LAN和WAN的通信是由一種網(wǎng)絡(luò)通信模型?開(kāi)放系統(tǒng)互連( OSI )來(lái)指導(dǎo)的。OSI模型是兩家標(biāo)準(zhǔn)化組織?國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織( ISO )和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)( ANSI )的產(chǎn)物。ISO代表了100多個(gè)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)、人文、科學(xué)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上的發(fā)展，ANSI則與美國(guó)商界、政府機(jī)構(gòu)和國(guó)際組織聯(lián)手，建立了商業(yè)產(chǎn)品(包括網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)品在內(nèi))的標(biāo)準(zhǔn)。OSI模型于1974年開(kāi)發(fā)，應(yīng)用于LAN和WAN的通信，充分體現(xiàn)了為網(wǎng)絡(luò)軟件和硬件實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化做出的努力。多年以來(lái)，OSI模型通過(guò)以下幾方面的功能促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展：

　　. 使得不同類(lèi)型的LAN和WAN間進(jìn)行通信。

　　. 提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，使得一家廠商的設(shè)備可與另一家廠商的設(shè)備進(jìn)行通信。

　　. 使舊的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可與新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信，因此安裝了新設(shè)備后，不必要更換原有設(shè)備，從而協(xié)助用戶(hù)投資維持較長(zhǎng)的一段時(shí)間。

　　. 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間的通信，允許使用通用接口開(kāi)發(fā)軟硬件。

　　. 使世界范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信成為可能，Internet 就是一個(gè)顯著的例子。

　　雖然OSI模型比如今大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都出現(xiàn)得早，但它不僅開(kāi)創(chuàng)了相互合作的網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)代，而且不斷地去容納網(wǎng)絡(luò)互連的新發(fā)展。它是一種嚴(yán)格的理論模型，并不是一特定的硬件設(shè)備或一套軟件例程，而是廠商在設(shè)計(jì)硬件和軟件時(shí)必須遵循的一套通信準(zhǔn)則，就像是口語(yǔ)中的語(yǔ)法一樣。OSI模型準(zhǔn)則指出了：

　　. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間如何聯(lián)系，使用不同協(xié)議的設(shè)備如何通信。

　　. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何獲知何時(shí)傳輸或不傳輸數(shù)據(jù)。

　　. 如何安排、連接物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　. 確保網(wǎng)絡(luò)傳輸被正確接收的方法。

　　. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何維持?jǐn)?shù)據(jù)流的恒定速率。

　　. 電子數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上如何表示。

　　OSI模型由7個(gè)層組成，層層堆積：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層。每一層都處理某特定的通信任務(wù)，使用基于協(xié)議的通信來(lái)與協(xié)議棧的下一層交換數(shù)據(jù)。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信就是通過(guò)在每一設(shè)備的協(xié)議棧中上上下下來(lái)完成的。例如，有一工作站要與一服務(wù)器進(jìn)行通信，任務(wù)從工作站的應(yīng)用層開(kāi)始，經(jīng)由較低的層格式化某類(lèi)信息，直至數(shù)據(jù)到達(dá)物理層，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器。服務(wù)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(dá)應(yīng)用層。每一層可用其名稱(chēng)稱(chēng)呼，也可用其在協(xié)議棧中的位置表明。例如，最底層可稱(chēng)為物理層或第1層。

　　最底層執(zhí)行的功能與物理通信相關(guān)，如構(gòu)建幀、傳輸含有包的信號(hào);中間層協(xié)調(diào)結(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)通信，如確保通信會(huì)話(huà)無(wú)中斷、無(wú)差錯(cuò)地持續(xù)進(jìn)行。最高層的工作直接影響軟件應(yīng)用和數(shù)據(jù)表示，包括數(shù)據(jù)格式化、加密以及數(shù)據(jù)與文件傳輸管理。總括起來(lái)，這些層稱(chēng)為協(xié)議棧。在后續(xù)章節(jié)中，我們將詳細(xì)討論這7個(gè)層。

　　1、物理層

　　OSI模型的最底層為物理層。包含以下各項(xiàng)：

　　. 數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)(電線(xiàn)電纜、光纖、無(wú)線(xiàn)電波和微波)。

　　. 網(wǎng)絡(luò)插頭。

　　. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　. 信令與編碼方法。

　　. 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。

　　. 網(wǎng)絡(luò)接口。

　　. 信令出錯(cuò)檢驗(yàn)。

　　物理層使用的設(shè)備要傳輸、接收包含數(shù)據(jù)的信號(hào)，需負(fù)責(zé)產(chǎn)生、攜帶并檢查電壓。網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸有模擬和數(shù)字兩種。模擬傳輸可不斷變化，如同具有正負(fù)級(jí)電壓的波形。模擬傳輸應(yīng)用的實(shí)例如普通無(wú)線(xiàn)電信號(hào)和電話(huà)信號(hào)，因?yàn)樗鼈儗?duì)于聲音再生可以有無(wú)限的范圍。與此類(lèi)似，模擬電視和計(jì)算機(jī)的監(jiān)視器可以在任一范圍再現(xiàn)上百萬(wàn)種顏色。在使用模擬調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通信的WAN中使用的便是模擬通信，例如，用戶(hù)可以通過(guò)Internet服務(wù)提供商( ISP )利用該調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行Internet 訪(fǎng)問(wèn)。

　　在信號(hào)傳輸中，物理層處理數(shù)據(jù)傳輸速率，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出錯(cuò)頻率，并處理電壓電平。物理網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，如通信電纜裂斷、電磁干擾等均會(huì)影響物理層性能。附近的電力馬達(dá)、高壓線(xiàn)、照明設(shè)備和其他電氣設(shè)備都會(huì)引起干擾。電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI )和無(wú)線(xiàn)電頻率干擾(Radio Frequency Interference，RFI )是物理層干擾的兩大起因。風(fēng)扇、電梯電動(dòng)機(jī)、輕便加熱器和空調(diào)設(shè)施等電力設(shè)備產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾;網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸中要用到的電力設(shè)備(如有線(xiàn)電視部件、廣播電視站、業(yè)余無(wú)線(xiàn)電報(bào)務(wù)器、熒光燈中的鎮(zhèn)流設(shè)備、計(jì)算機(jī)或電視以及C B電臺(tái))將以相同的頻率釋放無(wú)線(xiàn)電波，而這種無(wú)線(xiàn)電波就是無(wú)線(xiàn)電頻率干擾的起因。

　　2、數(shù)據(jù)鏈路層

　　LAN中數(shù)據(jù)鏈路層的作用是構(gòu)造幀。每一幀均以特定的方式格式化，使得數(shù)據(jù)傳輸可以同步以將數(shù)據(jù)可靠地在結(jié)點(diǎn)間傳送。這一層將格式化數(shù)據(jù)，以便作為幀編碼為傳輸結(jié)點(diǎn)發(fā)送的電子信號(hào)，由接收結(jié)點(diǎn)解碼，并檢驗(yàn)錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)鏈路層創(chuàng)建了所謂的“數(shù)據(jù)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(diǎn)( SOF )。

　　. 發(fā)送幀的設(shè)備的地址(源地址)。

　　. 接收幀的設(shè)備的地址(目標(biāo)地址)。

　　. 管理或通信控制信息。

　　. 數(shù)據(jù)。

　　. 差錯(cuò)檢驗(yàn)信息。

　　. 報(bào)尾(或稱(chēng)幀的末端)標(biāo)識(shí)符。

　　只要在兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間建立了通信，它們的數(shù)據(jù)鏈路層就在物理(通過(guò)物理層)和邏輯(通過(guò)協(xié)議)上連接起來(lái)了。通信首先由用于數(shù)據(jù)流定時(shí)的短信號(hào)集的傳輸建立。鏈接一確立，接收端的數(shù)據(jù)鏈路層就將信號(hào)解碼為單獨(dú)的幀。數(shù)據(jù)鏈路層檢查接收的信號(hào)，以防接收到的數(shù)據(jù)重復(fù)、不正確或是接收不完整。如果檢測(cè)到了錯(cuò)誤，就要求從發(fā)送結(jié)點(diǎn)一幀接一幀地重新傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈接錯(cuò)誤檢測(cè)過(guò)程由循環(huán)冗余校驗(yàn)(Cyclic Redundancy Check，CRC )處理。循環(huán)冗余校驗(yàn)( CRC )是一種錯(cuò)誤檢測(cè)方法，為幀中包含的整個(gè)信息域( SOF，尋址方法、控制信息、數(shù)據(jù)、CRC和EOF )計(jì)算出一個(gè)值。這個(gè)值由數(shù)據(jù)鏈路層插入到發(fā)送結(jié)點(diǎn)靠近幀的末端的位置上。當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層將幀向上傳送到上一層時(shí)，該值可確保幀是以接收時(shí)的順序發(fā)送的。

　　數(shù)據(jù)鏈路層包含兩個(gè)重要的子層：邏輯鏈接控制(Logic Link Control，LLC )和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制(Media Access Control，MAC )。LLC可對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間的通信鏈接進(jìn)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(lái)檢驗(yàn)包含在每一幀中的地址信息。例如，工作站上的MAC子層檢驗(yàn)工作站接收的每一個(gè)幀，如果幀的地址與工作站的地址相匹配，就將大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有自己唯一的地址，永久存在于設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的芯片上。

　　該地址稱(chēng)為設(shè)備地址或物理地址，以16進(jìn)制進(jìn)行編碼，如0004AC8428DE。地址的前半部分指示特定的網(wǎng)絡(luò)廠商;如果設(shè)備只有一個(gè)接口，那么后半部分對(duì)于接口或設(shè)備而言是唯一的。許多廠商在后半部分中用一個(gè)編碼來(lái)標(biāo)識(shí)設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、網(wǎng)橋、路由器或網(wǎng)關(guān))的類(lèi)型。

　　兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能擁有同樣的物理地址，這一點(diǎn)是很重要的。這是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商們實(shí)施的一種保護(hù)措施。如果兩個(gè)以上的設(shè)備擁有同樣的地址，在網(wǎng)絡(luò)上傳遞幀時(shí)就會(huì)引起混淆。

　　用于LLC子層和網(wǎng)絡(luò)層(協(xié)議棧中數(shù)據(jù)鏈路層的高一級(jí))間的通信的服務(wù)有兩種。類(lèi)型1是無(wú)連接服務(wù)，無(wú)連接服務(wù)并不建立發(fā)送和接收結(jié)點(diǎn)間的邏輯連接。這里并不檢查幀是否是按發(fā)送時(shí)的順序接收的，也并不回答幀已經(jīng)被接受，而且也沒(méi)有錯(cuò)誤恢復(fù)。

　　類(lèi)型2是面向連接的服務(wù)。在面向連接的服務(wù)中，在完整的通信開(kāi)始之前，會(huì)在發(fā)送結(jié)點(diǎn)和接收結(jié)點(diǎn)之間建立邏輯連接。幀中包含有順序號(hào)，由接收結(jié)點(diǎn)來(lái)檢查，以確保其按發(fā)送時(shí)的順序進(jìn)行處理。由于建立了通信，所以發(fā)送結(jié)點(diǎn)不會(huì)讓傳輸數(shù)據(jù)的速度高于接收結(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)的速度。當(dāng)數(shù)據(jù)成功傳輸后，接收結(jié)點(diǎn)會(huì)通知發(fā)送結(jié)點(diǎn)已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，就要重新傳輸數(shù)據(jù)。

　　3、網(wǎng)絡(luò)層

　　協(xié)議棧中向上的第3層為網(wǎng)絡(luò)層。這一層沿網(wǎng)絡(luò)控制包的通路。所有的網(wǎng)絡(luò)都由物理路由 (電纜路徑)和邏輯路由(軟件路徑)組成。網(wǎng)絡(luò)層讀取包協(xié)議地址信息并將每一個(gè)包沿最優(yōu)路徑 (包括物理的和邏輯的)轉(zhuǎn)發(fā)以進(jìn)行有效傳輸。這一層允許包通過(guò)路由器從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)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(lái)路由包。為確定最優(yōu)路徑，網(wǎng)絡(luò)層需要持續(xù)地收集有關(guān)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)和結(jié)點(diǎn)地址的信息，這一過(guò)程稱(chēng)為發(fā)現(xiàn)。并非所有的協(xié)議都在網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中實(shí)施。可以將多個(gè)目標(biāo)地址指定為一個(gè)組。帶有組目標(biāo)地址的包將被傳遞到多個(gè)計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　網(wǎng)絡(luò)層可以通過(guò)創(chuàng)建虛擬(邏輯)電路在不同的路徑上路由數(shù)據(jù)。虛擬電路是用來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的邏輯通信路徑。虛擬電路只針對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層。既然網(wǎng)絡(luò)層沿著多個(gè)虛擬電路管理數(shù)據(jù)， 那么數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)就有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的順序。網(wǎng)絡(luò)層在將包傳輸給下一層前檢查數(shù)據(jù)的順序， 如有必要就對(duì)其進(jìn)行改正。網(wǎng)絡(luò)層還要對(duì)幀編址并調(diào)整它們的大小使之符合接收網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的需要，并保證幀傳輸?shù)乃俣炔桓哂诮邮諏咏邮盏乃俣取?/p>

　　4、傳輸層

　　與數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層一樣，傳輸層的功能是保證數(shù)據(jù)可靠地從發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)送到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)。例如，傳輸層確保數(shù)據(jù)以相同的順序發(fā)送和接收，并且傳輸后接收結(jié)點(diǎn)會(huì)給出響應(yīng)。當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中采用虛擬電路時(shí)，傳輸層還要負(fù)責(zé)跟蹤指定給每一電路的唯一標(biāo)識(shí)值。這一I D稱(chēng)為端口、連接標(biāo)識(shí)或套接字，是由會(huì)話(huà)層指定的。傳輸層還要確定包錯(cuò)誤校驗(yàn)的級(jí)別，最高的級(jí)別可以確保包在可以接受的時(shí)間內(nèi)無(wú)差錯(cuò)地從結(jié)點(diǎn)發(fā)送到結(jié)點(diǎn)。

　　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(lèi)是最簡(jiǎn)單的協(xié)議，不執(zhí)行錯(cuò)誤校驗(yàn)或流控制，依靠網(wǎng)絡(luò)層來(lái)執(zhí)行這些功能。1類(lèi)協(xié)議監(jiān)控包傳輸錯(cuò)誤，如果檢查到了錯(cuò)誤，就通報(bào)發(fā)送結(jié)點(diǎn)的傳輸層讓它重新發(fā)送包。2類(lèi)協(xié)議監(jiān)控傳輸層和會(huì)話(huà)層間的傳輸錯(cuò)誤并提供流控制。流控制確保設(shè)備不會(huì)以高于網(wǎng)絡(luò)或接收設(shè)備接收信息的速度來(lái)發(fā)送信息。3類(lèi)協(xié)議除提供1類(lèi)和2類(lèi)協(xié)議的功能外，還可以在某些環(huán)境下恢復(fù)丟失的包。最后， 4類(lèi)協(xié)議除執(zhí)行3類(lèi)協(xié)議的功能外，還具有擴(kuò)展的錯(cuò)誤監(jiān)控和恢復(fù)能力。

　　傳輸層的另一種功能就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)使用不同的要求包大小各異的協(xié)議時(shí)，將消息分段為較小的單元。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)上由傳輸層分割的數(shù)據(jù)單元被接收端的傳輸層重新以正確的順序組合， 以便網(wǎng)絡(luò)層解釋。

　　5、會(huì)話(huà)層

　　會(huì)話(huà)層負(fù)責(zé)建立并維護(hù)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間的通信鏈接，也為結(jié)點(diǎn)間通信確定正確的順序。例如， 它可以確定首先傳輸哪個(gè)結(jié)點(diǎn)。會(huì)話(huà)層還可以確定結(jié)點(diǎn)可以傳輸多遠(yuǎn)的距離以及如何從傳輸錯(cuò)誤中恢復(fù)。如果傳輸在低層中無(wú)意地中斷了，會(huì)話(huà)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(wǎng)絡(luò)上斷開(kāi)，然后重新連接，之后無(wú)須登錄便可繼續(xù)工作。這是因?yàn)槲锢韺訑嚅_(kāi)又重新連接后，會(huì)話(huà)層也重新進(jìn)行了連接。

　　這個(gè)層使每一個(gè)給定的結(jié)點(diǎn)與唯一的地址一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，就像郵政編碼只與特定的郵政區(qū)域相關(guān)聯(lián)。一旦通信會(huì)話(huà)結(jié)束，這一層就與結(jié)點(diǎn)斷開(kāi)了。

　　說(shuō)明這一層上的通信的示例發(fā)生在工作站訪(fǎng)問(wèn)Internet上的服務(wù)器時(shí)。工作站和服務(wù)器都有唯一的用點(diǎn)號(hào)分開(kāi)的二進(jìn)制Internet 協(xié)議(IP)地址，如122.72.15.122和145.19.20.22。會(huì)話(huà)層使用這一地址信息來(lái)幫助建立結(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系。一旦建立了聯(lián)系，工作站可以登錄了，通信會(huì)話(huà)就通過(guò)會(huì)話(huà)層建立起來(lái)了。

　　6、表示層

　　這一層處理數(shù)據(jù)格式化問(wèn)題，由于不同的軟件應(yīng)用程序經(jīng)常使用不同的數(shù)據(jù)格式化方案， 所以數(shù)據(jù)格式化是必需的。在某種意義上，表示層有些像語(yǔ)法檢查器。它可以確保數(shù)字和文本以接收結(jié)點(diǎn)的表示層可以閱讀的格式發(fā)送。例如，從IBM大型機(jī)上發(fā)送的數(shù)據(jù)可能使用的是EBC DIC字符格式化，要使運(yùn)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的加密。加密是將數(shù)據(jù)編碼，讓未授權(quán)的用戶(hù)不能截取或閱讀的過(guò)程。例如，計(jì)算機(jī)的帳戶(hù)密碼可以在LAN上加密，或者信用卡號(hào)可以通過(guò)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(shù)據(jù)壓縮。當(dāng)數(shù)據(jù)格式化后，在文本和數(shù)字中間可能會(huì)有空格也格式化了。數(shù)據(jù)壓縮將這些空格刪除并壓緊數(shù)據(jù)，減小其大小以便發(fā)送。數(shù)據(jù)傳輸后，由接收結(jié)點(diǎn)的表示層來(lái)解壓縮。

　　7、應(yīng)用層

　　應(yīng)用層是OSI模型的最高層，控制著計(jì)算機(jī)用戶(hù)絕大多數(shù)對(duì)應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的直接訪(fǎng)問(wèn)。這里的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)包括文件傳輸、文件管理、遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)文件和打印機(jī)、電子郵件的消息處理和終端仿真。計(jì)算機(jī)程序員便是使用該層來(lái)將工作站連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上，例如，可將應(yīng)用程序鏈接到電子郵件中，或在網(wǎng)絡(luò)上提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)。

　　Microsoft Windows 轉(zhuǎn)向器貫穿應(yīng)用層工作。轉(zhuǎn)向器是使一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)另一臺(tái)可見(jiàn)，從而使得另一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)它的一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。當(dāng)用戶(hù)共享Microsoft 網(wǎng)絡(luò)上的文件夾時(shí)，其他計(jì)算機(jī)可以發(fā)現(xiàn)這臺(tái)計(jì)算機(jī)并可以使用轉(zhuǎn)向器訪(fǎng)問(wèn)該文件夾。

　　OSI 模型七個(gè)層的功能如表所示。