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LAN和WAN的通信是由一種網絡通信模型?開放系統(tǒng)互連( OSI )來指導的。OSI模型是兩家標準化組織?國際標準化組織( ISO )和美國國家標準協(xié)會( ANSI )的產物。ISO代表了100多個國家在經濟、人文、科學和技術標準上的發(fā)展，ANSI則與美國商界、政府機構和國際組織聯(lián)手，建立了商業(yè)產品(包括網絡和計算機產品在內)的標準。OSI模型于1974年開發(fā)，應用于LAN和WAN的通信，充分體現(xiàn)了為網絡軟件和硬件實施標準化做出的努力。多年以來，OSI模型通過以下幾方面的功能促進了網絡通信的發(fā)展：
. 使得不同類型的LAN和WAN間進行通信。
. 提供網絡設備標準化，使得一家廠商的設備可與另一家廠商的設備進行通信。
. 使舊的網絡設備可與新的網絡設備通信，因此安裝了新設備后，不必要更換原有設備，從而協(xié)助用戶投資維持較長的一段時間。
. 對于網絡內和網絡間的通信，允許使用通用接口開發(fā)軟硬件。
. 使世界范圍內的網絡通信成為可能，Internet 就是一個顯著的例子。
雖然OSI模型比如今大多數網絡設備都出現(xiàn)得早，但它不僅開創(chuàng)了相互合作的網絡互連時代，而且不斷地去容納網絡互連的新發(fā)展。它是一種嚴格的理論模型，并不是一特定的硬件設備或一套軟件例程，而是廠商在設計硬件和軟件時必須遵循的一套通信準則，就像是口語中的語法一樣。OSI模型準則指出了：
. 網絡設備之間如何聯(lián)系，使用不同協(xié)議的設備如何通信。
. 網絡設備如何獲知何時傳輸或不傳輸數據。
. 如何安排、連接物理網絡設備。
. 確保網絡傳輸被正確接收的方法。
. 網絡設備如何維持數據流的恒定速率。
. 電子數據在網絡介質上如何表示。
OSI模型由7個層組成，層層堆積：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。每一層都處理某特定的通信任務，使用基于協(xié)議的通信來與協(xié)議棧的下一層交換數據。兩個網絡設備間的通信就是通過在每一設備的協(xié)議棧中上上下下來完成的。例如，有一工作站要與一服務器進行通信，任務從工作站的應用層開始，經由較低的層格式化某類信息，直至數據到達物理層，然后通過網絡傳輸到服務器。服務器于協(xié)議棧的物理層獲取信息，向上層發(fā)送信息以解釋信息，直到到達應用層。每一層可用其名稱稱呼，也可用其在協(xié)議棧中的位置表明。例如，最底層可稱為物理層或第1層。
最底層執(zhí)行的功能與物理通信相關，如構建幀、傳輸含有包的信號;中間層協(xié)調結點間的網絡通信，如確保通信會話無中斷、無差錯地持續(xù)進行。最高層的工作直接影響軟件應用和數據表示，包括數據格式化、加密以及數據與文件傳輸管理。總括起來，這些層稱為協(xié)議棧。在后續(xù)章節(jié)中，我們將詳細討論這7個層。
1、物理層
OSI模型的最底層為物理層。包含以下各項：
. 數據傳輸介質(電線電纜、光纖、無線電波和微波)。
. 網絡插頭。
. 網絡拓撲結構。
. 信令與編碼方法。
. 數據傳輸設備。
. 網絡接口。
. 信令出錯檢驗。
物理層使用的設備要傳輸、接收包含數據的信號，需負責產生、攜帶并檢查電壓。網絡信號傳輸有模擬和數字兩種。模擬傳輸可不斷變化，如同具有正負級電壓的波形。模擬傳輸應用的實例如普通無線電信號和電話信號，因為它們對于聲音再生可以有無限的范圍。與此類似，模擬電視和計算機的監(jiān)視器可以在任一范圍再現(xiàn)上百萬種顏色。在使用模擬調制解調器進行通信的WAN中使用的便是模擬通信，例如，用戶可以通過Internet服務提供商( ISP )利用該調制解調器進行Internet 訪問。
在信號傳輸中，物理層處理數據傳輸速率，監(jiān)控數據出錯頻率，并處理電壓電平。物理網絡問題，如通信電纜裂斷、電磁干擾等均會影響物理層性能。附近的電力馬達、高壓線、照明設備和其他電氣設備都會引起干擾。電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI )和無線電頻率干擾(Radio Frequency Interference，RFI )是物理層干擾的兩大起因。風扇、電梯電動機、輕便加熱器和空調設施等電力設備產生的磁場會產生電磁干擾;網絡信號傳輸中要用到的電力設備(如有線電視部件、廣播電視站、業(yè)余無線電報務器、熒光燈中的鎮(zhèn)流設備、計算機或電視以及C B電臺)將以相同的頻率釋放無線電波，而這種無線電波就是無線電頻率干擾的起因。
2、數據鏈路層
LAN中數據鏈路層的作用是構造幀。每一幀均以特定的方式格式化，使得數據傳輸可以同步以將數據可靠地在結點間傳送。這一層將格式化數據，以便作為幀編碼為傳輸結點發(fā)送的電子信號，由接收結點解碼，并檢驗錯誤。數據鏈路層創(chuàng)建了所謂的“數據鏈路幀”，包含著由地址和控制信息組成的域，如下所示：
. 幀的起始點( SOF )。
. 發(fā)送幀的設備的地址(源地址)。
. 接收幀的設備的地址(目標地址)。
. 管理或通信控制信息。
. 數據。
. 差錯檢驗信息。
. 報尾(或稱幀的末端)標識符。
只要在兩個結點間建立了通信，它們的數據鏈路層就在物理(通過物理層)和邏輯(通過協(xié)議)上連接起來了。通信首先由用于數據流定時的短信號集的傳輸建立。鏈接一確立，接收端的數據鏈路層就將信號解碼為單獨的幀。數據鏈路層檢查接收的信號，以防接收到的數據重復、不正確或是接收不完整。如果檢測到了錯誤，就要求從發(fā)送結點一幀接一幀地重新傳輸數據。數據鏈接錯誤檢測過程由循環(huán)冗余校驗(Cyclic Redundancy Check，CRC )處理。循環(huán)冗余校驗( CRC )是一種錯誤檢測方法，為幀中包含的整個信息域( SOF，尋址方法、控制信息、數據、CRC和EOF )計算出一個值。這個值由數據鏈路層插入到發(fā)送結點靠近幀的末端的位置上。當數據鏈路層將幀向上傳送到上一層時，該值可確保幀是以接收時的順序發(fā)送的。
數據鏈路層包含兩個重要的子層：邏輯鏈接控制(Logic Link Control，LLC )和介質訪問控制(Media Access Control，MAC )。LLC可對兩個結點間的通信鏈接進行初始化，并防止鏈接的中斷，從而確保了可靠的通信。而MAC則用來檢驗包含在每一幀中的地址信息。例如，工作站上的MAC子層檢驗工作站接收的每一個幀，如果幀的地址與工作站的地址相匹配，就將大多數網絡設備都有自己唯一的地址，永久存在于設備的網絡接口設備的芯片上。
該地址稱為設備地址或物理地址，以16進制進行編碼，如0004AC8428DE。地址的前半部分指示特定的網絡廠商;如果設備只有一個接口，那么后半部分對于接口或設備而言是唯一的。許多廠商在后半部分中用一個編碼來標識設備(如計算機、網橋、路由器或網關)的類型。
兩種網絡設備不能擁有同樣的物理地址，這一點是很重要的。這是網絡設備生產商們實施的一種保護措施。如果兩個以上的設備擁有同樣的地址，在網絡上傳遞幀時就會引起混淆。
用于LLC子層和網絡層(協(xié)議棧中數據鏈路層的高一級)間的通信的服務有兩種。類型1是無連接服務，無連接服務并不建立發(fā)送和接收結點間的邏輯連接。這里并不檢查幀是否是按發(fā)送時的順序接收的，也并不回答幀已經被接受，而且也沒有錯誤恢復。
類型2是面向連接的服務。在面向連接的服務中，在完整的通信開始之前，會在發(fā)送結點和接收結點之間建立邏輯連接。幀中包含有順序號，由接收結點來檢查，以確保其按發(fā)送時的順序進行處理。由于建立了通信，所以發(fā)送結點不會讓傳輸數據的速度高于接收結點處理數據的速度。當數據成功傳輸后，接收結點會通知發(fā)送結點已經接收到數據。如果發(fā)現(xiàn)了錯誤，就要重新傳輸數據。
3、網絡層
協(xié)議棧中向上的第3層為網絡層。這一層沿網絡控制包的通路。所有的網絡都由物理路由 (電纜路徑)和邏輯路由(軟件路徑)組成。網絡層讀取包協(xié)議地址信息并將每一個包沿最優(yōu)路徑 (包括物理的和邏輯的)轉發(fā)以進行有效傳輸。這一層允許包通過路由器從一個網絡發(fā)送到另一個網絡。網絡層控制包的通路，有些象交通控制器，沿幾條不同路徑中最有效的那一條來路由包。為確定最優(yōu)路徑，網絡層需要持續(xù)地收集有關各個網絡和結點地址的信息，這一過程稱為發(fā)現(xiàn)。并非所有的協(xié)議都在網絡層包含信息，這些協(xié)議是不可路由的。兩種典型的不能被路由的網絡協(xié)議是DEC公司的LAT和Microsoft 公司的NetBEUI。這兩種協(xié)議通常不在需要路由的中型和大型網絡中實施。可以將多個目標地址指定為一個組。帶有組目標地址的包將被傳遞到多個計算機或網絡設備。
網絡層可以通過創(chuàng)建虛擬(邏輯)電路在不同的路徑上路由數據。虛擬電路是用來發(fā)送和接收數據的邏輯通信路徑。虛擬電路只針對于網絡層。既然網絡層沿著多個虛擬電路管理數據， 那么數據到達時就有可能出現(xiàn)錯誤的順序。網絡層在將包傳輸給下一層前檢查數據的順序， 如有必要就對其進行改正。網絡層還要對幀編址并調整它們的大小使之符合接收網絡協(xié)議的需要，并保證幀傳輸的速度不高于接收層接收的速度。
4、傳輸層
與數據鏈路層和網絡層一樣，傳輸層的功能是保證數據可靠地從發(fā)送結點發(fā)送到目標結點。例如，傳輸層確保數據以相同的順序發(fā)送和接收，并且傳輸后接收結點會給出響應。當在網絡中采用虛擬電路時，傳輸層還要負責跟蹤指定給每一電路的唯一標識值。這一I D稱為端口、連接標識或套接字，是由會話層指定的。傳輸層還要確定包錯誤校驗的級別，最高的級別可以確保包在可以接受的時間內無差錯地從結點發(fā)送到結點。
用于在傳輸層間通信的協(xié)議采用了多種可靠性措施。0類是最簡單的協(xié)議，不執(zhí)行錯誤校驗或流控制，依靠網絡層來執(zhí)行這些功能。1類協(xié)議監(jiān)控包傳輸錯誤，如果檢查到了錯誤，就通報發(fā)送結點的傳輸層讓它重新發(fā)送包。2類協(xié)議監(jiān)控傳輸層和會話層間的傳輸錯誤并提供流控制。流控制確保設備不會以高于網絡或接收設備接收信息的速度來發(fā)送信息。3類協(xié)議除提供1類和2類協(xié)議的功能外，還可以在某些環(huán)境下恢復丟失的包。最后， 4類協(xié)議除執(zhí)行3類協(xié)議的功能外，還具有擴展的錯誤監(jiān)控和恢復能力。
傳輸層的另一種功能就是當網絡使用不同的要求包大小各異的協(xié)議時，將消息分段為較小的單元。發(fā)送網絡上由傳輸層分割的數據單元被接收端的傳輸層重新以正確的順序組合， 以便網絡層解釋。
5、會話層
會話層負責建立并維護兩個結點間的通信鏈接，也為結點間通信確定正確的順序。例如， 它可以確定首先傳輸哪個結點。會話層還可以確定結點可以傳輸多遠的距離以及如何從傳輸錯誤中恢復。如果傳輸在低層中無意地中斷了，會話層將努力重新建立通信。在某些工作站操作系統(tǒng)中，可以將工作站從網絡上斷開，然后重新連接，之后無須登錄便可繼續(xù)工作。這是因為物理層斷開又重新連接后，會話層也重新進行了連接。
這個層使每一個給定的結點與唯一的地址一一對應起來，就像郵政編碼只與特定的郵政區(qū)域相關聯(lián)。一旦通信會話結束，這一層就與結點斷開了。
說明這一層上的通信的示例發(fā)生在工作站訪問Internet上的服務器時。工作站和服務器都有唯一的用點號分開的二進制Internet 協(xié)議(IP)地址，如122.72.15.122和145.19.20.22。會話層使用這一地址信息來幫助建立結點間的聯(lián)系。一旦建立了聯(lián)系，工作站可以登錄了，通信會話就通過會話層建立起來了。
6、表示層
這一層處理數據格式化問題，由于不同的軟件應用程序經常使用不同的數據格式化方案， 所以數據格式化是必需的。在某種意義上，表示層有些像語法檢查器。它可以確保數字和文本以接收結點的表示層可以閱讀的格式發(fā)送。例如，從IBM大型機上發(fā)送的數據可能使用的是EBC DIC字符格式化，要使運行Windows 95或Windows 98的工作站可以讀取信息，就必須將其解釋為ASCII字符格式。
表示層還負責數據的加密。加密是將數據編碼，讓未授權的用戶不能截取或閱讀的過程。例如，計算機的帳戶密碼可以在LAN上加密，或者信用卡號可以通過加密套接字協(xié)議層 (Secure Sockets Layer，SSL )在WAN上加密。
表示層的另一功能是數據壓縮。當數據格式化后，在文本和數字中間可能會有空格也格式化了。數據壓縮將這些空格刪除并壓緊數據，減小其大小以便發(fā)送。數據傳輸后，由接收結點的表示層來解壓縮。
7、應用層
應用層是OSI模型的最高層，控制著計算機用戶絕大多數對應用程序和網絡服務的直接訪問。這里的網絡服務包括文件傳輸、文件管理、遠程訪問文件和打印機、電子郵件的消息處理和終端仿真。計算機程序員便是使用該層來將工作站連接到網絡服務上，例如，可將應用程序鏈接到電子郵件中，或在網絡上提供數據庫訪問。
Microsoft Windows 轉向器貫穿應用層工作。轉向器是使一臺計算機對另一臺可見，從而使得另一臺計算機可以通過網絡來訪問它的一種網絡服務。當用戶共享Microsoft 網絡上的文件夾時，其他計算機可以發(fā)現(xiàn)這臺計算機并可以使用轉向器訪問該文件夾。
OSI 模型七個層的功能如表所示。
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