計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)OSI與TCPIP的比較

1、OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議的比較研究摘要：OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議是網(wǎng)際互聯(lián)中的兩個重要協(xié)議體系。本文從首先分別介紹了兩個協(xié)議體系的產(chǎn)生、發(fā)展及其體系架構(gòu)，然后從分層、標(biāo)準(zhǔn)特點、傳輸服務(wù)、連接服務(wù)、應(yīng)用范圍等方面比較了兩個協(xié)議的異同，并展望了它們的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：OSI參考模型   TCP/IP協(xié)議1 OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)中的兩臺計算機(jī)系統(tǒng)通信需要一致的協(xié)議，同時不通主機(jī)、不同廠商的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）早在20多年前就提出了開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型。OSI模型提出后的20多年來,有關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計的思想已經(jīng)有

2、了很大發(fā)展，許多現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（例如本文將要介紹的TCP/IP協(xié)議）也不完全符合OSI模型，但是OSI的概念與思想仍然被保留了下來。1OSI參考模型OSI/RM只給出了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一些原則性說明，并不是一個具體的網(wǎng)絡(luò)。它將整個網(wǎng)絡(luò)的功能劃分成七個層次（如圖1所示）。層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進(jìn)行的，上層通過接口向下層提出服務(wù)請求，而下層通過接口向上層提供服務(wù)。兩個用戶計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時，除物理層之外，其余各對等層之間均不存在直接的通信關(guān)系，而是通過各對等層之間的通信協(xié)議來進(jìn)行通信（用虛線連接），只有兩物理層之間通過傳輸介質(zhì)進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)通信。 圖1 OSI參考模型OSI參考模

3、型中各層的主要作用為：u         物理層 為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，在其上串行傳送比特流，即所傳送數(shù)據(jù)的單位是比特。此外，該層中還具有確定連接設(shè)備的電氣特性和物理特性等功能。u         數(shù)據(jù)鏈路層 負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的線路上通過檢測、流量控制和重發(fā)等手段，無差錯地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。為做到這一點，在每一幀中必須同時帶有同步、地址、差錯控制及流量控制等控制信息。u     

4、    網(wǎng)絡(luò)層 為了將數(shù)據(jù)分組從源（源端系統(tǒng)）送到目的地（目標(biāo)端系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是選擇合適的路由和交換節(jié)點，使源的傳輸層傳下來的分組信息能夠正確無誤地按照地址找到目的地，并交付給相應(yīng)的傳輸層，即完成網(wǎng)絡(luò)的尋址功能。u         傳輸層 傳輸層是高低層之間銜接的接口層。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪?，?dāng)報文較長時將它分割成若干分組,然后交給網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸。傳輸層是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分層中的最關(guān)鍵一層，該層以上各層將不再管理信息傳輸問題。u    &#

5、160;    會話層 該層對傳輸?shù)膱笪奶峁┩焦芾矸?wù)。在兩個不同系統(tǒng)的互相通信的應(yīng)用進(jìn)程之間建立、組織和協(xié)調(diào)交互。例如，確定是雙工還是半雙工工作。u         表示層 該層的主要任務(wù)是把所傳送的數(shù)據(jù)的抽象語法變換為傳送語法，即把不同計算機(jī)內(nèi)部的不同表示形式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信中的標(biāo)準(zhǔn)表示形式。此外，對傳送的數(shù)據(jù)加密（或解密）、正文壓縮（或還原）也是表示層的任務(wù)。u         應(yīng)用層 該層直接面向用

6、戶，是OSI中的最高層。它的主要任務(wù)是為用戶提供應(yīng)用的接口，即提供不同計算機(jī)間的文件傳送、訪問與管理，電子郵件的內(nèi)容處理，不同計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交互訪問的虛擬終端功能等。1.2. Internet協(xié)議-TCP/IP TCP/IP是Transmission Control Protocol/Internet Protocol（傳輸控制協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）的縮寫。美國國防部高級研究計劃局DARPA為了實現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互通, 大力資助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)，于1977年到1979年間推出目前形式的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議。1980年左右，ARPA開始將ARPANET上的所有機(jī)器轉(zhuǎn)向TCP/IP協(xié)議，并以

7、ARPANET為主干建立Internet。為推廣TCP/IP協(xié)議，ARPA以低價出售TCP/IP的使用權(quán)，還資助一些機(jī)構(gòu)來開發(fā)用于UNIX操作系統(tǒng)中的TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議使用范圍極廣，是目前異種網(wǎng)絡(luò)通信使用的唯一協(xié)議體系，適用于連接多種機(jī)型，既可用于局域網(wǎng)，又可用于廣域網(wǎng)，許多廠商的計算機(jī)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)產(chǎn)品都采用或含有TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議已成為目前事實上的國際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP也是一個分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不過它與OSI模型所分的層次有所不同。TCP/IP從底至頂分為網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳輸層、應(yīng)用層等4個層次。TCP/IP的分層情況如圖2所示。應(yīng)用層傳

8、輸層網(wǎng)際網(wǎng)層網(wǎng)絡(luò)接口層圖2 TCP/IP協(xié)議分層TCP/IP協(xié)議各層功能如下：u         網(wǎng)絡(luò)接口層這是TCP/IP協(xié)議的最低一層，包括有多種邏輯鏈路控制和媒體訪問協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)接口層的功能是接收IP數(shù)據(jù)報并通過特定的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，或從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽取出IP數(shù)據(jù)報并轉(zhuǎn)交給網(wǎng)際層。u         網(wǎng)際網(wǎng)層（IP層）該層包括以下協(xié)議：IP（網(wǎng)際協(xié)議）、ICMP（Internet Control Message Protocol

9、,因特網(wǎng)控制報文協(xié)議）、ARP（Address Resolution Protocol，地址解析協(xié)議）、RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析協(xié)議）。該層負(fù)責(zé)相同或不同網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)之間的通信,主要處理數(shù)據(jù)報和路由。在IP層中，ARP協(xié)議用于將IP地址轉(zhuǎn)換成物理地址,RARP協(xié)議用于將物理地址轉(zhuǎn)換成IP地址，ICMP協(xié)議用于報告差錯和傳送控制信息。IP協(xié)議在TCP/IP協(xié)議組中處于核心地位。u         傳輸層該層提供TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（Use

10、r Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）兩個協(xié)議，它們都建立在IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，其中TCP提供可靠的面向連接服務(wù)，UDP提供簡單的無連接服務(wù)。傳輸層提供端到端，即應(yīng)用程序之間的通信，主要功能是數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)確認(rèn)和丟失重傳等。u         應(yīng)用層TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層相當(dāng)于OSI模型的會話層、表示層和應(yīng)用層，它向用戶提供一組常用的應(yīng)用層協(xié)議,其中包括：Telnet、SMTP、DNS等。此外，在應(yīng)用層中還包含有用戶應(yīng)用程序，它們均是建立在TCP/IP協(xié)議組之上的專用程序。2 OSI參考模型與T

11、CP/IP協(xié)議的比較OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議作為兩個為了完成相同任務(wù)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，因此二者有比較緊密的關(guān)系，下面我們從以下幾個方面逐一比較它們之間的聯(lián)系與區(qū)別。2.1 分層結(jié)構(gòu)OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議都采用了分層結(jié)構(gòu)，都是基于獨(dú)立的協(xié)議棧的概念。OSI參考模型有7層，而TCP/IP協(xié)議只有4層，即TCP/IP協(xié)議沒有了表示層和會話層，并且把數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合并為網(wǎng)絡(luò)接口層。不過，二者的分層之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示。圖3 TCP/IP協(xié)議分層與OSI模型對比及傳遞的對象2.2 標(biāo)準(zhǔn)的特色OSI參考模型的標(biāo)準(zhǔn)最早是由ISO和CCITT（ITU的前身）制定的，有濃厚的通信

12、背景，因此也打上了深厚的通信系統(tǒng)的特色，比如對服務(wù)質(zhì)量（QoS）、差錯率的保證，只考慮了面向連接的服務(wù)。并且是先定義一套功能完整的構(gòu)架，再根據(jù)該構(gòu)架來發(fā)展相應(yīng)的協(xié)議與系統(tǒng)。TCP/IP協(xié)議產(chǎn)生于對Internet網(wǎng)絡(luò)的研究與實踐中，是應(yīng)實際需求而產(chǎn)生的，再由IAB、IETF等組織標(biāo)準(zhǔn)化，而并不是之前定義一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蚣?。而且TCP/IP最早是在UNIX系統(tǒng)中實現(xiàn)的，考慮了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點，比較適合計算機(jī)實現(xiàn)和使用。2.3 連接服務(wù)        OSI的網(wǎng)絡(luò)層基本與TCP/IP的網(wǎng)際層對應(yīng)，二者的功能基本相似，但是尋址方式有較

13、大的區(qū)別。          OSI的地址空間為不固定的可變長，由選定的地址命名方式?jīng)Q定，最長可達(dá)160byte，可以容納非常大的網(wǎng)絡(luò)，因而具有較大的成長空間。根據(jù)OSI的規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)上每個系統(tǒng)至多可以有256個通信地址。          TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的地址空間為固定的4byte（在目前常用的IPV4中是這樣，在IPV6中將擴(kuò)展到16byte）。網(wǎng)絡(luò)上的每一個系統(tǒng)至少有一個唯一的地址與之對應(yīng)。2.4 傳輸服務(wù)&#

14、160;         OSI與TCP/IP的傳輸層都對不同的業(yè)務(wù)采取不同的傳輸策略。OSI定義了五個不同層次的服務(wù)：TP1，TP2，TP3，TP4，TP5。TCP/IP定義了TCP和UPD兩種協(xié)議，分別具有面向連接和面向無連接的性質(zhì)。其中TCP與OSI中的TP4，UDP與OSI中的TP0在構(gòu)架和功能上大體相同，只是內(nèi)部細(xì)節(jié)有一些差異。2.5 應(yīng)用范圍OSI由于體系比較復(fù)雜，而且設(shè)計先于實現(xiàn)，有許多設(shè)計過于理想，不太方便計算機(jī)軟件實現(xiàn)，因而完全實現(xiàn)OSI參考模型的系統(tǒng)并不多，應(yīng)用的范圍有限。而TCP/IP協(xié)議最早

15、在計算機(jī)系統(tǒng)中實現(xiàn)，在UNIX、Windows平臺中都有穩(wěn)定的實現(xiàn)，并且提供了簡單方便的編程接口（API），可以在其上開發(fā)出豐富的應(yīng)用程序，因此得到了廣泛的應(yīng)用。TCP/IP協(xié)議已成為目前網(wǎng)際互聯(lián)事實上的國際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3 OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議的發(fā)展趨勢        從以上的比較可以看出，OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議大致相似，也各具特色。雖然TCP/IP在目前的應(yīng)用中占了統(tǒng)治地位，在下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）中也有強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?，甚至有人提出了“Everything is IP”的預(yù)言。但是OSI作為一個完整、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)，也有它的生存空間，它的設(shè)計思想在許多系統(tǒng)中得以借鑒，同時隨著它的逐步改進(jìn)，必將得到更廣泛的應(yīng)用。          TCP/IP目前面臨的主要問題有地址空間問題、QoS問題、安全問題等。地址問題有望隨著IPV6的引入而得到解決，QoS、安全保證也正在研究，并取得了不少的成果。因此