五.OSI七层模型
ISO国际标准组织所定义的开放系统互连七层模型的定义和各层功能。它是网络
技术入门者的敲门砖，也是分析、评判各种网络技术的依据—从此网络不再神秘，它也
是有理可依，有据可循的。

建立七层模型主要是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题。它的最大优点
是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来；也使网络的不同功能模块分担起不
同的职责。

网络发展中一个重要里程碑便是ISO（Internet Standard Organization，国际
标准组织）对OSI（Open System Interconnect，开放系统互连）七层网络模型的定
义。它不但成为以前的和后续的各种网络技术评判、分析的依据，也成为网络协议设计
和统一的参考模型。

建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题。它的最
大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来：服务说明某一层为上一层提
供一些什么功能，接口说明上一层如何使用下层的服务，而协议涉及如何实现本层的服
务；这样各层之间具有很强的独立性，互连网络中各实体采用什么样的协议是没有限制
的，只要向上提供相同的服务并且不改变相邻层的接口就可以了。网络七层的划分也是
为了使网络的不同功能模块（不同层次）分担起不同的职责，从而带来如下好处：

● 减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次，便于
查找和纠错；
● 在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操
作，各层之间则相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行；
● 能有效刺激网络技术革新，因为每次更新都可以在小范围内进行，不需对整
个网络动大手术；
● 便于研究和教学。

网络分层体现了在许多工程设计中都具有的结构化思想，是一种合理的划分。

网络七层的功能

网络七层包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用
层。其中物理层、数据链路层和网络层通常被称作媒体层，是网络工程师所研究的对象
；传输层、会话层、表示层和应用层则被称作主机层，是用户所面向和关心的内容。

那么，网络七层的具体定义和相应职责各是什么呢？下图便是OSI七层模型的协
议堆栈示意，它们由下到上分别为：

● 第一层—物理层：物理层定义了通讯网络之间物理链路的电气或机械特性，
以及激活、维护和关闭这条链路的各项操作。物理层特征参数包括：电压、数据传输
率、最大传输距离、物理连接媒体等。
● 第二层—数据链路层：实际的物理链路是不可靠的，总会出现错误，数据链
路层的作用就是通过一定的手段（将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输）将有差错
的物理链路转化成对上层来说没有错误的数据链路。它的特征参数包括：物理地址、网
络拓朴结构、错误警告机制、所传数据帧的排序和流控等。其中物理地址是相对网络层
地址而言的，它代表了数据链路层的节点标识技术；“拓朴”是网络中经常会碰到的术
语，标记着各个设备以何种方式互连起来，如：总线型—所有设备都连在一条总线上，
星型—所有设备都通过一个中央结点互连；错误警告是向上层协议报告数据传递中错误
的发生；数据帧排序可将所传数据重新排列；流控则用于调整数据传输速率，使接收端
不至于过载。
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OSL参考模型（简单图一）

应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
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● 第三层—网络层：网络层将数据分成一定长度的分组，并在分组头中标识源
和目的节点的逻辑地址，这些地址就象街区、门牌号一样，成为每个节点的标识；网络
层的核心功能便是根据这些地址来获得从源到目的的路径，当有多条路径存在的情况
下，还要负责进行路由选择。
● 第四层—传输层：提供对上层透明（不依赖于具体网络）的可靠的数据传
输。如果说网络层关心的是“点到点”的逐点转递，那么可以说传输层关注的是“端到
端”（源端到目的端）的最终效果。它的功能主要包括：流控、多路技术、虚电路管理
和纠错及恢复等。其中多路技术使多个不同应用的数据可以通过单一的物理链路共同实
现传递；虚电路是数据传递的逻辑通道，在传输层建立、维护和终止；纠错功能则可以
检测错误的发生，并采取措施（如重传）解决问题。
● 第五层—会话层：在网络实体间建立、管理和终止通讯应用服务请求和响应
等会话。
● 第六层—表示层：定义了一系列代码和代码转换功能以保证源端数据在目的
端同样能被识别，比如大家所熟悉的文本数据的ASCII码，表示图象的GIF或表示动画的
MPEG等。
● 第七层——应用层：应用层是面向用户的最高层，通过软件应用实现网络与
用户的直接对话，如：找到通讯对方，识别可用资源和同步操作等。

网络七层的底三层（物理层、数据链路层和网络层）通常被称作媒体层，它们不
为用户所见，默默地对网络起到支撑作用，是网络工程师所研究的对象；上四层（传输
层、会话层、表示层和应用层）则被称作主机层，是用户所面向和关心的内容，这些程
序常常将各层的功能综合在一起，在用户面前形成一个整体。大家所熟悉的网上应用
WWW、FTP、TELNET等，都是这多层功能的综合。

在数据的实际传输中，发送方将数据送到自己的应用层，加上该层的控制信息后
传给表示层；表示层如法炮制，再将数据加上自己的标识传给会话层；以此类推，每一
层都在收到的数据上加上本层的控制信息并传给下一层；最后到达物理层时，数据通过
实际的物理媒体传到接收方。接收端则执行与发送端相反的操作，由下往上，将逐层标
识去掉，重新还原成最初的数据。由此可见，数据通讯双方在对等层必须采用相同的协
议，定义同一种数据标识格式，这样才可能保证数据的正确传输而不至走形。

OSI与实际应用模型

七层模型是一个理论模型，实际应用则千变万化，完全可能发生变异。对大多数
应用，我们只是将它的协议族（即协议堆栈）与七层模型作大致的对应，看看实际用到
的特定协议是属于七层中某个子层，还是包括了上下多层的功能。

网络中实际用到的协议是否严格按照这七层来定义呢？并非如此，七层模型是一
个理论模型，实际应用则千变万化，完全可能发生变异。何况有的应用由来已久，不可
能在七层模型推出后又推翻重来。因此对大多数应用，我们只是将它的协议族（即协议
堆栈）与七层模型作大致的对应，看看实际用到的特定协议是属于七层中某个子层，还
是包括了上下多层的功能。我们在以前的篇幅中曾介绍过的TCP/IP协议，它与七层模型
的对应关系如下：
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OSL与TCP/IP模型的对应关系（简单图二）
应用层 *
表示层 应用层
会话层 *
传输层 传输层
网络层 网络层
数据链路层 网络接口层
物理层 *
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由图二可看出，TCP/IP的多数应用协议将OSI应用层、表示层、会话层的功能合
在一起，构成其应用层，典型协议有：HTTP、FTP、TELNET等；TCP/UDP协议对应OSI的
传输层，提供上层数据传输保障；IP协议对应OSI的网络层，它定义了众所周知的IP地
址格式，做为网间网中查找路径的依据；TCP/IP的最底层功能由网络接口层实现，相当
于OSI的物理层和数据链路层，实际上TCP/IP对该层并未作严格定义，而是应用已有的
底层网络实现传输，这就是它得以广泛应用的原因。

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