智能家用電器系統(tǒng)架構(gòu)和參考模型

開放系統(tǒng)互連參考模型為實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)互連所建立的通信功能分層模型，簡稱OSI參考模型。其目的是為異種計(jì)算機(jī)互連提供一個(gè)共同的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)框架，并為保持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和兼容性提供共同的參考。這里所說的開放系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上指的是遵循OSI參考模型和相關(guān)協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)互連的具有各種應(yīng)用目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。OSI參考模型如圖1所示。

OSI參考模型是計(jì)算機(jī)網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的產(chǎn)物。它的基本內(nèi)容是開放系統(tǒng)通信功能的分層結(jié)構(gòu)。這個(gè)模型把開放系統(tǒng)的通信功能劃分為七個(gè)層次，從鄰接物理媒體的層次開始，分別賦于1，2，……7層的順序編號，相應(yīng)地稱之為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。每一層的功能是獨(dú)立的。它利用其下一層提供的服務(wù)并為其上一層提供服務(wù)，而與其他層的具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)。這里所謂的"服務(wù)"就是下一層向上一層提供的通信功能和層之間的會(huì)話規(guī)定，一般用通信原語實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)開放系統(tǒng)中的同等層之間的通信規(guī)則和約定稱之為協(xié)議。通常把1~4層協(xié)議稱為下層協(xié)議，5~7層協(xié)議稱為上層協(xié)議。

1、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO在1979年建立了一個(gè)分委員會(huì)來專門研究一種用于開放系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提出了開放系統(tǒng)互連OSI模型，這是一個(gè)定義連接異種計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)主體結(jié)構(gòu)。

2、OSI簡介：OSI采用了分層的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，共分七層，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。

3、OSI參考模型的特性：是一種異構(gòu)系統(tǒng)互連的分層結(jié)構(gòu)；提供了控制互連系統(tǒng)交互規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)骨架；定義一種抽象結(jié)構(gòu)，而并非具體實(shí)現(xiàn)的描述；不同系統(tǒng)中相同層的實(shí)體為同等層實(shí)體；同等層實(shí)體之間通信由該層的協(xié)議管理；相信層間的接口定義了原語操作和低層向上層提供的服務(wù)；所提供的公共服務(wù)是面向連接的或無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)；直接的數(shù)據(jù)傳送僅在最低層實(shí)現(xiàn)；每層完成所定義的功能，修改本層的功能并不影響其他層。

4、物理層：提供為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需要的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性；有關(guān)的物理鏈路上傳輸非結(jié)構(gòu)的位流以及故障檢測指示。

5、數(shù)據(jù)鏈路層：在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體間提供數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的功能和過程；提供數(shù)據(jù)鏈路的流控。

6、網(wǎng)絡(luò)層：控制分組傳送系統(tǒng)的操作、路由選擇、擁護(hù)控制、網(wǎng)絡(luò)互連等功能，它的作用是將具體的物理傳送對高層透明。

7、傳輸層：提供建立、維護(hù)和拆除傳送連接的功能；選擇網(wǎng)絡(luò)層提供最合適的服務(wù)；在系統(tǒng)之間提供可靠的透明的數(shù)據(jù)傳送，提供端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)和流量控制。

8、會(huì)話層：提供兩進(jìn)程之間建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接的功能；提供交互會(huì)話的管理功能，如三種數(shù)據(jù)流方向的控制，即一路交互、兩路交替和兩路同時(shí)會(huì)話模式。

9、表示層：代表應(yīng)用進(jìn)程協(xié)商數(shù)據(jù)表示；完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、格式化和文本壓縮。

10、應(yīng)用層：提供OSI用戶服務(wù)，例如事務(wù)處理程序、文件傳送協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理等。

物理層并不是物理媒體本身，它只是開放系統(tǒng)中利用物理媒體實(shí)現(xiàn)物理連接的功能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程。物理層提供用于建立、保持和斷開物理連接的機(jī)械的、電氣的、功能的和過程的條件。簡而言之，物理層提供有關(guān)同步和全雙工比特流在物理媒體上的傳輸手段，其典型的協(xié)議有RS232C、RS449/422/423、V.24和X.21、X.21bis等。

物理層是OSI的第一層，它雖然處于最底層，卻是整個(gè)開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。物理層的媒體包括架空明線、平衡電纜、光纖、無線信道等。通信用的互連設(shè)備指DTE(DataTerminalEquipment)和DCE(DataCommunicationsEquipment)間的互連設(shè)備。DTE即數(shù)據(jù)終端設(shè)備，又稱物理設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、終端等都包括在內(nèi)。而DCE則是數(shù)據(jù)通信設(shè)備或電路連接設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器等。數(shù)據(jù)傳輸通常是經(jīng)過DTE-DCE，再經(jīng)過DCE-DTE的路徑。互連設(shè)備指將DTE、DCE連接起來的裝置，如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細(xì)同軸電纜、T型接頭、插頭、接收器、發(fā)送器、中繼器等都屬物理層的媒體和連接器。

物理層的媒體包括架空明線、平衡電纜、光纖、無線信道等。通信用的互連設(shè)備指DTE(DataTerminalEquipment)和DCE(DataCommunicationsEquipment)間的互連設(shè)備。DTE即數(shù)據(jù)終端設(shè)備，又稱物理設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、終端等都包括在內(nèi)。而DCE則是數(shù)據(jù)通信設(shè)備或電路連接設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器等。數(shù)據(jù)傳輸通常是經(jīng)過DTE-DCE，再經(jīng)過DCE-DTE的路徑。互連設(shè)備指將DTE、DCE連接起來的裝置，如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細(xì)同軸電纜、T型接頭、插頭、接收器、發(fā)送器、中繼器等都屬物理層的媒體和連接器。

物理層的主要功能是：①為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路，數(shù)據(jù)通路可以是一個(gè)物理媒體，也可以是多個(gè)物理媒體連接而成。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸，包括激活物理連接、傳送數(shù)據(jù)和終止物理連接。所謂激活，就是不管有多少物理媒體參與，都要在通信的兩個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備間連接起來，形成一條通路。②傳輸數(shù)據(jù)。物理層要形成適合數(shù)據(jù)傳輸需要的實(shí)體，為數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。一是要保證數(shù)據(jù)能在其上正確通過，二是要提供足夠的帶寬(帶寬是指每秒鐘內(nèi)能通過的比特(Bit)數(shù))，以減少信道上的擁塞。傳輸數(shù)據(jù)的方式能滿足點(diǎn)到點(diǎn)，一點(diǎn)到多點(diǎn)，串行或并行，半雙工或全雙工，同步或異步傳輸?shù)男枰＂弁瓿晌锢韺拥囊恍┕芾砉ぷ鳌?/p>

數(shù)據(jù)鏈路可以粗略地理解為數(shù)據(jù)通道。物理層要為終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸介質(zhì)及其連接。介質(zhì)是長期的，連接是有生存期的。在連接生存期內(nèi)，收發(fā)兩端可以進(jìn)行不等的一次或多次數(shù)據(jù)通信。每次通信都要經(jīng)過建立通信聯(lián)絡(luò)和拆除通信聯(lián)絡(luò)兩個(gè)過程。這種建立起來的數(shù)據(jù)收發(fā)關(guān)系就叫做數(shù)據(jù)鏈路。而在物理媒體上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)難免受到各種不可靠因素的影響而產(chǎn)生差錯(cuò)，為了彌補(bǔ)物理層上的不足，為上層提供無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸，就要能對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。數(shù)據(jù)鏈路的建立，拆除，對數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)，糾錯(cuò)是數(shù)據(jù)鏈路層的基本任務(wù)。

鏈路層是為網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的，這種服務(wù)要依靠本層具備的功能來實(shí)現(xiàn)。鏈路層應(yīng)具備如下功能：

鏈路連接的建立、拆除和分離；

幀定界和幀同步。鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸單元是幀，協(xié)議不同，幀的長短和界面也有差別，但無論如何必須對幀進(jìn)行定界；

順序控制，指對幀的收發(fā)順序的控制；

差錯(cuò)檢測和恢復(fù)。還有鏈路標(biāo)識(shí)，流量控制等等。差錯(cuò)檢測多用方陣碼校驗(yàn)和循環(huán)碼校驗(yàn)來檢測信道上數(shù)據(jù)的誤碼，而幀丟失等用序號檢測。各種錯(cuò)誤的恢復(fù)則常靠反饋重發(fā)技術(shù)來完成。

獨(dú)立的鏈路產(chǎn)品中最常見的當(dāng)屬網(wǎng)卡，網(wǎng)橋也是鏈路產(chǎn)品。數(shù)據(jù)鏈路層將本質(zhì)上不可靠的傳輸媒體變成可靠的傳輸通路提供給網(wǎng)絡(luò)層。在IEEE802.3情況下，數(shù)據(jù)鏈路層分成了兩個(gè)子層，一個(gè)是邏輯鏈路控制，另一個(gè)是媒體訪問控制.

OSI其中

AUI--連接單元接口PMA--物理媒體連接

MAU--媒體連接單元PLS--物理信令

MDI--媒體相關(guān)接口

網(wǎng)絡(luò)層的產(chǎn)生也是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的結(jié)果。在聯(lián)機(jī)系統(tǒng)和線路交換的環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)層的功能沒有太大意義。當(dāng)數(shù)據(jù)終端增多時(shí)。它們之間有中繼設(shè)備相連，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一臺(tái)終端要求不只是與惟一的一臺(tái)而是能和多臺(tái)終端通信的情況，這就產(chǎn)生了把任意兩臺(tái)數(shù)據(jù)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈接起來的問題，也就是路由或者叫尋徑。另外，當(dāng)一條物理信道建立之后，被一對用戶使用，往往有許多空閑時(shí)間被浪費(fèi)掉。人們自然會(huì)希望讓多對用戶共用一條鏈路，為解決這一問題就出現(xiàn)了邏輯信道技術(shù)和虛擬電路技術(shù)。

中繼控制層，其主要功能是利用數(shù)據(jù)鏈路層所保證的鄰接節(jié)點(diǎn)間的無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸功能，通過路由選擇和中繼功能，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。為此，網(wǎng)絡(luò)層還具有多路復(fù)用功能，采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用原理，將一條數(shù)據(jù)鏈路復(fù)用為多條邏輯信道，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備利用一條物理電路同時(shí)和多個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信設(shè)備的通信。網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)路連接的建立和拆除規(guī)程以及數(shù)據(jù)傳送規(guī)程等。

網(wǎng)絡(luò)層為建立網(wǎng)絡(luò)連接和為上層提供服務(wù)，應(yīng)具備以下主要功能：

1.路由選擇和中繼；

2.激活，終止網(wǎng)絡(luò)連接；

3.在一條數(shù)據(jù)鏈路上復(fù)用多條網(wǎng)絡(luò)連接，多采取分時(shí)復(fù)用技術(shù)；

4.檢測與恢復(fù)；

5.排序，流量控制；

6.服務(wù)選擇；

7.網(wǎng)絡(luò)管理。

端開放系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送控制層。主要功能是端開放系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的收妥確認(rèn)。同時(shí)，還用于彌補(bǔ)各種通信網(wǎng)路的質(zhì)量差異，對經(jīng)過下三層之后仍然存在的傳輸差錯(cuò)進(jìn)行恢復(fù)，進(jìn)一步提高可靠性。另外，還通過復(fù)用、分段和組合、連接和分離、分流和合流等技術(shù)措施，提高吞吐量和服務(wù)質(zhì)量。

傳輸層是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，第一個(gè)端到端的層次，具有緩沖作用。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，它將服務(wù)加以提高，以滿足高層的要求；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量較好時(shí)，它只用很少的工作。傳輸層還可進(jìn)行復(fù)用，即在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上創(chuàng)建多個(gè)邏輯連接。傳輸層也稱為運(yùn)輸層。傳輸層只存在于端開放系統(tǒng)中，是介于低3層通信子網(wǎng)系統(tǒng)和高3層之間的一層，但是很重要的一層。因?yàn)樗窃炊说侥康亩藢?shù)據(jù)傳送進(jìn)行控制從低到高的最后一層。

有一個(gè)既存事實(shí)，即世界上各種通信子網(wǎng)在性能上存在著很大差異。例如電話交換網(wǎng)，分組交換網(wǎng)，公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)，局域網(wǎng)等通信子網(wǎng)都可互連，但它們提供的吞吐量，傳輸速率，數(shù)據(jù)延遲通信費(fèi)用各不相同。對于會(huì)話層來說，卻要求有一性能恒定的界面。傳輸層就承擔(dān)了這一功能。它采用分流/合流，復(fù)用/介復(fù)用技術(shù)來調(diào)節(jié)上述通信子網(wǎng)的差異，使會(huì)話層感受不到。

此外傳輸層還要具備差錯(cuò)恢復(fù)，流量控制等功能，以此對會(huì)話層屏蔽通信子網(wǎng)在這些方面的細(xì)節(jié)與差異。傳輸層面對的數(shù)據(jù)對象已不是網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址，而是會(huì)話層的界面端口。上述功能的最終目的是為會(huì)話提供可靠的，無誤的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層的服務(wù)一般要經(jīng)歷傳輸連接建立、數(shù)據(jù)傳送、傳輸連接釋放3個(gè)階段才算完成一個(gè)完整的服務(wù)過程。而在數(shù)據(jù)傳送階段又分為一般數(shù)據(jù)傳送和加速數(shù)據(jù)傳送兩種。

會(huì)話單位的控制層，其主要功能是按照在應(yīng)用進(jìn)程之間約定的原則，按照正確的順序收、發(fā)數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種形態(tài)的對話。會(huì)話層規(guī)定了會(huì)話服務(wù)用戶間會(huì)話連接的建立和拆除規(guī)程以及數(shù)據(jù)傳送規(guī)程。

會(huì)話層提供的服務(wù)是應(yīng)用建立和維持會(huì)話，并能使會(huì)話獲得同步。會(huì)話層使用校驗(yàn)點(diǎn)可使通信會(huì)話在通信失效時(shí)從校驗(yàn)點(diǎn)繼續(xù)恢復(fù)通信。這種能力對于傳送大的文件極為重要。會(huì)話層，表示層，應(yīng)用層構(gòu)成開放系統(tǒng)的高3層，面向應(yīng)用進(jìn)程提供分布處理、對話管理、信息表示、檢查和恢復(fù)與語義上下文有關(guān)的傳送差錯(cuò)等。為給兩個(gè)對等會(huì)話服務(wù)用戶建立一個(gè)會(huì)話連接，應(yīng)該做如下幾項(xiàng)工作：

1.將會(huì)話地址映射為運(yùn)輸?shù)刂罚?/p>

2.數(shù)據(jù)傳輸階段；

3.連接釋放。

數(shù)據(jù)表示形式的控制層，其主要功能是把應(yīng)用層提供的信息變換為能夠共同理解的形式，提供字符代碼、數(shù)據(jù)格式、控制信息格式、加密等的統(tǒng)一表示。表示層的作用之一是為異種機(jī)通信提供一種公共語言，以便能進(jìn)行互操作。這種類型的服務(wù)之所以需要，是因?yàn)椴煌挠?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)使用的數(shù)據(jù)表示法不同。例如，IBM主機(jī)使用EBCDIC編碼，而大部分PC機(jī)使用的是ASCII碼。在這種情況下，便需要表示層來完成這種轉(zhuǎn)換。通過前面的介紹，我們可以看出，會(huì)話層以下5層完成了端到端的數(shù)據(jù)傳送，并且是可靠的、無差錯(cuò)的傳送。但是數(shù)據(jù)傳送只是手段而不是目的，最終是要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的使用。由于各種系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的定義并不完全相同，最易明白的例子是鍵盤--其上的某些鍵的含義在許多系統(tǒng)中都有差異。這自然給利用其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)造成了障礙。表示層和應(yīng)用層就擔(dān)負(fù)了消除這種障礙的任務(wù)。

OSI參考模型的最高層。其功能是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用進(jìn)程(如用戶程序、終端操作員等)之間的信息交換。同時(shí)，還具有一系列業(yè)務(wù)處理所需要的服務(wù)功能。應(yīng)用層一般包括公共應(yīng)用服務(wù)要素(CASE)和特定應(yīng)用服務(wù)要素(SASE>。其中CASE提供應(yīng)用進(jìn)程中最基本的服務(wù)，向應(yīng)用進(jìn)程提供信息傳送所必需的、但又獨(dú)立于應(yīng)用進(jìn)程通信的能力。SASE實(shí)質(zhì)上是各種應(yīng)用進(jìn)程在應(yīng)用層中的映射，每一個(gè)SASE都針對某一類具體應(yīng)用，例如文件傳送、訪問和管理(FTAM)、虛擬終端(VT)、消息處理系統(tǒng)(MHS)、電子數(shù)據(jù)互換(EDI)和目錄查詢等。

應(yīng)用層向應(yīng)用程序提供服務(wù)，這些服務(wù)按其向應(yīng)用程序提供的特性分成組，并稱為服務(wù)元素。有些可為多種應(yīng)用程序共同使用，有些則為較少的一類應(yīng)用程序使用。應(yīng)用層是開放系統(tǒng)的最高層，是直接為應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)的。其作用是在實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程相互通信的同時(shí)，完成一系列業(yè)務(wù)處理所需的服務(wù)。