OSI参考模型

开放系统互联参考模型（Open System Interconnection/Reference Model，OSI/RM）
开放式互联参考模型分7层，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，应用层。

1. 物理层（Physical Layer）

物理层位于OSI/RM参考模型的最底层，为数据链路层实体提供建立、传输、释放所必须的物理连接，并提供透明的比特流传输。物理层的链接可以是全双工或者半双工方式，传输方式可以是异步或同步方式。物理层的数据单位是比特，即一个二进制位。物理层构建在物理传输介质和硬件设备相连接之上，向上服务于紧邻的数据链路层。

物理层通过各类协议定义了网络的机械特征、电气特征、功能特征和规程特征。

• 机械特征：规定接口的外形、大小、引脚数和排列、固定位置。
• 电气特征：规定接口电缆上各种线路的电压范围。
• 功能特征：指明某条线上出现某一电平的电压表示何种意义。
• 规程特征：指明各种可能事件出现的顺序。

物理层的两个重要概念：DCE和DTE

• 数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）
  具有一定的数据处理能力和数据收发能力的设备，用于提供或接收数据。常见的DTE设备有路由器、PC、终端等。
• 数据通信设备（Data Communications Equipment，DCE）：
  在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放链路的链接。常见的DCE设备有CSU/DSU、NT1、广域网交换机、MODEM等。
  两者的区别是：DEC提供时钟，而DTE不提供时钟；DTE的接头是针头（俗称公头），而DCE的接头是孔头（俗称母头）。

2. 数据链路层（Data Link Layer）

数据库链路层将原始的传输线路转变成一条逻辑的传输线路，实现实体间二进制信息块的正确传输，为网络层提供可靠的数据信息。数据链路层的数据单位是帧，具有流量控制功能。链路是相邻两节点间的物理线路。数据链路与链路是两个不同的概念。数据链路可以理解为数据的通信，是物理链路加上必要的通讯协议而组成的逻辑链路。

数据链路层应具有的功能：

• 链路连接的建立、拆除和分离：数据传输所依赖的介质是长期的，但传输数据的实体间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、数据通信和拆除通信联络这三个过程。
• 帧定界和帧同步：数据链路层的数据传输单元是帧，由于数据链路层的协议不同，帧的长短和界面也不同，所以必须对帧进行定界和同步。
• 顺序控制：对帧的收发顺序进行控制。
• 差错检测、恢复：差错检测多用方阵码校验和循环码校验来检测信道上数据的误码，而帧丢失等用序号检测。各种错误的恢复则常靠反馈重发技术来完成。
• 链路标识、流量／拥塞控制。
  局域网中的数据链路层可以分为逻辑链路控制(Logical Link Control，LLC)和介质访问控制(Media Access Control,MAC)两个子层。其中LLC只在使用802.3格式的时候才会用到，而如今很少使用802.3格式，取而代之的是以太帧格式，而使用以太帧格式则不会有LLC存在。

3. 网络层（Network Layer）
网络层控制子网的通信，其主要功能是提供路由选择，即选择到达目的的主机的最优路径并沿着该路径传输数据包。网络层还应该具备的功能有：路由选择和中继；激活和终止网络连接；链路复用；差错检测和恢复；流量／拥塞控制等。

4. 传输层（Transport Layer）
传输层利用实现可靠的端到端的数据传输能实现数据分段、传输和组装，还提供差错控制和流量／拥塞控制等功能。

5. 会话层（Session Layer）
会话层允许不同机器上的用户之间建立会话。会话就是指各种服务，包括对话控制(记录该由谁来传递数据)、令牌管理(防止多方同时执行同一关键操作)、同步功能(在传输过程中设置检查点，以便在系统崩溃后还能在检查点上继续运行)
建立和释放会话连接还应做以下工作：

• 将会话地址映射为传输层地址。
• 进行数据传输。
• 释放连接。

6. 表示层（Presentation Layer）
表示层提供一种通用的数据描述格式，便于不同系统间的机器进行信息转换和相互操作，如会话层完成EBCDIC编码（大型机上使用）和ASCII码（PC机器上使用）之间的转换。表示层的主要功能有：数据语法转换、语法表示、数据加密和解密、数据压缩和解压。

7. 应用层（Application Layer）
应用层位于OSI/RM参考模型的最高层，直接针对用户的需要。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。应用层服务元素又分为公共应用服务元素（Common Application Service Element，CASE）和特定应用服务元素（Specific Application Service Element，SASE）。

下面再介绍几个网络工程师考试涉及的重要考点及概念：
（1）封装。OSI/RM参考模型的许多层都使用特定方式描述信道中来回传达的数据。数据在从高层向低层传达的过程中，每层都对接收到的原始数据添加信息，通常是附加一个报头和报尾，这个过程称为封装。
（2）网络协议。网络协议（简称协议）为网络中的数据交换建立的一系列规则、标准或约定。协议是控制两个（或多个）对等实体进行通信的集合。
网络协议由语法、语义和时序关系三个要素组成。

• 语法：数据与控制信息的结构或形式。
• 语义：根据需要发出哪种控制信息，依据情况完成哪种动作以及做出哪种响应。
• 时序关系：又称为同步，即事件实现顺序的详细说明。

（3）PDU。协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）是指对等层次之间传送的数据单位。如在数据从会话层传送到传输层的过程中，传输层把数据PDU封装在一个传输层数据段中。如图1-2所示描述了OSI参考模型数据封装流程及各层对应的PDU。
（4）实体。任何可以接收或发送信息的硬件/软件进程通常是一个特定的软件模块。
（5）服务。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能为上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下一层所提供的服务。
协议和服务区别是：本层服务实体只能看到服务而无法看到下面的协议。协议是“水平的”，是针对两个对等实体的通信规则；服务是“垂直的”，是由下层向上层通过层间接口提供的。只有能被高一层实体“看见”的功能才能称为服务。
（6）服务原语。上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令就称为服务原语。
（7）服务数据单元。OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单位（Service Data Unit，SDU）。

图1-2 OSI参考模型通信示意图

图1-3 相邻两层关系