3.2　網絡參考模型與通信協議

網絡的運行是由許多不同領域的技術融合而來的，而融合的標準規范就在參考模型中。簡單來說，設立模型的目的就是為了建立共同的規范或標準，因為網絡的運行橫跨全世界，如果不制定一套共同的運行標準，整個網絡就無法協調運行起來。此外，為了讓所有計算機都能互相溝通，就必須制定一套可以讓所有計算機都能夠“明白”的公開“對話”標準，這種標準就是“通信協議”（protocol）。

3.2.1　OSI參考模型

OSI參考模型是由“國際標準化組織”（International Standard Organization, ISO）在1988年的“政府開放系統互連框架文件”（Government Open Systems Interconnect Profile, GOSIP）中制定的，當時雖然要求廠商必須共同遵守，不過一直沒有得到廠商的支持，但是OSI制定的標準有助于了解網絡設備、通信協議等的運行架構，所以倒是一直被教育界拿來作為教學討論的對象。OSI模型共分為七層，如圖3-4所示。

• 應用層

在這一層中運行的就是我們平常接觸的網絡通信軟件，例如瀏覽器、文件傳輸軟件、電子郵件軟件等，它的目的在于建立用戶與下層通信協議的溝通橋梁，并與網絡連接的另一方相對應的軟件進行數據傳輸。通常這一層的軟件都采取主從模式。

• 表示層

這一層的主要功能是讓各個網絡工作站點之間的數據格式保持一致，包含字符的轉換、編碼與解碼、數據格式的轉換等。例如萬維網中有文字、圖像、聲音、視頻等數據，而表示層負責制定網絡連接雙方共同的數據表示方式，例如文字編碼方式、圖像格式、視頻文件格式等。

• 會話層

會話層的作用是建立起網絡連接雙方應用程序互相溝通的方式，例如何時表示要求建立網絡連接、何時終止連接、發送何種信號時表示接下來要傳送文件，也就是建立和管理接收端與發送端之間網絡連接的對話形式。例如，在網絡游戲中就不能發生客戶端按【箭頭】鍵表示要移動游戲中的人物1格時，而服務器卻認為要移動人物10格，這就是會話層中應該實現的規范。

• 傳輸層

傳輸層的主要工作是為網絡層與會話層提供一個可靠且高效的傳輸服務，例如TCP、UDP都是此層的通信協議。傳輸層所負責的任務就是將網絡上所接收到的數據分發（傳輸）給對應的軟件，例如將網頁相關數據傳送給瀏覽器或將電子郵件傳送給郵件軟件。這層也負責給上層應用程序的數據打包，指定接收的另一方該由哪一個軟件來接收此數據并進行處理。

• 網絡層

網絡層的工作是負責解讀IP地址并決定數據要傳送給哪一臺主機，如果是在同一個局域網絡中，就會直接傳送給網絡內的主機；如果不是在同一個局域網絡中，就會將數據交給路由器，并由它來決定數據傳送的路徑，而目的網絡的最后一個路由器再直接將數據傳送給目的主機。

• 數據鏈路層

數據鏈路層是OSI模型的第二層，主要負責數據“成幀”（Frame）及“解幀”（Deframe）處理，并決定數據的實際傳送地址、流量與傳送時間、錯誤檢測的工作等。在考慮網絡吞吐量的情況下，會將所接收的數據分組，分割為較小的信息幀，并在前后分別加上幀頭和幀尾，讓接收端進行識別。此外，數據鏈路層通常用于兩個相同網絡節點間的傳輸，因此像網卡、網橋或交換式集線器（Switch Hub）等設備都屬于此層的產品。

• 物理層

物理層是OSI模型的第一層，所處理的是真正的電子信號，主要的作用是定義網絡信息傳輸時的物理規格，包含連接方式、傳輸介質、信號轉換等，也就是對調制解調器、集線器、連接線與傳輸方式等加以規定。例如我們常見的“集線器”就是典型的物理層設備。

3.2.2　OSI DoD模型

因特網上所使用的TCP/IP協議是在1982年提出的，當時TCP/IP的架構又被稱為TCP/IP模型，同年美國國防部（Department of Defense, DoD）將TCP/IP納為它的網絡標準，所以TCP/IP模型又被稱為DoD模型，強調是以TCP/IP為主的因特網。DoD模型是一個既成事實的業界標準，并未經公信的標準機構標準化，但由于推行已久，加上TCP/IP協議的普及，因此被業界廣泛采用。DoD模型的各層如圖3-5所示。

• 應用層

應用層決定程序處理數據的范圍以及如何提供服務，這一層的工作范圍相當于OSI模型中的應用層、表示層與會話層三者所負責的工作范圍，只不過在DoD模型中不如OSI模型區分得那么細致。例如，HTTP對應瀏覽器，SMTP/POP3對應郵件管理程序。

• 傳輸層

傳輸層又稱為主機對主機層（Host to Host Layer），主要功能是為兩臺不同計算機之間提供穩定且可靠的通信。將上層應用層的應用程序與下層網絡層的復雜性相互隔離，應用層只需發出請求，而不用了解任務的詳情，相當于OSI模型的傳輸層，這層用于負責處理數據的確認、流量控制、錯誤檢測等事情，TCP與UDP是本層最具代表性的通信協議。

• 互連層

互連層所負責的工作相當于OSI模型的網絡層與數據鏈路層，決定數據如何傳送到目的地，例如IP尋址、IP路徑選擇、MAC地址的獲得等都是在這層中加以規范的。互連層就是通過路由器的IP協議與路由選擇把數據分組送往目的地。

• 鏈路層

鏈路層又稱為網絡接口層，所負責的工作相當于OSI模型的物理層，負責對硬件的溝通，將封裝好的邏輯數據以實際的物理信號傳送出去，還負責與數據鏈路層設備的溝通，例如以太網絡、PPP及ISDN等設備。

OSI、DoD和TCP/IP協議套件的相關示意圖如圖3-6所示。