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1.2.2 七层OSI参考模型

《Wireshark数据包分析实战(第2版)》第1章数据包分析技术与网络基础,本章我们将开始学习一些网络通信方面的基础知识,这样你可以获得阅读和学习后续章节所需的基础知识。本节为大家介绍七层OSI参考模型。

作者:诸葛建伟 等译来源:人民邮电出版社|2013-03-21 13:05

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1.2.2  七层OSI参考模型

网络协议是基于它们在行业标准OSI参考模型中的职能进行分层的。OSI模型将网络通信过程分为7个不同层次,如图1-1所示。这个分层模型使得我们更容易理解网络通信。

 
图1-1  OSI参考模型的七层协议视图

顶端的应用层表示用来访问网络资源的实际程序。底层则是物理层,通过它来进行实际的网络数据传播。每一层次上的网络协议共同合作,来确保通信数据在协议上层或下层中得到妥善处理。

注意 OSI参考模型最初是在1983年由国际标准化组织出版,标准号为ISO 7498。OSI参考模型只是一个行业建议标准,协议开发并不需要严格地遵守它。OSI参考模型也并不是现有唯一的网络模型,例如,有些人更推崇美国国防部(DoD)的网络模型,也被称为TCP/IP模型。

OSI参考模型中的每层都具有特定功能,具体如下。

应用层(第7层):OSI参考模型的最上层,为用户访问网络资源提供一种手段。这通常是唯一一层能够由最终用户看到的协议,因为它提供的接口是最终用户所有网络活动的基础。

表示层(第6层):这一层将接收到的数据转换成应用层可以读取的格式。在表示层完成的数据编码与解码取决于发送与接收数据的应用层协议。表示层同时进行用来保护数据的多种加密与解密操作。

会话层(第 5 层):这一层管理两台计算机之间的对话(会话),负责在所有通信设备之间建立、管理和终止会话连接。会话层还负责以全双工或者半双工的方式来创建会话连接,在通信主机间礼貌地关闭连接,而不是粗暴地直接丢弃。

传输层(第4层):传输层的主要目的是为较低层提供可靠的数据传输服务。通过流量控制、分段/重组、差错控制等机制,传输层确保网络数据端到端的无差错传输。因为确保可靠的数据传输极为烦琐,因此OSI参考模型将其作为完整的一层。传输层同时提供了面向连接和无连接的网络协议。某些防火墙和代理服务器也工作在这一层。

网络层(第3层):这一层负责数据在物理网络中的路由转发,是最复杂的OSI层之一。它除了负责网络主机的逻辑寻址(例如通过一个IP地址)外,还处理数据包分片和一些情况下的错误检测。路由器工作在这一层上。

数据链路层(第2层):这一层提供了通过物理网络传输数据的方法,其主要目的是提供一个寻址方案,可用于确定物理设备(例如MAC地址)。网桥和交换机是工作在数据链路层的物理设备。

物理层(第1层):OSI参考模型的底层是传输网络数据的物理媒介。这一层定义了所有使用的网络硬件设备的物理和电气特性,包括电压、集线器、网络适配器、中继器和线缆规范等。物理层建立和终止连接,并提供一种共享通信资源的方法,将数字信号转换成模拟信号传输,并反过来将接收的模拟信号转换回数字信号。

表1-1列出了OSI参考模型各个层次上的一些常见网络协议。

虽然OSI参考模型仅仅是一个建议标准,你还是应该将其牢记在心。当我们阅读本书时,你发现,对不同层网络协议进行交互才能解决你面对的网络问题。例如遇到路由器问题,你该很快确认这是个"第3层上的问题",而应用软件问题则被识别为"第7层上的问题"。

表1-1  OSI参考模型各个层次上的典型网络协议

层次

协议

应用层

HTTPSMTPFTPTelnet

表示层

ASCIIMPEGJPEGMIDI

会话层

NetBIOSSAPSDPNWLink

传输层

TCPUDPSPX

网络层

IPIPX

数据链路层

EthernetToken RingFDDIAppleTalk

注意 在讨论我们的工作时,一位同事告诉我,他曾处理过一位用户的投诉,说他不能访问网络资源,而实际原因是用户输入的密码不正确。我的同事将这个案例标成了"第8层的问题",第8层是对用户层的一种非官方说法,通常是由那些整天工作在数据包层次上的网络工程师们使用。

那网络数据是如何流经OSI参考模型的各个层次呢?在网络上传输的初始数据首先在传输网络的应用层开始,沿着OSI参考模型的七层逐层向下,直到物理层。在物理层上,传输系统将数据发送到接收系统。接收系统从它的物理层获取传输数据,然后向上逐层处理,直到最高的应用层。

在OSI参考模型任意层次上由不同协议提供的服务并不是多余的。例如,如果某层上的一个网络协议提供了一种服务,那么再没有任何其他层的协议将提供与之完全相同的服务。不同层次的协议可能有目标类似的功能,但它们会以不同的方式来实现。

发送和接收计算机相同层上的网络协议是相互配合的。例如,发送系统在第7层的某个协议是负责对传输数据进行加密的,那么往往在接收系统的第7层有着相应的网络协议,负责对网络数据进行解密。

图1-2中连接了两个通信端图形化地说明了OSI参考模型。你可以看到,通信数据会从一个通信端的顶部流向底部,然后当它到达另一通信端时,将反向从底部流向顶部。

OSI参考模型中的每一层只能和直接的上层与下层进行通信。例如,第2层只能从第1层与第3层发送和接收数据。

 
图1-2  处于发送系统和接收系统同一层的协议
 
 

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