淺議網絡體系結構OSI/RM模型與TCP/IP模型的區別

朱建武 張 瑩

（[1]武漢城市職業學院計算機與電子信息工程學院 湖北·武漢 430070；[2]武漢市硚口區東方紅小學 湖北·武漢 430000）

計算機網絡系統是一個紛繁復雜的體系結構，為了更安全更有效率的進行數據通信和資源共享，除了在計算機之間建立傳送數據的通路，還需要對網絡系統進行分層，分層可以減少網絡系統設計的復雜性，提高網絡系統的穩定性和可管理性。通過分層，能實現各層之間相互獨立，同時，各層之間具備更好的靈活性，各層在結構上可以分割，各層的協議和服務易于實現和維護，容易實現標準化。

計算機網絡體系結構定義和描述了計算機和相關各種通信設備之間的互聯互通的協議和標準的集合。在20世紀八十年代初，各個企業和計算機的廠商都有自己的一套網絡體系結構和規范，之間互相并不兼容，為了解決網絡互聯互通的問題，著名的國際標準化組織即ISO在1979年成立了一個委員會來專門研究一種體系結構用來規范網絡之間的互聯互通的協議和標準的集合，這就是OSI/RM,即開放-系統-互連-參考模型。

1 OSI參考模型

將計算機網絡系統結構具體分為七個層次，包括最底層物理層，依次數據鏈路層，依次網絡層，依次傳輸層，依次會話層，以及表示層，最后是應用層共七個層次。最底層是物理層，最上層應用層，上層向下層提出請求，下層向上層提供服務。

將網絡中的信息傳輸類比為貿易商人從武漢運送貨物去北京的情景：

（1）必須有一條通往北京的道路。相當于是七層的OSI參考模型中的最底層的物理層，作用是“道路”，類比為最底層物理層中的進行數據傳輸的網絡媒介和網絡接口。

（2）對貨物進行包裝。相當于是七層的OSI參考模型中的第二層數據鏈路層，作用是“打包”，類比為數據鏈圖層中把比特流劃分為可以處理的數據單元，進行幀的裝配、拆解、流量控制和差錯校驗。

（3）需要一條合適的路徑送貨。相當于是七層的OSI參考模型中的第三層網絡層，作用是“選擇”，類比為網絡層中確保每一個分組能夠從源點到達終點，進行路由選擇和流量控制。

（4）運輸的路途上是否要保證貨物的安全？貨物不會遺失？相當于是七層OSI參考模型中的第四層傳輸層，作用是“保護”，類比為傳輸層中向高層提供可靠的進程到進程的數據傳輸，包括報文交付，差錯恢復等功能。

（5）運輸前雙方的溝通是否需要？相當于是七層OSI參考模型中的第五層會話層，作用是“交流”，類比為會話層中對話控制：允許2個系統進行對話狀態，建立同步檢查點。

（6）是否需要標簽和說明？是否需要翻譯人員？相當于是七層OSI參考模型中第六層表示層，作用是“標簽”，類比為表示層中的轉換：字符、數字按不同的編碼系統轉換為比特流。加密：對敏感信息進行保密。壓縮：傳輸多媒體信息，減少比特數。

（7）貨物怎樣交易？相當于是七層OSI參考模型中最上層應用層，作用是“交易”，類比為應用層中提供對應用程序和許多服務的支持。

表1：七層體系結構OSI模型各層的作用

物理層是實現計算機端到端的節點之間比特流的傳送，傳送過程透明。數據鏈路層是在物理網絡鏈路中，能提供可靠的端到端的節點之間的數據傳輸。網絡層是負責把分組數據從源點發送出去，直至交付到終點截止。傳輸層是向網絡層次中的高層提供可靠的端到端，進程到進程的數據報的交互，差錯恢復。會話層的作用是建立會話、管理會話和在有需要的時候終止會話。表示層的作用是對數據進行數據轉換、數據的加密和必要的數據的壓縮。應用層的作用為用戶提供網絡接口，同時也提供了對許多協議和網絡服務的支持。經過分析發現，網絡七層中各層之間存在很多重復的功能，OSI體系結構不夠簡潔實用。

2 TCP/IP體系結構

最早來源于美國軍方的ARPAnet，從實際應用的角度出發，提出了更高效更簡潔的四層的體系結構，即最底層網絡接口層，網絡層，傳輸層和最上層應用層，而且TCP/IP體系結構的提出要早于OSI模型，所以慢慢OSI模型被TCP/IP體系結構所取代，TCP/IP體系結構成為了事實上的通用的網絡國際標準。

（1）網絡接口層（數據鏈路層，物理層）。負責對硬件的溝通，與七層體系結構OSI參考模型中的數據鏈路層（Data link layer）和物理層(Physical layer)相對應，未定義任何特定的協議。

（2）網絡層。網絡層是網絡互聯的基礎，其主要任務是決定數據如何傳送到目的地。

（3）傳輸層。主要為TCP/UDP協議。

（4）應用層。應用層相當于OSI會話層、表示層、應用層。

3 OSI模型和TCP/IP模型的比較

從網絡體系結構來看，七層的OSI模型比TCP/IP模型要具體的多，在OSI體系結構的七層模型中會話層和表示層主要的作用是信道的連接與掛斷，數據的表示、數據加密與解密，目的是保護用戶之間的網絡數據傳輸不會出現中斷，但是會話層和表示層有部分功能在七層中是有重復的。在四層的TCP/IP體系結構中，最下面的層即最底層是網絡接口層，相當于OSI體系結構的物理層（Physical layer）和數據鏈路層（Data link layer），他們的作用是實現計算機端到端，節點到節點之間比特流的傳送，傳送過程透明。數據鏈路層是通過物理網絡鏈路提供可靠的數據傳輸。OSI/RM 體系結構相對來說較為完整，每層的作用相對來說比較清晰，但存在各層之間重復的功能，顯得七層體系結構較為復雜，四層的TCP/IP體系結構是從ARPANET發展過來的，實用性非常強，在現實網絡運用中得到了不斷改進和檢驗，而且相對OSI/RM來說TCP/IP模型四層的體系結構較為簡潔。

（1）OSI/RM參考模型的優缺點：OSI參考模型概念清楚，層次結構分明，但協議較為復雜，各層之間存在重復的功能，不夠簡潔，比如流量控制功能和尋址功能在各層中反復出現，所以OSI模型沒有全面普及開來，形成產品。

①會話層和表示層中幾乎沒有內容，數據鏈路層和網絡層中的內容反而比較多，內容顯得不夠均衡。

②七層OSI模型以及各層次定義的服務和協議非常復雜，比較難以實現；部分功能會在有些層重復出現，例如地址編輯、流量控制以及差錯控制，加大了體系結構的復雜程度，大大降低系統結構的運行效率；還有一個原因是由于TCP/IP協議因為得到普遍的使用，變成了現實意義上的規范和標準，因而OSI體系結構中協議的出現要比TCP/IP協議出現的晚，沒有得到普遍的認可。

③ISO組織在設計OSI/RM模型的時候，對可能會出現的情況沒有做到提前判斷和提前預計，造成了模型和協議規范不完全匹配的情況出現。

（2）TCP/IP模型在現實中得到了廣泛的應用，TCP/IP模型的優點：

①支持開放的各種規范和協議標準,并且協議對用戶免費,可以在不同的計算機硬件與操作系統獨立運行。

②獨立于各種硬件系統,可運行在廣域網，城域網，局域網。

③支持各項網絡IP地址進行統一指派和分配，在同一個網段中，IP地址具備唯一性的特征。

④各層協議的統一標準化。但是存在明顯的缺陷，比如網絡接口層并不是一個實際意義的層，只是一個接口；沒有具體區分服務、接口、協議的概念；在TCP/IP模型中沒有明確區分數據鏈路層和物理層。因此，TCP/IP模型還存在很大的缺陷。

總結：折中的參考模型方案。

綜合OSI模型和TCP/IP模型的優缺點：OSI模型體系結構復雜而且不實用，但層次結構分明，TCP/IP協議得到了廣泛的應用但體系結構并不完整，在現實的計算機網絡體系結構中，我們采取的是折中的方案，吸取不同體系結構的優點，設計了一種具有五層協議的西體結構，層次結構分別為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層。這五個層次的體系結構能較好的實現網絡上的各項功能，成為現在普遍通用的體系結構。

五層的體系結構既簡潔又能將每層的功能。為了方便描述，有時把最底下兩層物理層（Physical layer）和數據鏈路層（Data link layer）統稱為網絡接口層（Network interface layer）。在五層的網絡體系結構中數據鏈路層負責分配物理地址，兩個端到端的相鄰節點之間傳送比特流時，數據鏈路層（Data link layer）將網絡層（Net layer）傳送下來的因特網協議數據報組裝成幀（Frame），從端到端的兩個相鄰的數據鏈路上傳送幀（Frame）。每一幀(Frame)包括傳送的比特流數據和相關的控制信息。物理層包括網卡接口的網絡驅動程序，處理數據在物理媒介上的傳輸；不同的物理網絡具有電氣特性，為上層協議提供一致接口。物理層所傳數據單位是比特(Byte)。物理層主要研究在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流的能力。

4 各層對應的工作設備

物理層：中繼器、集線器。

數據鏈路層：網橋或交換機。

網絡層中繼系統：路由器。

網絡層以上的中繼系統：網關。