一文一图搞懂OSI七层模型

什么是OSI?

所谓的OSI,是由国际化标准组织(ISO)针对开放式网路架构所制定的电脑互连标准,全名是开放式通讯系统互连参考模型(Open System Interconnection Reference Model),简称OSI模型。该模型是一种制定网路标准都会参考的概念性架构,并非一套标准规范,也不是用来提供实现的方法,而是透过观念描述,协调各种网路功能发展时的标准制定。

依据网路运作方式,OSI模型共切分成7个不同的层级,每级按照网路传输的模式,定义所属的规范及标准。由具体到抽象的网路传输方式层次来看,7层分别为实体层、资料连结层、网路层、传输层、会议层、展示层及应用层。

OSI模型的好处在于,它细分每个功能,在发展网路功能及教育训练上有很大的帮助。产品开发时,只要依据各个层级规范,专注发展即可;在教学时,透过OSI模型解释网路运作的架构,也较容易让初学者了解。但是某些层级的功能仍不易掌握,像是会议层及展示层。相较于网路层或应用层,它们规范的标准若有似无,实际上的应用也不多见。


直接上图!

第一层︰实体层(Physical Layer)

实体层是OSI模型的最底层,它用来定义网路装置之间的位元资料传输,也就是在电线或其他物理线材上,传递0与1电子讯号,形成网路。实体层规范的内容包含了缆线的规格、传输速度,以及资料传输的电压值,用来确保讯号可以在多种物理媒介上传输。

网路线、网路卡与集线器(Hub),都是平常容易接触到的实体层设备。网路线包括办公室及机房内常见的RJ-45 UTP双绞线、有线电视使用的同轴电缆,以及应用在骨干网路的光纤缆线等。不过,对无线网路而言,只要可以传输电波的介质,都属于它的传输媒介。

集线器指的是单纯串接线路,再以广播方式传输资料的设备。市面上所见的复合式集线器设备,例如Switching Hub(交换式集线器),是厂商依照市场需求所开发的产品,通常包含些许资料连结层的功能,就OSI的规范来说,它并不完全是一个集线器。

第二层︰数据链路层(Data Link Layer)

资料连结层介于实体层与网路层之间,主要是在网路之间建立逻辑连结,并且在传输过程中处理流量控制及错误侦测,让资料传送与接收更稳定。资料连结层将实体层的数位讯号封装成一组符合逻辑传输资料,这组讯号称为资料讯框(Data Frame)。讯框内包含媒体存取控制(Media Access Control,MAC)位址。而资料在传输时,这项位址资讯可让对方主机辨识资料来源。 MAC位址是一组序号,每个网路设备的MAC位址都是独一无二的,可以让网路设备在区域网路沟通时彼此识别,例如网路卡就是明显的例子。

不少网路协定是在资料连结层上运作,我们较常听到的是非同步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM),以及点对点协定(Point-to-Point Protocol,PPP)。前者是早期网路发展的通讯协定,由于单次传输量很小,适合用作语音传输;后者则是在我们使用ADSL时,会透过这项协定连接ISP,从而连上网际网路。

网路交换器(Switch)是这个层级常见的设备,主要在区域网路上运作,能依据MAC位址,将网路资料传送到目的主机上。交换器一般分为可设定式与免设定两种,前者可以设定流量控制或设定子网路分割,后者仅传输网路资料,不具其他进阶功能。

第三层︰网路层(Network Layer)

网路层定义网路路由及定址功能,让资料能够在网路间传递。这一层中最主要的通讯协定是网际网路协定(Internet Protocol,IP),资料在传输时,该协定将IP位址加入传输资料内,并把资料组成封包(Packet)。在网路上传输时,封包里面的IP位址会告诉网路设备这笔资料的来源及目的地。由于网路层主要以IP运作为主,故又称为「IP层」。除了IP,在网路层上运作的协定还包含IPX及X.25。

路由器及Layer 3交换器即属于第三层的网路设备,主要以IP作为资料传输依据,它们大多在企业机房内运作,不过我们也常看到有些设备也同时包含网路层功能,如IP分享器,以及俗称小乌龟的ADSL用户终端设备(ADSL Terminal Unit-Remote,ATU-R)。

第四层︰传输层(Transport Layer)

传输层主要负责电脑整体的资料传输及控制,是OSI模型中的关键角色,它可以将一个较大的资料切割成多个适合传输的资料,替模型顶端的第五、六、七等三个通讯层提供流量管制及错误控制。

传输控制协定(Transmission Control Protocol,TCP)是我们常接触具有传输层功能的协定,它在传输资料内加入验证码,当对方收到后,就会依这个验证码,回传对应的确认讯息(ACK),若对方未及时传回确认讯息,资料就会重新传递一次,以确保资料传输的完整性。

第五层︰会议层(Session Layer)

这个层级负责建立网路连线,等到资料传输结束时,再将连线中断,运作过程有点像召集多人开会(建立连线),然后彼此之间意见交换(资料传输),完成后,宣布散会(中断连线)。

有很多应用服务运作在会议层上,我们常接触到的是NetBIOS names,这是一种用来识别电脑使用NetBIOS资源的依据。我们使用Windows系统时,开启网路上的芳邻,或是用到「档案及列印分享」时,通常会看到群组及电脑名称,这些就是NetBIOS names定义的。

第六层︰表示层(Presentation Layer)

应用层收到的资料后,透过展示层可转换表达方式,例如将ASCII编码转成应用层可以使用的资料,或是处理图片及其他多媒体档案,如JPGE图片档或MIDI音效档。

除了转档,有时候当资料透过网路传输时,需要将内容予以加密或解密,而这个工作就是在展示层中处理。

第七层︰应用层(Application Layer)

应用层主要功能是处理应用程式,进而提供使用者网路应用服务。这一层的协定也很多。使用者常见的通讯协定,有DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)、HTTP(HyperText Transfer Protocol)及POP3(Post Office Protocol-Version 3)等,依据不同的网路服务方式,这些协定能定义各自的功能及使用规范等细部规则。

属于第七层的应用软体,像是网路浏览器(IE、Firefox)、电子邮件、线上游戏、即时通讯(MSN Messenger、ICQ)等。上述软体均透过单一或多种通讯协定,提供各类网路应用服务,像是网路浏览器藉由HTTP的沟通,即可呈现图文并茂的网页。

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