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什么是OSI/RM的七层模型?一文带你快速理解

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OSI模型是一種制定網路標準都會參考的概念性架構,依據網路運作方式,OSI模型共切分成7個不同的層級,每級按照網路傳輸的模式,定義所屬的規範及標準。

所謂的OSI,是由國際化標準組織(ISO)針對開放式網路架構所制定的電腦互連標準,全名是開放式通訊系統互連參考模型(Open System Interconnection Reference Model),簡稱OSI模型。該模型是一種制定網路標準都會參考的概念性架構,並非一套標準規範,也不是用來提供實現的方法,而是透過觀念描述,協調各種網路功能發展時的標準制定。

依據網路運作方式,OSI模型共切分成7個不同的層級,每級按照網路傳輸的模式,定義所屬的規範及標準。由具體到抽象的網路傳輸方式層次來看,7層分別為實體層(物理层)、資料連結層(数据链路层)、網路層、傳輸層、會議層(会话层)、展示層(表示层)及應用層。

OSI模型的好處在於,它細分每個功能,在發展網路功能及教育訓練上有很大的幫助。產品開發時,只要依據各個層級規範,專注發展即可;在教學時,透過OSI模型解釋網路運作的架構,也較容易讓初學者了解。但是某些層級的功能仍不易掌握,像是會議層及展示層。相較於網路層或應用層,它們規範的標準若有似無,實際上的應用也不多見。

第一層︰實體層(Physical Layer)
實體層是OSI模型的最底層,它用來定義網路裝置之間的位元資料傳輸,也就是在電線或其他物理線材上,傳遞0與1電子訊號,形成網路。實體層規範的內容包含了纜線的規格、傳輸速度,以及資料傳輸的電壓值,用來確保訊號可以在多種物理媒介上傳輸。

網路線、網路卡與集線器(Hub),都是平常容易接觸到的實體層設備。網路線包括辦公室及機房內常見的RJ-45 UTP雙絞線、有線電視使用的同軸電纜,以及應用在骨幹網路的光纖纜線等。不過,對無線網路而言,只要可以傳輸電波的介質,都屬於它的傳輸媒介。

集線器指的是單純串接線路,再以廣播方式傳輸資料的設備。市面上所見的複合式集線器設備,例如Switching Hub(交換式集線器),是廠商依照市場需求所開發的產品,通常包含些許資料連結層的功能,就OSI的規範來說,它並不完全是一個集線器。

第二層︰資料連結層(Data Link Layer)
資料連結層介於實體層與網路層之間,主要是在網路之間建立邏輯連結,並且在傳輸過程中處理流量控制及錯誤偵測,讓資料傳送與接收更穩定。資料連結層將實體層的數位訊號封裝成一組符合邏輯傳輸資料,這組訊號稱為資料訊框(Data Frame)。訊框內包含媒體存取控制(Media Access Control,MAC)位址。而資料在傳輸時,這項位址資訊可讓對方主機辨識資料來源。MAC位址是一組序號,每個網路設備的MAC位址都是獨一無二的,可以讓網路設備在區域網路溝通時彼此識別,例如網路卡就是明顯的例子。

不少網路協定是在資料連結層上運作,我們較常聽到的是非同步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM),以及點對點協定(Point-to-Point Protocol,PPP)。前者是早期網路發展的通訊協定,由於單次傳輸量很小,適合用作語音傳輸;後者則是在我們使用ADSL時,會透過這項協定連接ISP,從而連上網際網路。

網路交換器(Switch)是這個層級常見的設備,主要在區域網路上運作,能依據MAC位址,將網路資料傳送到目的主機上。交換器一般分為可設定式與免設定兩種,前者可以設定流量控制或設定子網路分割,後者僅傳輸網路資料,不具其他進階功能。

第三層︰網路層(Network Layer)
網路層定義網路路由及定址功能,讓資料能夠在網路間傳遞。這一層中最主要的通訊協定是網際網路協定(Internet Protocol,IP),資料在傳輸時,該協定將IP位址加入傳輸資料內,並把資料組成封包(Packet)。在網路上傳輸時,封包裡面的IP位址會告訴網路設備這筆資料的來源及目的地。由於網路層主要以IP運作為主,故又稱為「IP層」。除了IP,在網路層上運作的協定還包含IPX及X.25。

路由器及Layer 3交換器即屬於第三層的網路設備,主要以IP作為資料傳輸依據,它們大多在企業機房內運作,不過我們也常看到有些設備也同時包含網路層功能,如IP分享器,以及俗稱小烏龜的ADSL用戶終端設備(ADSL Terminal Unit-Remote,ATU-R)。

第四層︰傳輸層(Transport Layer)
傳輸層主要負責電腦整體的資料傳輸及控制,是OSI模型中的關鍵角色,它可以將一個較大的資料切割成多個適合傳輸的資料,替模型頂端的第五、六、七等三個通訊層提供流量管制及錯誤控制。

傳輸控制協定(Transmission Control Protocol,TCP)是我們常接觸具有傳輸層功能的協定,它在傳輸資料內加入驗證碼,當對方收到後,就會依這個驗證碼,回傳對應的確認訊息(ACK),若對方未及時傳回確認訊息,資料就會重新傳遞一次,以確保資料傳輸的完整性。

第五層︰會議層(Session Layer)
這個層級負責建立網路連線,等到資料傳輸結束時,再將連線中斷,運作過程有點像召集多人開會(建立連線),然後彼此之間意見交換(資料傳輸),完成後,宣布散會(中斷連線)。

有很多應用服務運作在會議層上,我們常接觸到的是NetBIOS names,這是一種用來識別電腦使用NetBIOS資源的依據。我們使用Windows系統時,開啟網路上的芳鄰,或是用到「檔案及列印分享」時,通常會看到群組及電腦名稱,這些就是NetBIOS names定義的。

第六層︰展示層(Presentation Layer)
應用層收到的資料後,透過展示層可轉換表達方式,例如將ASCII編碼轉成應用層可以使用的資料,或是處理圖片及其他多媒體檔案,如JPGE圖片檔或MIDI音效檔。

除了轉檔,有時候當資料透過網路傳輸時,需要將內容予以加密或解密,而這個工作就是在展示層中處理。

第七層︰應用層(Application Layer)
應用層主要功能是處理應用程式,進而提供使用者網路應用服務。這一層的協定也很多。使用者常見的通訊協定,有DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)、HTTP(HyperText Transfer Protocol)及POP3(Post Office Protocol-Version 3)等,依據不同的網路服務方式,這些協定能定義各自的功能及使用規範等細部規則。

屬於第七層的應用軟體,像是網路瀏覽器(IE、Firefox)、電子郵件、線上遊戲、即時通訊(MSN Messenger、ICQ)等。上述軟體均透過單一或多種通訊協定,提供各類網路應用服務,像是網路瀏覽器藉由HTTP的溝通,即可呈現圖文並茂的網頁。

總結:
(一) 實體層 (Physical Layer)

訂定電腦連接的電氣特定協定
功能 :1.讓資料可經由傳輸媒介   2.兩個實際相連的機器間傳送的
例子 :實體層介面有EIA RE-232、RS-449等,而常見區域網路則有乙太網路、記號環、分散式光纖數據介面、CCITT X.25分封網路、整體服務數位網路、同步光學網路等。
(二) 資料鏈結層 (Data-Link Layer)

訊框 (frame) 與實體位置 (MAC)
分為兩個子層:
(一)邏輯連結控制(Logical Link Control, 簡稱LLC):訊框遞送、錯誤通知、資料流控制
(二)媒介存取控制(Media Access Control, 簡稱MAC):定義傳輸媒體存取的方式,如CSMA/CD、Token Ring等
例子 :Physical Address、OSI規定網路上各乙太網路、記號環網路、橋接器等都是在此層運作的。
(三) 網路層 (Network Layer)

邏輯定址
資料封包 (packet) 的傳輸路徑(Routing)選擇
功能:1.決定移動資料的最佳方式(RIP、EIGRP、OSPF) 2.資料遶送 3.錯誤控制(少用)
例子:IP、IPX、路由器
(四) 傳輸層 (Transport Layer)

提供可靠或不可靠的遞送
重傳之前先校正錯誤
功能 :封包順序、資料流量控制、偵測重複的封包、緊急資料的傳送、複雜的錯誤與回復處理、以及安全方面的課題。
例子 :TCP 、 UDP
(五) 交談層 (Session Layer)   

負責建立、管理、以及終止兩個通訊主機的對話
功能 :使不同應用程式的資料與其他應用程式的資料分開
例子 :SQL 、 RPC 
(六) 表現層 (Presentation Layer)

處理不同資料格式之間的字碼轉換及編碼及解碼
功能:字元碼轉換  資料形態轉換  對資料進行壓縮和加密﹐以提高速度和增加安全性
例子:ASCII 碼和 EDCDIC 碼之間的轉換
(七) 應用層 (Application Layer)
提供使用者介面
功能:檔案、印表、訊息、資料庫、應用服務
例子:HTTP 、 Telnet 、 SMTP 、 POP3 、 FTP 、 SNMP

Via@giboss&林郁翔





OSI模型是一种制定网络标准都会参考的概念性架构,依据网络运作方式,OSI模型共切分成7个不同的层级,每级按照网络传输的模式,定义所属的规范及标准。

所谓的OSI,是由国际化标准组织(ISO)针对开放式网络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络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,而是通过观念描述,协调各种网络功能发展时的标准制定。

依据网络运作方式,OSI模型共切分成7个不同的层级,每级按照网络传输的模式,定义所属的规范及标准。 由具体到抽象的网络传输方式层次来看,7层分别为物理层(物理层)、资料连结层(数据链路层)、网络层、传输层、会议层(会话层)、展示层(表示层)及应用层。

OSI模型的好处在于,它细分每个功能,在发展网络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模型解释网络运作的架构,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。 相较于网络层或应用层,它们规范的标准若有似无,实际上的应用也不多见。

第一层..物理层(Physical Layer)
实体层是OSI模型的最底层,它用来定义网络设备之间的位资料传输,也就是在电线或其他物理线材上,传递0与1电子讯号,形成网络。 实体层规范的内容包含了缆线的规格、传输速度,以及数据传输的电压值,用来确保信号可以在多种物理媒介上传输。

网络线、网络卡与集线器(Hub),都是平常容易接触到的实体层设备。 网络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,以及应用在骨干网络的光纤缆线等。 不过,对无线网络而言,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,再以广播方式传输数据的设备。 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,通常包含些许数据链接层的功能,就OSI的规范来说,它并不完全是一个集线器。

第二层..数据链接层(Data Link Layer)
资料连结层介于实体层与网路层之间,主要是在网络之间建立逻辑连结,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。 资料链接层将物理层的数字信号封装成一组符合逻辑传输数据,这组讯号称为数据讯框(Data Frame)。 讯框内包含媒体访问控制(Media Access Control)地址。 而数据在传输时,这项地址信息可让对方主机辨识资料来源。 MAC地址是一组序号,每个网络设备的MAC地址都是独一无二的,可以让网络设备在区域网络沟通时彼此识别,例如网络卡就是明显的例子。

不少网络协议是在数据连结层上运作,我们较常听到的是异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM),以及点对点协议(Point-to-Point Protocol,PPP)。 前者是早期网络发展的通讯协议,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,会通过这项协议连接ISP,从而连上网际网络。

网络交换器(Switch)是这个层级常见的设备,主要在局域网上运作,能依据MAC地址,将网络数据传送到目的主机上。 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络分割,后者仅传输网络数据,不具其他进阶功能。

第三层..网络层(Network Layer)
网络层定义网络路由及寻址功能,让数据能够在网络间传递。 这一层中最主要的通信协议是互联网协议(Internet Protocol,IP),数据在传输时,该协议将IP地址加入传输数据内,并把数据组成封包(Packet)。 在网络上传输时,封包里面的IP地址会告诉网络设备这笔数据的来源及目的地。 由于网络层主要以IP运作为主,故又称为「IP层」。 除了IP,在网络层上运作的协议还包含IPX及X.25。

路由器及Layer 3交换器即属于第三层的网络设备,主要以IP作为数据传输依据,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络层功能,如IP分享器,以及俗称小北海道的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数据传输及控制,是OSI模型中的关键角色,它可以将一个较大的数据切割成多个适合传输的数据,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。

传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)是我们常接触具有传输层功能的协议,它在传输数据内加入验证码,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,数据就会重新传递一次,以确保数据传输的完整性。

第五层..会议层(Session Layer)
这个层级负责建立网络连线,等到数据传输结束时,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(数据传输),完成后,宣布散会(中断连接)。

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,开启网络上的芳邻,或是用到「档案及打印分享」时,通常会看到群组及计算机名称,这些就是NetBIOS names定义的。

第六层..展示层(Presentation Layer)
应用层收到的数据后,通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数据,或是处理图片及其他多媒体档案,如JPGE图片文件或MIDI音效文件。

除了转档,有时候当数据通过网络传输时,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序,进而提供用户网络应用服务。 这一层的协议也很多。 用户常见的通讯协议,有DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)、HTTP(HyperText Transfer Protocol)及POP3(Post Office Protocol-Version 3)等,依据不同的网络服务方式, 这些协议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件,像是网络浏览器(IE、Firefox)、电子邮件、在线游戏、即时通讯(MSN Messenger、ICQ)等。 上述软件均透过单一或多种通讯协议,提供各类网络应用服务,像是网络浏览器藉由HTTP的沟通,即可呈现图文并茂的网页。

总结:
(一) 物理层 (Physical Layer)

订定电脑连接的电气特定协议
功能 :1.让资料可经由传输媒介 2.两个实际相连的机器间传送的
例子 :实体层接口有EIA RE-232、RS-449等,而常见区域网络则有以太网、记号环、分布式光纤数据接口、CCITT X.25分封网络、整体服务数字网络、同步光学网络等。
(二) 数据链结层 (Data-Link Layer)

讯框( frame) 和物理位置(MAC)
分为两个子层:
(一)逻辑链接控制(Logical Link Control, 简称LLC):讯框递送、错误通知、数据流控制
(二)媒介访问控制(Media Access Control, 简称MAC):定义传输媒体访问的方式,如CSMA/CD、Token Ring等
例子 :P hysical Address、OSI规定网络上各以太网、记号环网络、桥接器等都是在此层运作的。
(三) 网络层 (Network Layer)

逻辑定址
资料封包 (packet) 的传输路径(Routing)选择
功能:1.决定移动数据的最佳方式(RIP、EIGRP、OSPF) 2.数据遶送 3.错误控制(少用)
例子:IP、IPX、路由器
(四) 传输层 (Transport Layer)

提供可靠或不可靠的递送
重传之前先校正错误
功能 :封包顺序、数据流量控制、侦测重复的封包、紧急数据的传送、复杂的错误与回复处理、以及安全方面的课题。
例子 :TCP 、 UDP
(五) 交谈层 (Session Layer)   

负责建立、管理、以及终止两个通讯主机的对话
功能 :使不同应用程序的数据与其他应用程序的数据分开
例子 :SQL 、 RPC 
(六) 表现层 (Presentation Layer)

处理不同资料格式之间的字码转换及编码及解码
功能:字符码转换 数据形态转换 对数据进行压缩和加密,以提高速度和增加安全性
例子:ASCII码和 EDCDIC 码之间的转换
(七) 应用层 (Application Layer)
提供用户界面
功能:档案、打印、讯息、数据库、应用服务
例子:HTTP 、 Telnet 、 SMTP 、 POP3 、 FTP 、 SNMP

Via@giboss&林郁翔
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