协议分层与OSI参考模型

协议的分层

OSI参考模型将通信协议中必要的功能分成了7层。通过这些分层，使得那些比较复杂的网络协议更加简单化。

在这一模型中，每个分层都接收由它下一层所提供的特定服务，并且负责为自己的上一层提供特定的服务。上下层之间进行交互时所遵循的约定叫做“接口”。同一层之间的交互所遵循的约定叫做“协议”。

协议分层就如同计算机软件中的模块化开发。OSI参考模型的建议是比较理想化的。它希望实现从第一层到第七层的所有模块，并将它们组合起来实现网络通信。分层可以将每个分层独立使用，即使系统中某些分层发生变化，也不会波及整个系统。因此，可以构造一个扩展性和灵活性都较强的系统。此外，通过分层能够细分通信功能，更易于单独实现每个分层的协议，并界定各个分层的具体责任和义务。这些都属于分层的优点。

而分层的劣势，可能就在于过分模块化、使处理变得更加沉重以及每个模块都不得不实现相似的处理逻辑等问题。

理解协议的分层

关于协议的分层，我们再以A与C的对话为例简单说明一下。在此，我们只考虑语言层和通信设备层这两个分层的情况。

首先，以电话聊天为例，图中上半部分中的A与C两个人正在通过电话（通信设备）用汉语（语言协议）聊天。我们详细分析一下这张图。

表面上看A跟C是在用汉语直接对话，但实际上A与C都是在通过电话机的听筒听取声音，都在对着麦克风说话。想象一下如果有一个素未见过电话机的人见到这个场景会怎么想？恐怕他一定会以为A和C在跟电话机聊天吧。

其实在这个图中，他们所用的语言协议作为麦克风的音频输入，在通信设备层被转换为电波信号传送出去了。传送到对方的电话机后，又被通信设备层转换为音频输出，传递给了对方。因此，A与C其实是利用电话机之间通过音频转化声音的接口实现了对话。

通常人们会觉得拿起电话与人通话，其实就好像是直接在跟对方对话，然而如果仔细分析，在整个过程中实际上是电话机在做中介，这是不可否认的。如果A的电话机所传出的电子信号并未能转换成与C的电话机相同频率的声音，那会如何？这就如同A的电话机与C的电话机的协议互不相同。C听到声音后可能会觉得自己不是在跟A而是在跟其他人说话。频率若是相去甚远，C更有可能会觉得自己听到的不是汉语。

那么如果我们假定语言层相同而改变了通信设备层，情况会如何？例如，将电话机改为无线电。通信设备层如果改用无线电，那么就得学会使用无线电的方法。由于语言层仍然在使用汉语协议，因此使用者可以完全和以往打电话时一样正常通话（上图左下部分）。

那么，如果通信设备层使用电话机，而语言层改为英语的话情况又会如何？很显然，电话机本身不会受限于使用者使用的语言。因此，这种情况与使用汉语通话时完全一样，依然可以实现通话（上图右下部分）。

OSI参考模型

OSI参考模型将这样一个复杂的协议整理并分为了易于理解的7个分层。

许多通信协议，都对应了OSI参考模型7个分层中的某层。通过这一点，可以大致了解该协议在整个通信功能中的位置和作用。

OSI参考模型中各个分层的作用

▼ 互连的网络终端，如计算机等设备。

■ 应用层

为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件传输、电子邮件、远程登录（虚拟终端）等协议。

■ 表示层

将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此它主要负责数据格式的转换。

具体来说，就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式。不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同。因此，使它们保持一致是这一层的主要作用。

■ 会话层

负责建立和断开通信连接（数据流动的逻辑通路），以及数据的分割等数据传输相关的管理。

■ 传输层

起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理，而无需在路由器上处理。

■ 网络层

将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某一个地址。因此这一层主要负责寻址和路由选择。

■ 数据链路层

负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输。例如与1个以太网相连的2个节点之间的通信。

将0、1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端（数据帧的生成与接收）。

■ 物理层

负责0、1比特流（0、1序列）与电压的高低、光的闪灭之间的互换。