通信技术的OSI协议层

    通信协议层是网络通信虫的重要组成部分.它定义了在网络进行数据传输时所需遵循的规则和流程。而OSI参考模型是由国际标准化组织提出的概念模型,可以为各种计算机互连构成网络提供标准框架。在用 OSI模型实现融媒体平台网络组建的过程中,相关主体需要认识到网络面临的安全威胁,通过合理运用网络安全策略保证平台安全、稳定运行,为各种媒体共享资源提供可靠的平台技术支撑。 OSI参考模型是一个具有7层协议结构的开放系统互连模型,是由国际标准化组织在20世纪80年代早期制定的一套普遍适用的规范集合,使全球范围的计算机可进行开放式通信。 OSI参考模型是一个具有七层结构的体系模型。发送和接收信息所涉及的内容和相应的设备称为实体。OSI的每一层都包含多个实体,处于同一层的实体称为对等实体。 OSI参考模型也采用了分层结构技术,把一个网络系统分成若干层,每一层都去实现不同的功能,每一层的功能都以协议形式正规描述,协议定义了某层同远方一个对等层通信所使用的一套规则和约定。每一层向相邻上层提供一套确定的服务,并且使用与之相邻的下层所提供的服务。从概念上来讲,每一层都与一个远方对等层通信,但实际上该层所产生的协议信息单元是借助于相邻下层所提供的服务传送的。因此,对等层之间的通信称为虚拟通信。通信协议层的主要任务是确保数据能够在发送端和接收端之间可靠地传输,并且能够满足不同应用场景下的需求通信协议层通常被分为七层,这被称为OSI七层模型,包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有其特定的功能和协议。物理层是通信协议层的最底层,它负责定义网络的物理连接和电信号传输的规范。在这一层上,数据被转换为电信号并通过物理媒介传输。数据链路层是在物理层之上的一层,它负责将物理层传输的数据分割为数据帧,并且通过物理介质将数据顿传输给接收端。网络层是在数据链路层之上的一层,它负责确定数据在网络中的路径和路由选择,并将数据包传输到目标主机。传输层负责确保数据的可靠传输,它使用端到端的传输协议来提供数据的可靠性、流量控制和拥塞控制。会话层管理通信会话的建立、维护和终止。它提供了在不同计算机之间建立连接的机制,并确保数据的正确传输。表示层负责数据的编码和解码,以及数据的压缩和加密。它将原始数据转换为适合网络传输的格式。应用层是通信协议层的最上层,它直接与应用程序交互,并且负责处理应用程序之间的通信。

1、物理层(Physical Layer):
我们知道,要传递信息就要利用一些物理媒体,如双纽线、同轴电缆等,但具体的物理媒体并不在OSI的7层之内,有人把物理媒体当作第0层,物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接,以及它们的机械、电气、功能和过程特性。如规定使用电缆和接头 的类型,传送信号的电压等。在这一层,数据还没有被组织,仅作为原始的位流或电气电压处理,单位是比特。

2、数据链路层(Data Link Layer):
数据链路层负责在两个相邻结点间的线路上,无差错的传送以帧为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。和物理层相似,数据链路层要负责建立、维持和释放数据链路的连接。在传送数据时,如果接收点检测到所传数据中有差错,就要通知发方重发这一帧。

3、网络层(Network Layer):
在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路,也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点, 确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包,包中封装有网络层包头,其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。

4、传输层(Transport Layer):
该层的任务时根据通信子网的特性最佳的利用网络资源,并以可靠和经济的方式,为两个端系统(也就是源站和目的站)的会话层之间,提供建立、维护和取消传输连接的功能,负责可靠地传输数据。在这一层,信息的传送单位是报文。

5、会话层(Session Layer):
这一层也可以称为会晤层或对话层,在会话层及以上的高层次中,数据传送的单位不再另外命名,统称为报文。会话层不参与具体的传输,它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

6、表示层(Presentation Layer):
这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法,转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩, 加密和解密等工作都由表示层负责。

7、应用层(Application Layer):
应用层确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务。

#补充说明相关概念

实体与对等实体
每一层中,用于实现该层功能的活动元素被称为实体(Entity),实体既可以是软件实体(如一个进程、电子邮件系统、应用程序等)也可以是硬件实体(如终端、智能输入/输出芯片等)。软件实体可以嵌入在本地操作系统中,或者用户应用程序中。不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体被称为对等实体(Peer Entity)。如主机A和主机B传输层中的传输实体为对等实体。
对等层和对等协议
不同主机之间的相同层次被称为对等层(Peer)。主机A的应用层和主机B的应用层互为对等层、主机A的会话层和主机B的会话层互为对等层。
对等层之间存在协议关系。即对等实体之间互相通信需要遵守一定的规则,如通信的内容、通信的方式等。这种对等实体之间交换数据或通信时必须遵守的规则称为对等层协议(Peer Protocol)。除了物理层外,OSI模型中的其他6个对等层都存在对应的协议,如数据链路层协议、网络层协议等,对等实体利用对等协议进行通信以向高层提供服务。实际上,对等层之间的通信是虚拟通信,它们之间的通信是使用下–层提供的服务来实现的。
同一网络中不同主机的对等层,要安装运行相同的网络协议,主机间才能进行有效通信。这可以概括为“协议是水平的”。
服务与接口
在OSI分层结构模型中,每一层实体为相邻的上一层实体提供的通信功能称为服务。N层实体利用N-1层实体所提供的服务,向N+I层实体提供功能更强大的服务。这可以概括为“服务是垂直的”。例如,传输层实体利用网络层实体的服务,向应用层实体提供网页传输服务。
N层实体使用N-1层实体所提供的服务时,不需要知道N-1层实体所提供的服务是如何实现的以及N-1层实体间的协议,而只需要知道下一层可以为自己提供哪些服务(是快速昂贵通信还是慢速低廉通信),以及通过什么样的接口提供的。
在OSI模型中,各层之间的接口都有统一的规则。N层的服务访问点SAP(Service Access Point)是N层实体提供服务给N+1层的地方,SAP可以理解为下层实体之间的逻辑传输通道。每一层的SAP都有一个唯一标明它的地址。一个N层可能存在多个SAP。
数据单元
在OSI环境中,对等实体间按协议进行通信,上下层实体间按服务进行通信。这些通信都依靠3种数据单元的传输来实现。
服务数据单元
为实现N层服务所要传送的逻辑数据单元,称为N层服务数据单元(Service Data Unit,SDU),简称SDU。例如,用户需要浏览某网站的网页,该用户所在计算机的应用层实体(如浏览器)生成应用层SDU,再通过下一层实体提供的服务,最后将该SDU传送到对等应用层实体(如某网站计算机上Web服务器)。
协议数据单元
对等实体之间为实现该层协议所交换的信息单元(Protocol Data Unit,PDU),称为协议数据单元。为了发送厅层的SDU,N层实体可能根据N层协议,将一个SDU划分为多个PDU。而在接收端,N层实体可能要将多个PDU恢复成一个N层的SDU。例如,用户请求网页信息被附加上HTTP(超文本传输协议)报头,变成PDU,而在网站服务器那端,如果用户申请的网页(即SDU)太长,则要被划分成多个PDU传送。
接口数据单元
在同一系统上下两层实体的交换信息中,经过SAP的信息单元(Interface Data Unit,IDU),称为接口数据单元,N层IDU由两部分组成,N层服务数据单元和一些供下一层实体用的控制信息(称为接口控制信息ICI)。
服务类型
在计算机网络协议的层次结构中,层与层之间具有服务与被服务的单向依赖关系,下层向上层提供服务,而上层调用下层的服务。因此可称任意相邻两层的下层为服务提供者,上层为服务用户。下层为上层提供的服务可分为两类:面向连接服务(Connection Oriented service)和无连接服务(Conectionless Service)。
(1)面向连接服务:两个N层实体在数据交换前,必须先建立连接,即首先初始化状态信息。并且为N+1层实体的信息传输建立一个通道。在数据传输阶段,通过这些状态信息,第N层实体可以跟踪在它们之间的PDU交换及它们与更高层的SDU交换。当数据交换结束后应释放这个连接,即去除状态信息,释放建立连接时所分配的资源。
(2)无连接服务:两个N层实体通信前,不需要先建立一个连接,即不需要事先进行预定保留状态信息。同一个用户到相同目的地的信息块都独立发送,接收端无需返回确认信息。如果信息在传输中丢失,就不再重发。不可靠的无连接的服务通常被称为数据报服务。
服务原语
服务是通过一组服务原语(Primitive)来描述的,这些原语供用户和其他实体访问服务,通知服务提供者采取某些行动或报告某个对等实体的活动。服务原语被分为如下4类。
●请求(Request):由服务用户发往服务提供者,请求它完成某项工作。
●指示(Indication):由服务提供者发往服务用户,指示发生了某些事件。
●响应(Response):由服务用户发往服务提供者,对前面发生的指示的响应。
●证实(Confirmation):由服务提供者发往服务用户,对前面发生的请求的证实。

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