OSI的七層架構與相關標準

· 前言
OSI(Open System Interconnection)為總部設在日內瓦的國際標準組織ISO(International Standards Organization)於1977-1984年之間所發展的通訊架構。在OSI的七層功能中，每一層均使用下面一層的功能來提供上面一層的服務。 這七層中除了實體層使用傳輸介質來傳輸0與1的位元外，其餘各層並沒有直接通訊的情形。

· 元件及參數
在OSI之中，相鄰階層的服務被表示成元件與參數。

Request

由客戶端發出需求所使用的參數。

Response

由客戶端發出認可或完成之前服務的元件。

Indication

由主機端發出已連線上的參數。

Confirm

由主機端發出認可或完成之前服務的元件。

· 功能
七層協定分為實體、資料連結、網路、傳輸、會議、表現、應用這七個層次。

OSI七層協定

OSI

說明

例子

應用層Application

提供雙方應用程式存取OSI環境的方法。

Ftp,Email,Telnet

表現層Presentation

提供雙方應用程式之間資料格式的轉換。

字元碼轉換,加密

會議層Session

提供雙方應用程式之間的溝通方式和規則。
含有溝通、群組、還原三個主要服務。

全/半雙工

傳輸層Transport

提供雙方資料交換規則及品質最佳化。

TCP

網路層Network

提供雙方透過網路的定址方法、傳送路徑。在點對點傳輸中
，由於資料連結層已提供管理之功能，因此用不到此層。

IP

資料連結層Data link

提供網路層及實體層間之管理、錯誤偵測&控制。

MAC

實體層Physical

提供雙方系統間實體介面、傳送位元的規則。

Ethernet

(一) 實體層 (Physical Layer)

由於一個網路架構必須要能容納不同的實體傳輸媒介，所以OSI 設立實體層來規定種種電氣規格和訊號處理之方式。實體層主要是利用電子訊號(如電壓、頻率等)透過傳輸媒體(如電纜、光纖、無線電、衛星等)傳送最基本的 0或1的資訊，因此我們也可以說它是由一些通信用的電子設備所組成。實體層定義了介面的實體特性，如機械元件、連結器等，以及實際連接的設定與維護等層 面。

知名的實體層介面有EIA RE-232、RS-449等，而常見區域網路則有乙太網路、記號環、分散式光纖數據介面、CCITT X.25分封網路、整體服務數位網路、同步光學網路等。

(二) 資料鏈結層 (Data-Link Layer)

OSI為了規定 網路上各節點對傳輸媒介的使用方法，並處理訊號傳輸所產生的錯誤，故設立了資料鏈結層，定義兩個透過實體連線的系統資料傳送與接收，有時也提供偵錯與控制 的服務。資料鏈結層和實體層一樣，都牽涉到硬體的部分。在傳送之前，資料鏈結層將資料分解成一個個的封包，以便透過連線媒介進行傳輸。乙太網路、記號環網 路、橋接器等都是在此層運作的。

IEEE將資料鏈結層分為二個子層：媒介存取控制(Media Access Control, 簡稱MAC)和邏輯連結控制(Logical Link Control, 簡稱LLC)。MAC是較低的層，定義傳輸媒體存取的方式，如CSMA/CD、Token Ring等；而LCC則為不同的網路類型提供資料傳輸的方法，它將資料重新包裝、加上新的表頭，並在資料鏈結層中加入鏈結的功能，提供網路模組化的能力。

目前常見的位於資料鏈結層的協定為高階資料鏈控制(High-level Data Link Control, 簡稱HDLC)協定。HDLC屬於位元導向式(Bit-Oriented)，傳輸由二進位資料組成，沒有任何特殊控制碼，但是資料框內的資訊存放著控制與回覆指令。它支援全雙工傳輸，也同時適合點對點與多對多點連接。

(三) 網路層 (Network Layer)

為了能讓那些彼此不在同一條傳輸媒介上的節點，能透過中間其他節點進行通訊，OSI因此故設立了網路層來規範資料在網路中的尋徑(Routing)功 能，讓封包能依最短的路徑傳送到目的地。如果資料可移動的路徑不只一種，網路層可從中找出並決定最佳的一條路徑。路由器便是在此層運作的。網路層會檢視封 包位址，如果目的地在區域網路中，會直接送抵，但若在別的網路區段，會先將封包送到路由設備，由它轉換到另一網路。如果沒有網路層，資料便無法

被有效率地送達到正確的地點。另外，網路層亦提供了錯誤控制的功能，但較少少應用在區域網路的環境中。

OSI所規定的網路層標準是X.25，也就是現行的公共數據網路，它以分封式資料傳輸，讓眾多用者可以共用電信局所建構的網路。X.25的提出的時間比OSI早，分為三層架構，相當於OSI的前三層架構。近年來，新的X.25逐漸採用LAP-B(Link Access Procedure-Balanced)取代HDLC作為第二層的協定。

(四) 傳輸層 (Transport Layer)

雖然網路層可將資料傳輸至目的地，但由於它只負責相連節點間的資料傳遞，不能保證封包能以正確的順序扺達，也無法挑出在傳輸過程中所產生的錯誤，OSI便在其上設立了傳輸層，以控制資料在起始點和目的節點之間可靠無誤的傳輸。

傳輸層具有連接導向的特性，提供高品質的服務與精確傳輸。它的主要工作包括控制封包順序、資料流量控制、偵測重複的封包、緊急資料的傳送、複雜的錯誤與回 復處理、以及安全方面的課題。(註90)由於服務需求的不同，傳輸層發展了五種不同的等級的標準與對應的相關協定，以因應不同的需要：(註91)

· 等級0 (TP0)－簡單等級(Simple Class)：具備最基本的運送連接功能，其流量控制、連接釋放有賴於網路層的協助，且並不提供緊急資料的處理。

· 等級1(TP1)－基本錯誤回復等級(Basic Error Recovery Class)：除具備等級0的功能之外，並能根據網路層的錯誤回報或連接釋放，作一些簡單的錯誤回復。若網路層提供緊急資料傳送的功能，等級1亦可讓使用者有傳送緊急資料的選擇。

· 等級2 (TP2)－多工等級(Multiplexing Class)：提供多工的功能，數條運送連接的資料可以經由一條網路連接傳送。並具備擴充性編號(Extended Numbering)，使用較大的接收窗(Receive Window)來進行資料量的控制和錯誤回復。

· 等級3(TP3)－錯誤回復多工等級(Error Recovery and Multiplexing Class)：為等級1與等級2功能的總合。

· 等級4(TP4)－錯誤偵測和回復等級(Error Detection and Recovery Class)：為功能最強的一個等級，除了具備等級3所有的功能外，並能偵測出資料的流失、重複、失序等狀況，而做回復的工作。

總之，傳輸層在OSI七層中扮演著十分重要的角色。以傳輸層等級4而言，它利用計時器入資料的編號、重送、總核對等多種技巧，提供了一個可靠性極高的資料傳輸服務。

(五) 交談層 (Session Layer)

我們在進行重要或大量資料的交換時，必須設置檢查點(Check Point)加以管理，以處理傳輸未完成時所發生的嚴重資料流失，如磁碟損毀或傳輸層鏈結中斷等情形。因此，兩台電腦在實際傳輸資料之前，必須先建立一個 交談。交談層即是負責建立、主控一個交談，利用會話技巧或對話，協調系統之間的資料交換。具體來說，交談層服務的目的是在滿足OSI各應用體間的共同需 求，它把人與人交談的行為，反映於網路裡電腦間的通訊。這不僅降低了上層應用層通訊協定的複雜度，同時也彌補了傳輸服務對交談服務使用者需求無法滿足的部 分。(註92)交談狀態並不需要一直持續著，但必須有一定時的對話來確認某些狀態，如將所傳資料突然改變的的起始及結束位址記錄下來。

交談層有下列主要的任務：

· 交談連結的建立、取消及資料傳送。

· 許可證管理(Token Management)：控制使用者輪流地發送訊息，規定許可證的擁有者，才具有該服務的啟動權。為了使許可證不被獨占，許可證管理含有許可證的取得、轉 讓、放棄等功能，並將使用者發出許可證取得的要求，連帶一優先等級值，作為許可證原擁有者衡量讓許可證保留或是轉讓之指標。

· 活動管理(Activity Management)：活動為交談連結中的一個工作單元，通常可從資料的性質區分成了交談中不同的活動單元。交談服務可對活動單元進行取消、中斷、轉移等管理工作，同時也提供和對話控制類似的同步服務。

· 對話控制(Dialogue Control)：一個活動單元可由多個對話所組，而對話控制服務主要應用在交易管理(Transaction Management)中，進行並行控制(Concurrency Control)。為了避免網路實體故障、磁碟損壞等狀況發生致使資料流失，交談提供了同步及重新同步(Resynchronization)的服務，以作為資料並行的控制。

· 例外報告(Exception Reporting)：在通信過程中，可能會因為人為或內在的失誤，使交談處於茫然的狀態。當錯誤還未嚴重到結束交談的程度時，使用者或交談層可利用例外報告服務，向對方報告異常的狀況，再由使用者判斷應該採取什麼行動，以解除此異常，使交談再恢復到正常狀態。

(六) 表現層 (Presentation Layer)

通信雙方若各自使用對方所不懂的資料格式，則無法到達溝通的目的。OSI最主要的宗旨，就是讓不同廠牌及使用不同資料格式的各種機器得以相互通

表現層的協定是作業系統與軟體的一部分，搭配作業系統與檔案系統一起工作。在這一層，資料為了顯現或列印而被格式化並編碼，如tab或特殊圖形前置碼。另外，資料加密、字元集合的轉換等工作也都在這一層處理。(註94)若無表現層，檔案的傳輸就會被限制在使用相同檔案格式的電腦上才可進行。

(七) 應用層 (Application Layer)

應用層是一般使用者執行工作的地方。為了讓各種網路應用的使用者能有效地使用OSI環境，故設立了應用層來規範各類應用之使用介面和運作程序，以提供使用者統一、有效的網路應用服務，也確保任何遵循此一規定的使用者得以相互通信。

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