LAN和WAN的通信是由一種網(wǎng)絡(luò)通信模型?開放系統(tǒng)互連( OSI )來指導(dǎo)的。OSI模型是兩家標(biāo)準(zhǔn)化組織?國際標(biāo)準(zhǔn)化組織( ISO )和美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會( ANSI )的產(chǎn)物。ISO代表了100多個國家在經(jīng)濟(jì)、人文、科學(xué)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上的發(fā)展，ANSI則與美國商界、政府機(jī)構(gòu)和國際組織聯(lián)手，建立了商業(yè)產(chǎn)品(包括網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)產(chǎn)品在內(nèi))的標(biāo)準(zhǔn)。OSI模型于1974年開發(fā)，應(yīng)用于LAN和WAN的通信，充分體現(xiàn)了為網(wǎng)絡(luò)軟件和硬件實施標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)了網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展：

　　. 使得不同類型的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)助用戶投資維持較長的一段時間。

　　. 對于網(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，但它不僅開創(chuàng)了相互合作的網(wǎng)絡(luò)互連時代，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)計硬件和軟件時必須遵循的一套通信準(zhǔn)則，就像是口語中的語法一樣。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、會話層、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)議的通信來與協(xié)議棧的下一層交換數(shù)據(jù)。兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信就是通過在每一設(shè)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(wù)器進(jìn)行通信，任務(wù)從工作站的應(yīng)用層開始，經(jīng)由較低的層格式化某類信息，直至數(shù)據(jù)到達(dá)物理層，然后通過網(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(guān)，如構(gòu)建幀、傳輸含有包的信號;中間層協(xié)調(diào)結(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)通信，如確保通信會話無中斷、無差錯地持續(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，這些層稱為協(xié)議棧。在后續(xù)章節(jié)中，我們將詳細(xì)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(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)(電線電纜、光纖、無線電波和微波)。

　　. 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。

　　. 信令出錯檢驗。

　　物理層使用的設(shè)備要傳輸、接收包含數(shù)據(jù)的信號，需負(fù)責(zé)產(chǎn)生、攜帶并檢查電壓。網(wǎng)絡(luò)信號傳輸有模擬和數(shù)字兩種。模擬傳輸可不斷變化，如同具有正負(fù)級電壓的波形。模擬傳輸應(yīng)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(jī)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(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，用戶可以通過Internet服務(wù)提供商( ISP )利用該調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行Internet 訪問。

　　在信號傳輸中，物理層處理數(shù)據(jù)傳輸速率，監(jiān)控數(shù)據(jù)出錯頻率，并處理電壓電平。物理網(wǎng)絡(luò)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(dá)、高壓線、照明設(shè)備和其他電氣設(shè)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(fēng)扇、電梯電動機(jī)、輕便加熱器和空調(diào)設(shè)施等電力設(shè)備產(chǎn)生的磁場會產(chǎn)生電磁干擾;網(wǎng)絡(luò)信號傳輸中要用到的電力設(shè)備(如有線電視部件、廣播電視站、業(yè)余無線電報務(wù)器、熒光燈中的鎮(zhèn)流設(shè)備、計算機(jī)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(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)點發(fā)送的電子信號，由接收結(jié)點解碼，并檢驗錯誤。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( 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)。

　　. 差錯檢驗信息。

　　. 報尾(或稱幀的末端)標(biāo)識符。

　　只要在兩個結(jié)點間建立了通信，它們的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流定時的短信號集的傳輸建立。鏈接一確立，接收端的數(shù)據(jù)鏈路層就將信號解碼為單獨的幀。數(shù)據(jù)鏈路層檢查接收的信號，以防接收到的數(shù)據(jù)重復(fù)、不正確或是接收不完整。如果檢測到了錯誤，就要求從發(fā)送結(jié)點一幀接一幀地重新傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、CRC和EOF )計算出一個值。這個值由數(shù)據(jù)鏈路層插入到發(fā)送結(jié)點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，該值可確保幀是以接收時的順序發(fā)送的。

　　數(shù)據(jù)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(zhì)訪問控制(Media Access Control，MAC )。LLC可對兩個結(jié)點間的通信鏈接進(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(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)備只有一個接口，那么后半部分對于接口或設(shè)備而言是唯一的。許多廠商在后半部分中用一個編碼來標(biāo)識設(shè)備(如計算機(jī)、網(wǎng)橋、路由器或網(wǎng)關(guān))的類型。

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

　　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)間的通信的服務(wù)有兩種。類型1是無連接服務(wù)，無連接服務(wù)并不建立發(fā)送和接收結(jié)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(jīng)被接受，而且也沒有錯誤恢復(fù)。

　　類型2是面向連接的服務(wù)。在面向連接的服務(wù)中，在完整的通信開始之前，會在發(fā)送結(jié)點和接收結(jié)點之間建立邏輯連接。幀中包含有順序號，由接收結(jié)點來檢查，以確保其按發(fā)送時的順序進(jìn)行處理。由于建立了通信，所以發(fā)送結(jié)點不會讓傳輸數(shù)據(jù)的速度高于接收結(jié)點處理數(shù)據(jù)的速度。當(dāng)數(shù)據(jù)成功傳輸后，接收結(jié)點會通知發(fā)送結(jié)點已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)了錯誤，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。這一層允許包通過路由器從一個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一個網(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)各個網(wǎng)絡(luò)和結(jié)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(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)中實施。可以將多個目標(biāo)地址指定為一個組。帶有組目標(biāo)地址的包將被傳遞到多個計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　網(wǎng)絡(luò)層可以通過創(chuàng)建虛擬(邏輯)電路在不同的路徑上路由數(shù)據(jù)。虛擬電路是用來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的邏輯通信路徑。虛擬電路只針對于網(wǎng)絡(luò)層。既然網(wǎng)絡(luò)層沿著多個虛擬電路管理數(shù)據(jù)， 那么數(shù)據(jù)到達(dá)時就有可能出現(xiàn)錯誤的順序。網(wǎng)絡(luò)層在將包傳輸給下一層前檢查數(shù)據(jù)的順序， 如有必要就對其進(jìn)行改正。網(wǎng)絡(luò)層還要對幀編址并調(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)點發(fā)送到目標(biāo)結(jié)點。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)點會給出響應(yīng)。當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中采用虛擬電路時，傳輸層還要負(fù)責(zé)跟蹤指定給每一電路的唯一標(biāo)識值。這一I D稱為端口、連接標(biāo)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(nèi)無差錯地從結(jié)點發(fā)送到結(jié)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(wǎng)絡(luò)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(jié)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(shè)備不會以高于網(wǎng)絡(luò)或接收設(shè)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(fù)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(kuò)展的錯誤監(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，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、會話層

　　會話層負(fù)責(zé)建立并維護(hù)兩個結(jié)點間的通信鏈接，也為結(jié)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(jié)點。會話層還可以確定結(jié)點可以傳輸多遠(yuǎn)的距離以及如何從傳輸錯誤中恢復(fù)。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(wǎng)絡(luò)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(jìn)行了連接。

　　這個層使每一個給定的結(jié)點與唯一的地址一一對應(yīng)起來，就像郵政編碼只與特定的郵政區(qū)域相關(guān)聯(lián)。一旦通信會話結(jié)束，這一層就與結(jié)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(wù)器時。工作站和服務(wù)器都有唯一的用點號分開的二進(jìn)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(jié)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(shù)據(jù)格式化問題，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，表示層有些像語法檢查器。它可以確保數(shù)字和文本以接收結(jié)點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)的用戶不能截取或閱讀的過程。例如，計算機(jī)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(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)點的表示層來解壓縮。

　　7、應(yīng)用層

　　應(yīng)用層是OSI模型的最高層，控制著計算機(jī)用戶絕大多數(shù)對應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的直接訪問。這里的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)包括文件傳輸、文件管理、遠(yuǎn)程訪問文件和打印機(jī)、電子郵件的消息處理和終端仿真。計算機(jī)程序員便是使用該層來將工作站連接到網(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)庫訪問。

　　Microsoft Windows 轉(zhuǎn)向器貫穿應(yīng)用層工作。轉(zhuǎn)向器是使一臺計算機(jī)對另一臺可見，從而使得另一臺計算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)來訪問它的一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。當(dāng)用戶共享Microsoft 網(wǎng)絡(luò)上的文件夾時，其他計算機(jī)可以發(fā)現(xiàn)這臺計算機(jī)并可以使用轉(zhuǎn)向器訪問該文件夾。

　　OSI 模型七個層的功能如表所示。