分层次的原则

网络中各结点都有相同的层次

不同结点相同层次具有相同的功能

同一结点相邻层间通过接口通信

每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务

不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信

OSI/RM 分层结构

对等层实体间通信时信息的流动过程

对等层通信的实质：

对等层实体之间虚拟通信;下层向上层提供服务;实际通信在最底层完成在

发送方数据由最高层逐渐向下层传递,到接收方数据由最低层逐渐向高层传递.

协议数据单元 PDU

SI 参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元

(PDU,Protocol Data Unit)。

而传输层及以下各层的 PDU 另外还有各自特定的名称：

传输层——数据段（Segment）

网络层——分组（数据包）（Packet）

一个设备工作在哪一层，关键看它工作时利用哪一层的数据头部信息。网桥

工作时，是以 MAC 头部来决定转发端口的，因此显然它是数据链路层的设备。

具体说:

物理层：网卡，网线，集线器，中继器，调制解调器

数据链路层：网桥，交换机

网络层：路由器

网关工作在第四层传输层及其以上

集线器是物理层设备,采用广播的形式来传输信息。

交换机就是用来进行报文交换的机器。多为链路层设备(二层交换机)，能够

进行地址学习，采用存储转发的形式来交换报文。

路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。

选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络

系统资源，提高网络系统畅通率。

交换机和路由器的区别

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口

都挂接在这条总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址

对照表以确定目的 MAC（网卡的硬件地址）的 NIC（网卡）挂接在哪个端口上，

通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的 MAC 若不存在则广播到所

有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部 MAC

地址表中。

使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照 MAC 地址表，交换机只允许必

要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，

减少误包和错包的出现，避免共享冲突。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独

立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使

用。当节点 A 向节点 D 发送数据时，节点 B 可同时向节点 C 发送数据，而且这两

个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是

10Mbps 的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于 2×10Mbps＝

20Mbps，而使用 10Mbps 的共享式 HUB 时，一个 HUB 的总流通量也不会超出

10Mbps。

总之，交换机是一种基于 MAC 地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络

设备。交换机可以“学习”MAC 地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据

帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达

目的地址。

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