OSI模型

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OSI模型,即开放式通信系统互联参考模型(Open System Interconnection Reference Model),是国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架,简称OSI。

目录

历史

在制定计算机网络标准方面,起着重大作用的两大国际组织是:国际电报与电话咨询委员会(CCITT),与国际标准化组织(ISO),虽然它们工作领域不同,但随着科学技术的发展,通信与信息处理之间的界限开始变得比较模糊,这也成了CCITTISO共同关心的领域。1983年,ISO发布了著名的ISO/IEC 7498标准,它定义了网络互联的7层框架,也就是开放式系统互连参考模型。

层次划分

OSI将计算机网络体系结构(architecture)划分为以下七层:

“OSI/RM”是英文“Open Systems Interconnection Reference Model”的缩写。

第7层 应用层
主条目: 应用层

应用层能与应用程序接口沟通,以达至展示给用户。

第6层 表示层
主条目: 表示层

表示层能为不同的用户端提供数据和信息的语法转换内码,使系统能解读成正确的数据。同时,也能提供压缩解压、加密解密。

第5层 会话层
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会话层用于为通讯双方制定通讯方式,并建立、拆除会话(双方通讯)。

第4层 传输层
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传输层用于控制资料流量,并且进行侦错及错误处理,以确保通讯顺利。而传送端的传输层会为封包加上序号,方便接收端把封包重组为有用的资料或档案。

第3层 网络层
主条目: 网络层

网络层为资料传送的目的地寻址,再选择出传送资料的最佳路线。

第2层 数据链路层
主条目: 数据链路层

网络上资料封包如何传送的方式

第1层 物理层
主条目: 物理层

物理层定义了所有电子及物理设备的规范。其中特别定义了设备与物理媒介之间的关系,这包括了针脚、电压线缆规范集线器中继器网卡主机适配器(在SAN中使用的主机适配器)以及其他的设备的设计定义。因为物理层传送的是原始的比特数据流,即设计的目的是为了保证当发送时的信号为二进制“1”时,对方接收到的也是二进制“1”而不是二进制“0”。因而就需要定义哪个设备有几个针脚,其中哪个针脚发送的多少电压代表二进制“1”或二进制“0”,还有例如一个bit需要持续几微秒,传输信号是否在双向上同时进行,最初的连接如何建立和最终如何终止等问题。

为了更好理解物理层与数据链路层之间的区别,可以把物理层认为是主要是与某个单一设备与传输媒介之间的交互有关,而数据链路层则更多地关注使用同一个通讯媒介的多个设备(例如,至少两个设备)之间的互动。物理层的作用是告诉某个设备如何传送信号至一个通讯媒介,以及另外一个设备如何接收这个信号(大多数情况下它并不会告诉设备如何与通讯媒介相连接)。有些过时的物理层标准如RS-232倒是的确使用物理线缆来控制通讯媒介的接入。

物理层的主要功能和提供的服务如下:

  • 在设备与传输媒介之间建立及终止连接。
  • 参与通讯过程使得资源可以在共享的多用户中有效分配。例如,冲突解决机制和流量控制
  • 对信号进行调制或转换使得用户设备中的数字信号定义能与信道上实际传送的数字信号相匹配。这些信号可以经由物理线缆(例如铜缆和光缆)或是无线信道传送。

比喻 将七层比喻为真实世界收发信的两个老板的图。(左为传输端,右为接收端。)
  • 7 应用层:老板
  • 6 表示层:相当于公司中简报老板、替老板写信的助理
  • 5 会话层:相当于公司中收寄信、写信封与拆信封的秘书
  • 4 传输层:相当于公司中跑邮局的送信职员
  • 3 网络层:相当于邮局中的排序工人
  • 2 数据链路层:相当于邮局中的装拆箱工人
  • 1 物理层:相当于邮局中的搬运工人

影响

OSI是一个定义良好的协议规范集,并有许多可选部分完成类似的任务。
它定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系以及各层所包括的可能的任务。是作为一个框架来协调和组织各层所提供的服务。
OSI参考模型并没有提供一个可以实现的方法,而是描述了一些概念,用来协调进程间通信标准的制定。即OSI参考模型并不是一个标准,而是一个在制定标准时所使用的概念性框架。

参见

参考文献
### OSI模型在汽车网络中的应用 #### 背景介绍 OSI模型是一种用于描述计算机网络通信的标准框架,其定义了七个层次的结构来组织和分类不同的网络功能[^3]。这些层次分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有特定的功能,并通过标准化接口与其他层进行交互。 在汽车领域,随着车辆智能化和联网化的快速发展,车载网络逐渐复杂化,涉及多种通信需求和技术标准。因此,OSI模型被广泛应用于汽车网络的设计与实现中,特别是在信息交换的安全性和可靠性方面发挥了重要作用[^5]。 --- #### 汽车网络中的具体应用 1. **物理层** 物理层主要负责信号的传输介质及其电气特性,在汽车网络中通常表现为CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、FlexRay、MOST(Media Oriented Systems Transport)以及以太网等总线技术。例如,CAN总线作为汽车内部最常用的通信方式之一,提供了可靠的低延迟消息传递能力[^1]。 2. **数据链路层** 数据链路层的任务是对来自物理层的数据帧进行封装并确保无误地传送到目标节点。对于现代汽车而言,这一层可能涉及到MAC地址分配或者误检测机制等方面的内容。比如,在基于IEEE 802.3标准构建的车载以太网上,每台设备都需要拥有唯一的硬件地址来进行识别和寻址操作[^4]。 3. **网络层** 网络层的核心作用在于路由选择与包转发,这使得不同子网之间能够互联互通成为现实。针对复杂的车内环境来说,采用IP协议族成员IPv4/IPv6可以有效支持多播组播业务场景;同时配合NAT(Network Address Translation)技术还能进一步增强隐私保护水平。另外值得注意的是,为了防止不必要的广播风暴影响整体性能表现,实际部署过程中往往会运用到VLAN(Virtual Local Area Networks),从而把整个系统分割成若干逻辑独立的小型局域网单元。 4. **传输层** 在此层面之上运行着TCP(Transmission Control Protocol)/UDP(User Datagram Protocol)两种主流通讯模式供开发者选用——前者强调连接稳定性而后者则更注重速度优势。考虑到实时性要求较高的场合下(如ADAS高级驾驶辅助系统),往往倾向于优先考虑后者所提供的简单快速的服务形式[^2]。 5. **会话层及以上三层 (会话层, 表示层, 应用层)** 这些高层级更多关注于如何满足最终用户的实际应用场景需求。例如,通过SOAP(Simple Object Access Protocol) 或 RESTful API 来简化远程调用过程; 利用SSL/TLS 加密通道保障敏感资料在网络上传输期间不会遭到窃听篡改威胁等等措施均属于此类范畴之内 。 此外 ,Telematics teleservice 平台也是典型代表案例之一 , 它允许车主借助智能手机应用查看 ```python def osi_in_automotive(): layers = ["Physical", "Data Link", "Network", "Transport", "Session", "Presentation", "Application"] applications = { "Physical": "CAN, LIN, FlexRay", "Data Link": "MAC addressing in Ethernet", "Network": "Routing with VLANs and IP protocols", "Transport": "Use of UDP for real-time systems like ADAS", "Session/Presentation/Application": "Telematics services using SOAP or REST APIs" } result = {} for layer in layers: if layer.lower() in applications: result[layer] = applications[layer.lower()] else: result[layer] = "Not explicitly detailed but follows general principles." return result print(osi_in_automotive()) ``` --- #### 小结 综上所述,OSI模型不仅为传统意义上的广域网(WAN) 和 局域网(LAN) 提供了一个清晰易懂的概念划分依据,而且同样适用于当今高度集成化的汽车电子控制系统之中。通过对各层职责范围内的深入理解可以帮助工程师们更加高效合理地规划实施相应的解决方案。
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