计算机网络之OSI七层体系结构

设备与介质的接口：这是物理层与传输介质之间的接口，定义了设备如何与传输介质（如铜线、光纤、无线电频谱等）交互。例如，以太网接口、光纤接口、无线网络接口等。
设备与设备的接口：这是物理层中不同网络设备之间的接口，如网络接口卡（NIC）、调制解调器、中继器、集线器等设备之间的连接接口。这些接口确保了设备之间能够通过物理连接进行数据传输。
设备内部的接口：在复杂的网络设备中，物理层可能包含多个子组件，这些组件之间的接口也是物理层的一部分。例如，在一个网络接口卡中，可能会有多个芯片之间通过内部接口进行通信。
物理层的接口通常包括一系列的标准和规范，这些规范定义了接口的机械、电气、功能和过程特性。这些特性确保了不同设备之间能够可靠地传输数据，并且能够与其他遵守相同标准的设备互操作。

物理层接口的一些常见标准包括：

RJ-45接口：用于以太网网络中的物理层接口。
USB接口：通用串行总线，用于计算机和各种外设之间的连接。
串行接口：如RS-232、RS-422、RS-485等，用于串行通信。
光纤接口：如SC、LC、ST等，用于光纤通信。
无线接口：如Wi-Fi（802.11）、蓝牙等，用于无线通信。

2.数据链路层

2.1基于物理层的问题

物理连接两端的用户通话是时断时续的，并且也不需特别长的时间。物理连接是有差错和不可靠的。

物理设备之间可能存在传输速度不匹配的问题。

2.2数据链路层功能

流量控制技术（等－停协议、窗口机制等），解决速度不匹配的问题。

差错处理技术，变不可靠的物理连接为可靠的数据链路，从而保证点－点的数据传输正确性。

数据链路是指活动着的物理连接，通信之前，收/发双方互相联系而建立；传输完毕，双方协商而释放。

2.3数据链路层服务

标识和维护数据链路（建立和释放，以及选择服务质量，差错处理机制等）。传输DLSDU（服务数据单元），施行流量控制，进行差错通知（无法处理的差错情况，告知上层用户）。

2.4数据链路层协议

用来约定数据链路层实体之间的控制信息和时序，保证DL服务的提供。

局域网（802.3－CSMA/CD，802.4－令牌总线、802.5－令牌环）

面向字符型的数据链路控制规程------二进制同步控制规程（BSC）；

面向比特型的数据链路控制规程------高级数据链路控制规程（HDLC）；

3.网络层

3.1基于DL层的问题

★ 数据链路层仅提供点对点的数据链路，不能直接提供用户数据的端到端（即DTE和DTE）之间的传输，（其中可能经过多个DCE的合作和转发）；

★ 当用户设备连入网络时，希望可以和任一其他用户通信；多个用户可能同时希望传输信息

★ 数据链路的利用率较低：用户之间的通信往往是断断续续的。

3.2网络层功能

★ 提供编址和路由技术，确保用户数据可以端－端传输。

网络地址：唯一标识网络中设备。

广域网网络地址：指向交换设备（结点机）的输出端口；

局域网网络地址：直接对应到网卡（网卡地址等）

路由选择：中间结点根据分组中的的地址和依据某种策略或路由选择算法作出决策，以使分组尽快通过网络送往目的地。（为减少分组的丢失，网络本身具有吞吐量的限制）

★ 利用复用/解复用技术，将一条DL划分为若干条逻辑电路（称为逻辑信道LC，或虚电路），并且，采用LC号来区分不同用户的数据，实现多对用户的数据可以交织在同一条数据链路上传输；提供分组/组装功能，实现用户数据的分组和组装（分组交换），提高链路利用率。

3.3网络层服务

确定网络地址、标识网络连接、传输数据、分组装拆、排序（按提交顺序投递给用户）、流量控制（限制用户一次性提交给网络的分组个数）等。

3.4网络层协议

CCITT X.25建议（X.25分组交换网）

局域网：IP协议、IPX协议

Internet: IP协议

4.运输层

4.1基于网络层的问题

网络的性能不同，用户的要求不同，网络的性能和用户的要求之间也许存在某种差异。

（1）用户要求高速传输：网络的吞吐量、速率和传输延迟等性能能否满足；

（2）用户要求较低的传输费用，对于传输延时要求不高：网络的吞吐量、速率和传输延迟很好，费用太高，不能满足。

（3）网络的传输差错率不能满足用户的要求；

（4）网络层的分组长度；

（5）网络的数据流量；

4.2运输层功能

运输层目的：采用一些技术来屏蔽不同网络的性能差异，使得用户完全无需了解网络传输的细节。

★网络类型： A型网络服务具有小的残留差错率和小的可通告差错率； B型网络服务具有小的残留差错率和大的可通告差错率； C型网络服务具有大的残留差错率。

★网络的残留差错率：在网络连接上传输出错的网络服务数据单元（NSDU）在所有传输的NSDU中所占的比例；

★网络的可通告的出错率：网络中存在的不可恢复的差错与所有可检测的差错中所占的比例。

4.3运输层采用的技术

★分流/合流技术：使得具有低吞吐量、低速率和高传输延迟的网络可以支持用户高速传输数据的要求；利用多条网络连接来支持一条运输连接上的数据传输。

★复用/解复用技术：将多条运输连接上的数据汇集到一条网络连接上传输，

★拼接/分割技术：将一条运输连接上的多个T-SDU拼接成一个TPDU，并在一条网络连接上传输。使得具有高吞吐量、高速率和低传输延迟、且高费用的网络可以支持用户的低传输成本的要求；

★分段/合段技术：使得传输有限长度用户数据（分组）的网络可以支持用户的无限长数据的传输

★差错检测和恢复技术，使得差错率较高的网络可以支持用户高可靠数据传输的要求；进行流量控制，避免网络拥塞：通过对连续传输的TPDU个数施行限制。

4.4运输层服务

（1）标识和维护运输连接（建立和释放连接，以及选择服务质量），提供流量控制和常规数据/加速数据的传输。

（2）服务质量: 用户对传输延迟、吞吐量等方面的要求，运输层实体可以根据用户对服务质量的要求决定是否采用分流、复用等技术。

4.5运输层协议

定义运输层的PDU格式、交换时序。以及其它实施差错校验、分段/合段、分流/合流、复用/解复用、窗口和流量控制等的方法.

运输层协议共分为五类，不同的运输协议用于不同的环境，网络服务越差，要求的运输协议越复杂。

TP0（简单类）：提供最简单的数据传输能力，仅支持分段/合段功能，它要求网络本身可提供较高质量的数据传输服务，适用于A型网络。

TP1（基本差错恢复类）：在TP0的基础上，增加拼接/分割、差错恢复的能力，可对网络检测出来的差错进行恢复，满足用户可靠传输的要求；适用于B型网络。

TP2（复用类）：在TP0的基础上，增加复用/解复用、拼接/分割的能力，通常在用户使用高质量的网络，并要求低通信费用时选用，适用于A型网络；

TP3（差错恢复和复用类）：结合TP1和TP2的能力，满足用户低成本、高可靠性的要求，适用于B型网络；

TP4（差错检测和恢复类）：在TP3的基础上，增加差错检测和分流/合流能力，通常在服务质量较差的网络上选用，保证数据传输的可靠性；适用于C型网络。

运输连接建立时，双方协商使用的运输协议类别；选用不同类别的运输实体之间不能进行通信；

5.会话层

5.1基于运输层的问题

运输层可以保证用户数据按照要求从网络的一端传输到另一端，用户如何控制信息的交互。网络应当提供什么样的功能来协助用户管理和控制用户之间的信息交换。

5.2会话与互动的概念

会话：用户（表示层实体）之间的信息交换过程；

会话连接：用户之间为完成信息交换而按一定规则而在会话层实体之间建立起来的一种暂时的联系；

会话单元：逻辑概念，一组意义上相对完整的数据块传输；

活动：会话用户之间合作的逻辑工作段；活动的内容具有相对的独立性和完整性；

5.3会话层的同步技术

同步：对会话层实体的一种控制方法，保证会话交互的时序性同步技术:对用户数据进行语义上的分段，便于接收方可对所接收的信息进行验证。

引入活动和同步的目的: 使用户可以了解会话的进程，便于控制和管理；如果出现传输故障，可以从指定的同步点处进行恢复，重新同步，减少差错重传的数据量；

5.4会话层的功能

会话层的目的：向用户提供组织和控制信息交换的手段。

会话层的功能：

（1）利用令牌技术来保证数据交换、会话同步的有序性；拥有令牌的一方可以发送数据，或者执行其它动作；令牌可以被申请和转让；

（2）利用活动和同步技术来保证用户数据的完整性；并让用户知道整个交换的过程；

（3）利用分段和拼接技术来提高数据交换的效率；多块用户数据可以合并在一起进行传输；（4）利用重新同步技术来实现用户会话的延续性；支持传输过程中的故障恢复。

5.5会话协议控制下的用户数据交换过程

6.表示层

6.1基于会话层的问题:

不同的计算机系统可能采用不同的信息编码，具有不同的信息描述和表示方法，而不同的信息描述（表示）将导致计算机系统无法识别信息的含义。

表示层功能: 表示层功能包括传送语法的协商，以及抽象语法和传送语法之间的转换。通过这种转换来统一表示被传送的用户数据，使得通信双方使用的计算机都可以识别。

协商：采用什么数据编码进行传输，传输过程中数据是否要压缩，采用什么压缩算法等。

表示上下文的协商过程

1、建立通信连接；

2、传输编码协商（ ASCII OR EBCDIC）

3、通信双方按约定的编码ASCII码进行数据交互，系统B需将接收到的ASCII码信息转换成EBCDIC码。

7.应用层

7.1应用层的目的

应用层是网络可向最终用户提供应用服务的唯一窗口，其目的是支持用户联网的应用要求。

在OSI/RM中，这些应用服务被称为应用服务元素（包括电子邮件、文件传输、虚拟终端、电子数据交换等）。

7.2应用服务

分类不同的应用服务元素具有共性和特性，可分为两类：

公共应用服务元素（CASE）：提供与特定应用服务无关的公共服务；

特定应用服务元素（SASE）：提供面向特定应用的服务，如FTAM,MHS,EDI等。