3.2 ISO/OSI参考模型
计算机网络体系结构的出现，加快了计算机网络的发展。网络通常按层或级的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。对于不同的网络，层的名字、数量、内容和功能都不尽相同，但是每一层的目的都是向它的上一层提供服务。层和协议的集合称为网络体系结构。但是，由于网络体系结构不同，一个厂家的计算机很难和另外厂家的计算机互相通信。建立计算机网络的根本目的是实现数据通信和资源共享，而通信则是实现所有网络功能的基础和关键。国际标准化组织（ISO）在1979年成立了一个分技术委员会，专门研究一种用于开放系统的体系结构，提出了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM），这是一个定义连接异种计算机的标准主体结构，给网络设计者提供了一个参考规范。1983年形成开放系统互连参考模型的正式文件，即ISO 7489国际标准。我国相应的国家标准是GB 9387—1988。由于ISO的权威性，使OSI协议成为广大厂商努力遵循的标准。OSI为连接分布式应用处理的"开放"系统提供了基础，"开放"这个词表示能使任何两个遵循参考模型和有关标准的系统进行连接。在这样的规范下，计算机网络才能发展到今天这样一个结构复杂的、功能强大的庞大系统。
OSI采用了分层的结构化技术，其分层的原则是：
（1）层次的划分应该从逻辑上将功能分组，每层应当实现一个定义明确的功能。
（2）每层功能的选择应该有助于制订网络协议的国际化标准。
（3）层次应该足够多，以使每一层小到易于管理，但也不能太多，否则汇集各层的处理开销太大。
（4）各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。
如图3-8所示，0SI参考模型共有七层，由低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
1. OSI参考模型的特性
OST参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系以及各层所包括的可能的服务，它作为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精练的概括和描述，其特性为：
（1）是一种将异构系统互连的分层结构。
（2）提供了控制互连系统交互规则的标准骨架。
（3）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述。
（4）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体。
（5）同等层实体之间的通信由该层的协议管理。
（6）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务。
（7）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务。
（8）直接的数据传送仅在最底层实现。
（9）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。
2.有关OSI参考模型的技术术语
在 OSI参考模型中，每一层的真正功能是为其上一层提供服务。例如（N+1）层对等实体之间的通信是通过N层提供的服务来完成的，而N层的服务则要使用（N-1）层及其更低层提供的服务。在对这些功能或服务过程以及协议的描述中，经常使用如下一些技术术语。
（1）数据单元：在OSI模型中，既要在对等实体（同一层中的实体）间传送数据，也要在相邻层的实体间传送数据，所以使用多种类型的数据单元来传送数据。
①服务数据单元（Service Data Unit，SDU）：第 N层待传送和处理的数据单元。
②协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）：同等层水平方向传送的数据单元，它通常是将SDU分成若干段，每一段加上由协议规定的控制信息，作为单独的协议数据在水平方向上传送。
③接口数据单元（Interface Data Unit，IDU）：在相邻层接口间传送的数据单元，它由SDU和一些控制信息组成。
④服务访问点（Service Access Point，SAP）：相邻居间的服务是通过其接口上的服务访问点（SAP）进行的。N层的SAP就是（N+1）层可以访问N层的地方。每个SAP都有一个唯一的地址号码。
⑤服务原语（Primitive）：OSI模型用抽象的服务原语来说明一个层次提供的服务，这些服务原语采用了过程调用的形式。第 N层向其相邻的高层提供服务，或第 N+1 层用户请求相邻的低层N提供服务，都是用一组原语描述的。OSI模型的原语有四种类型，即请求、指示、响应和确认。
请求（Request）：用户实体请求做某种工作。
指示（Indication）：用户实体被告知某事件发生。
响应（Response）：用户实体表示对某事件的响应。
确认（Confirm）：用户实体收到关于它的请求的答复。
（2）面向连接和无连接的服务。下层能够向上层提供的服务有两种基本形式：面向连接和无连接的服务。
面向连接的服务是在数据传输之前先建立连接。某一方欲传送数据时，首先给出对方完整的地址，并请求建立连接。对方同意后，双方之间的链路便建立起来了。第二步，进行数据传送，通常以帧或分组为单位，按序传送。帧或分组中不需要目标地址，而是给出所建立的链路号（虚电路标识符），并由收方对收到的帧或分组予以确认，此为可靠传送方式。第三步，数据传送结束后，拆除链路。面向连接的服务，又称为虚电路服务。
无连接服务没有建立和拆除链路的过程，一般也不采用可靠方式传送。不可靠（无确认）的无连接服务又称为数据报服务。它要求每一帧（或分组）信息带有完整的地址，独立选择路径，其达到目的地的顺序也是不定的。到达目的地后，还要对帧（或分组）进行排序。
3.2.1 物理层
物理层是OSI参考模型的最底层，它向下直接与传输介质相连接，向上相邻且服务于数据链路层，其任务是实现物理上互连系统间的信息传输。该层将信息按位从一个系统经一个物理通道送往另一系统，以实现两系统间的物理通信。注意，只有该层是真正的物理通信，其他各层均是虚拟通信。物理层实际是设备之间的物理接口，它要提供物理硬件（它们可以是机械的或电子的）连接。该层的参数包括信号线作用，电压的大小、宽度及它们的时序关系，建立、维持和拆除物理链路有关的机械、电气、功能和过程特性等。
1.物理层的主要功能
用OSI的术语讲，物理层的作用就是在一条物理传输介质上实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。为此，物理层必须具备以下功能：
（1）物理连接的建立、维持与释放。当数据链路层请求在两个数据链路实体之间建立连接时，物理层应能立即为它们建立相应的物理连接。若两个数据链路实体之间要经过若干个中继数据链路实体，则物理层还应对这些中继数据链路实体进行互连，以建立起一条所需的物理连接。在进行通信时，要维持这个连接；通信结束，物理层要立即释放连接。
（2）物理层服务数据单元传输。物理层在实现传输时，应能保证比特传输的顺序性，即接收物理实体所收到的比特顺序，应该与发送物理实体所发送的比特顺序一致。传输方式上，可采用同步传送方式，也可采用异步传输方式来传输物理服务数据单元。
（3）物理层管理。物理层管理指完成本层的某些管理事务，如何时发送和接收、异常情况处理、故障情况报告等。
2.介质和互联设备
物理层中用于传输比特流的介质可以有很多，但每一种物理介质在带宽、延迟、成本和安装维护上都不一样。物理层的介质包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线电等。通信用的互联设备指数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的互联设备。数据传输通常是经过DTE-DCE，再经过DCE-DTE的路径。互联设备指将DTE、DCE连接起来的装置，例如各种插头、插座等。局域网（LAN）中的各种粗、细同轴电缆，T形接头、插头，接收器，发送器，中继器等都属于物理层的介质和连接器。
3.物理层的一些重要标准
关于物理层的协议，国际上已有许多标准可用。其中，有 EIA（美国电子工业协会）和CCITT（国际电报电话咨询委员会）制订的一些标准，另外每一种局域网都有自己相应的物理层协议。下面将一些重要的标准列出，以便查阅。
ISO2110：称为"数据通信-25芯 DTE/DCE接口连接器和插针分配"。它与 EIA 的“RS-232-C”基本兼容。
ISO 2593：称为"数据通信-34芯 DTE/DCE接口连接器和插针分配"。
ISO 4092：称为"数据通信-37芯 DTE/DCE接口连接器和插针分配"。与 EIA RS-449 兼容。
CCITT V.24：称为“数据终端设备和数据电路终端设备之间的接口电路定义表”。其功能与EIA RS-232-C 及 RS-449兼容于100序列线上。
3.2.2 数据链路层
数据链路可以粗略地理解为数据通道。数据链路层的任务是以物理层为基础，为网络层提供透明的、正确的和有效的传输线路，通过数据链路协议，实施对二进制数据进行正确、可靠的传输，而对二进制数据所代表的字符、码组或报文的含义并不关心。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输介质及其连接，介质是长期的，连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信链路和拆除通信链路两过程，这种建立起来的数据收发关系就称为数据链路。
计算机网络中，存在着各种干扰，物理链路不可能绝对可靠。为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路层的作用，就是在不大可靠的物理链路上，通过数据链路层协议（或链路控制规程）实现可靠的数据传输。数据链路的建立、拆除以及对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。
1. 链路层的主要功能
链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现。链路层应具备如下功能：
（1）链路管理。在发送节点和接收节点之间，建立、维持和释放数据链路。
（2）帧的装配与分解。数据链路层的数据传输单位是帧。节点在发送过程中，要将从网络层传下来的分组，附上目的地址等数据链路控制信息构成帧，即帧的装配；接收过程中，要检查、剥去帧的数据链路控制信息后，将纯信息（即分组）上交网络层，即帧的分解。
（3）帧的同步。即接收端应当能从收到的比特流中准确地识别一个帧的开始和结束。
（4）流量控制与顺序控制。流量控制功能用以保持数据单元发送与接收的速率相匹配；顺序控制功能可使通过数据链路连接的各数据链路协议数据单元，能按发送的顺序传输到相邻节点。
（5）差错控制。为保证数据传输的正确性，通信过程中通常采用检错重发。即接收端每收到一帧便检查帧中是否出错，一旦有错则让发送端重发这一帧，直至接收端正确收到这一帧为止；多次重传仍失败，便作为不可恢复的故障向上层用户报告。
（6）使接收端能区分数据和控制信息。因为数据和控制信息在同一信道中传送，而日在许多情况下数据和控制信息处于同一帧中，所以要采取相应措施使接收端能将它们区别开来。
（7）透明传输。由于数据是随机组合的，可能和某个控制信息完全一样而被接收端误解，这时必须采取措施使接收端不致将这样的数据当成立种控制信息，即透明传输。
（8）寻址。多点连接情况下，既保证每一帧都能正确地送到目的地，又使接收端知道是哪个站发送的。
2.数据链路层的主要协议
数据链路层通过执行数据链路层协议（规程），实现数据链路上数据的正确发送。因此协议的内容应包括：定义传送的数据单元，即帧的格式；建立、维持、释放数据链路的方法；进行差错控制和流量控制的方法以及实现透明数据传送的方法等。数据链路控制（DLC）规程可分为两类：一类是面向字符的数据链路控制规程，另一类是面向比特的数据链路控制规程。前者以字符作为传输单位；后者以比特作为传输单位，传输效率高，广泛应用于计算机网络。主要协议如下。
（1）ISO 1745—1975：数据通信系统的基本型控制规程，这是一种面向字符的标准，利用10个控制字符完成链路的建立、拆除及数据交换。对帧的收发情况及差错恢复也是靠这些字符来完成。ISO 1155、ISO 1177、ISO 2626、ISO 2629 等标准的配合使用可形成多种链路控制和数据传输方式。
（2）ISO 3309—1984（称为“HDLC 帧结构”），ISO 4335—1984（称为“HDLC规程要素”），ISO 7809—1984（称为“HDIC规程类型汇编”）：HDLC——高级数据链路控制规程，这三个标准都是为面向比特的数据传输控制而制订的。
（3）ISO 7776（称为“DTE数据链路层规程”）：它与CCITT X.25LAB“平衡型链路访问规程”相兼容。
3. 链路层设备
独立的链路层设备中最常见的是网卡，网桥也是链路层设备。有人也把Modem的某些功能认为是属于链路层。
数据链路层将本质上不可靠的传输介质变成可靠的传输通路提供给网络层。在 IEEE 802.3标准中，数据链路层分成两个子层：逻辑链路控制子层和介质访问控制子层。
3.2.3 网络层
数据链路层协议只能解决相邻节点间的数据传输问题，不能解决两个主机之间的数据传输问题，因为两个主机之间的通信通常要包括许多段链路，涉及链路选择、流量控制等问题。当通信的双方经过两个或更多的网络时，还存在网络互联问题。网络互联也是网络层要研究的问题。网络层是通信子网与用户资源子网之间的接口，也是高、低层协议之间的界面层。它涉及的是将本地端发出的分组经各种途径送到目的端，而从本地端至目的端可以经过许多中间节点，所以网络层是控制通信子网、处理端对端数据传输的最低层。网络层的主要功能是路由选择、流量控制、传输确认、中断、差错及故障的恢复等。当本地端与目的端不处于同一网络中，网络层将处理这些差异。
1.网络层的主要功能
网络层的主要功能是支持网络连接的实现，包括对点到点结构的网络连接、由具有不同特性的子网所支持的网络连接等。网络层的具体功能如下：
（1）建立和拆除网络连接。指利用数据链路层提供的数据链路连接，构成两传输实体间的网络连接，网络连接可有若干个通信子网所支持的网络连接等。
（2）分段和组块。为提高传输效率，当数据单元大长时，可对它们进行分段，也可将几个较短的数据单元组成块后一起传输。无论哪种情况，都必须保留网络服务数据单元的分界符。
（3）有序传输和流量控制。当传输实体需要有序传输网络服务数据单元时，网络层将在指定的网络连接上用有序传送的方法来实现。利用网络层提供的流量控制服务可对网络连接上传输的网络服务数据单元进行有效的控制，以免发生信息"堵塞"或"拥挤"现象。
（4）网络连接多路复用。本功能提供网络连接多路复用数据链路连接，以提高数据链路连接的利用率。
（5）路由选择和中继。本功能是在两个网络地址之间选择一条适当的路由。
（6）差错的检测和恢复。差错检测是利用数据链路层的差错报告，以及其他的差错检测能力，来检测经网络连接所传输的数据单元是否出现异常情况。恢复功能是指从被检测到的出错状态中解脱出来。
（7）服务选择。当一个网络连接要穿越几个子网时，如果各子网具有不同的服务指标，则需要利用服务选择功能，使网络连接的两端能提供相同的服务。
2.网络层提供的服务
OSI/RM中规定，网络层中提供无连接和面向连接两种类型的服务，也称为数据报服务和虚电路服务。
（1）数据报服务：多用于传输短报文的情况，一个或几个报文分组 足以容纳所传送的数据信息。每个分组称为一个数据报。数据报服务类似于寄信或发电报，每封信或每个电报都可以单独送到对方。每个数据报都携带足够的信息，可以从源端送到目的端。经过中间节点时，要进行“存储一转发”，在整个传输过程中，不必建立连接，但在中间节点上要为每个数据报进行路由选择。如果数据报在传输过程中出错或丢失，网络将向源端发出一个“未发送成功指示”，通知源端重发。
（2）虚电路服务：虚电路是在数据依次传送开始前，由发送方和接收方通过呼叫与确认的过程建立起来的。与实际的电路交换不同，虚电路是一种非专用的逻辑连接，是动态的，而电路交换则采用专用路由。虚电路服务在传送数据时，发送方首先提供自己和接收方的完整的网络地址，建立虚电路，然后按序传送报文分组，通信完成后拆除虚电路。虚电路一经建立就要赋予虚电路号，它反映分组的传送通道。这样报文分组中就不必再注明全程地址，相应地缩短了信息量。
3.路由选择
路由选择指网络中的节点根据通信网络的情况（可用的数据链路、各条链路中的信息流量），按照一定的策略（传输时间最短或传输路径最短），选择一条可用的传输路由，把信息发往目标。
在数据报方式中，网络节点要为每个分组的路由做出选择；而在虚电路方式中，只需在建立连接时确定路由。确定路由选择的策略称为路由选择算法。
路由选择算法可按不同的原则进行分类。如果按能否随网络通信量或拓扑结构的变化自适应地进行调整来划分，一类是自适应算法，它能很好地适应网络中的节点状态和通信量的变化，也就是说它能随时对网络当前通信量和拓扑结构情况进行测试，以当前的动态信息为依据做出路由选择；另一类是非自适应算法，这类算法不能根据对网络通信量和拓扑结构的实测或估测有效地选择路径，这里就不再作具体介绍了。
一个理想的路由选择应该是正确的、简单的（不增加太多的额外开销，易于实现）、自适应的（能适应通信量和网络拓扑结构的变化），对所有网络用户是公平的、最佳的（在某一特定要求下作出合理选择）。一个实际的路由选择算法往往是在不同的应用有不同的侧重。
3.2.4 传输层
传输层是资源子网与通信子网的界面和桥梁。传输层下面三层面向数据通信，上面三层面向数据处理。因此，传输层位于高层和低层中间，起承上启下的作用。它屏蔽了通信子中的细节，实现通信子网中端到端的透明传输，完成用户资源子网中两节点间的逻辑通信。它是负责数据传输的最高一层，也是整个七层协议中最重要和最复杂的一层。
1.传输层的特性
（1）连接与传输。传输层的连接与数据链路层的连接不同，它是以通信子网提供的服务作为连接的基础，因此传输层连接复杂，必须经过多层实体部件的交互作用才能实现。
（2）传输层服务。传输层所提供的服务就是进行传输，它要依靠网络层提供的功能实现。传输层的服务能随着不同网络的变化而变化，称为网络相关，所以通信子网的变化不致影响传输层以上的软件。
2.传输层的主要功能
（1）接收由会话层来的数据，将其分成较小的信息单位，经通信子网实现两主机间端到端通信。
（2）提供建立、终止传输连接，实现相应服务。
（3）向高层提供可靠的透明数据传送，具有差错控制、流量控制及故障恢复功能。
3.传输层协议
网络层向传输层提供的服务有可靠和不可靠之分，但传输层对高层来说，提供的却是端到端的可靠通信。如果通信子网的功能很完善，那么传输层的任务就比较简单；如果通信子网提供的服务质量很差，传输层就必须填补传输层用户中所要求的服务质量和网络层所能提供的服务质量之间的差异。
传输层服务通过协议实现。传输层协议应完成的内容与网络层所提供的服务质量密切相关。根据网络层或通信子网向传输层提供的服务，可以把网络分为三种类型。
A型：网络连接具有可接受的差错率和可接受的故障通知率。
B型：网络连接具有可接受的差错率和不可接受的故障通知率。
C型：网络连接具有不可接受的故障通知率。
A型服务是可靠的服务，一般指虚电路；C型服务的质量最差，提供数据报服务的网络或无线电分组交换网络均属此类；B型服务介于二者之间，广域网多提供B型服务。
根据网络层提供的服务质量类型不同，0SI参考模型将传输层协议分为5类，如表3-1 所示。
0类最简单，它为每个提出的传送请求建立一个网络连接并假定网络连接不出错，传输层协议不再进行排序和流控，它只提供建立和释放连接的机制，面向A型网络服务。
1类较简单，与0类相比，增加了基本差错恢复功能，如果遇到网络连接中断或连接失败等情况，它面向B型网络服务。
2类和1类相比，没有差错恢复功能，但增加了对网络的多路复用和相应的流量控制功能，它面向 A 型网络。
3类具有1类和2类的特性，既有基本差错恢复功能，又有多路复用功能，它面向B型网络服务。
4类协议最复杂，能检测由于网络不可靠服务而引起的差错，包括传输层协议数据单元TPDU的丢失、错序、重复和出错等，同时具有多路复用功能。它面向C型网络服务。
3.2.5 会话层
会话层、表示层和应用层一起构成 OSI参考模型的高层，它们和下面的四层不同。低层涉及提供可靠的端到端的通信，而高层与提供面向用户的服务有关。
所谓会话（Session），是指在两个会话用户之间为交换信息而按照某种规则建立的一次暂时的连接。会话可以使一个远程终端登录到远地的计算机，进行文件传输或进行其他的应用。会话层位于OSI模型面向信息处理的高三层中的最下层，它利用传输层提供的端到端数据传输服务，具体实施服务请求者与服务提供者之间的通信，属于进程间通信的范畴。会话层还对会话活动提供组织和同步所必需的手段，对数据传输提供控制和管理。
1.会话层的主要功能
（1）提供远程会活地址。会活地址是为用户或用户程序使用的。要传送信息，必须把会话地址转换为对应的传送站地址，以实现正确的传送连接。会话地址到传送地址的变换工作是由会话层完成的。
（2）会话建立后的管理。通常，建立一次会话需要有一个过程。首先，会话的双方都必须经过批准，以保证双方都有权参加会话。其次，会话双方要确定通信方式，即单工、半双工或全双工等。一旦建立连接，会话层的任务就是管理会话了。
（3）提供把报文分组重新组成报文的功能。只有当报文分组全部到达后，才能把整个报文传送给远方的用户。当传输层不对报文进行编号时，会话层应完成报文编号和排序任务。当子网发生硬件或软件故障时，会话层应保证正常的事务处理不会中途失效。
2.会话层提供的服务
（1）会话连接的建立和拆除。完成正常的数据交换，同步会话连接的两个会话服务。
（2）与会话管理有关的服务。确定会话类型，连接会话双方的通信可以是全双工、半双工或单工方式。
（3）隔离。会话的任一方，在数据少于某一定值时，数据可暂不向目的用户传输。对于传输小于某一长度的数据或未经合法处理的无效数据，该隔离技术非常有用。
（4）出错和恢复控制。差错控制主要安排在 OSI参考模型的数据链路层中，在会话层的会话服务子系统中，也可安排差错控制，以防止物理链路控制机构引起的差错影响到高层。
不同层次上的故障主要与位发送错误有关；网络层上的故障主要与电路故障或切除故障有关；传输层上故障涉及高层的问题，例如，引起会话终止的故障；会话层故障与协议中采用的错误处理方法有关，例如终止两个用户之间通信的故障可能是由于外部设备的非法请求引起的，会话层能从检测点重新启动，即当传输中在某校验点出现错误，会话层便可重新发送自上一个校验点开始的所有数据。
3.2.6 表示层
表示层为应用层提供服务，该服务层处理的是通信双方之间的数据表示问题。网络中，对通信双方的计算机来说，一般有其自己的数据内部表示方法。其数据形式常具有复杂的数据结构，它们可能采用不同的代码、不同的文件格式。为使通信的双方能互相理解所传送信息的含义，表示层就需要把发送方具有的内部格式编码为适于传输的位流，接收方再将其解码为所需要的表示形式。
数据传送包括语义和语法两个方面的问题。语义即与数据内容、意义有关的方面；语法则是与数据表示形式有关的方面，例如文字、声音、图形的表示，数据格式的转换、数据的压缩、数据加密等。在OSI参考模型中，有关语义的处理由应用层负责。表示层仅完成语法的处理。
1. 表示层的主要功能
（1）语法转换。当用户要传送数据从发送方到接收方时，应用层实体就需将数据按一定的表示形式交给其表示层实体，这一定的表现形式为抽象语法。语法变换就是实现抽象语法与传送语法间的转换，例如代码转换、字符集的转换及数据格式的转换等。
（2）传送语法的选择。应用层中存在多种应用协议，这样，表示层中就可能存在多种传送语法，即使是一种应用协议，也可能有多种传送语法与其对应。所以表示层需对传送语法进行选择，并提供选择和修改的手段。
（3）常规功能。指表示层内对等实体间的建立连接、传送、释放等。
2. 表示层提供的服务
（1）数据转换和格式转换。指编码、字符集的转换以及修改数据位的组合格式。
（2）语法选择。根据所用的转换形式进行初始选择和后续修改。
（3）数据加密与解密。为保证通信双方信息的安全保密，发送方表示层要将传送的报文进行加密传输，接收方的表示层接收到密文后，再将其还原成原始报文。
（4）文本压缩。文本压缩也称为数据压缩，它是利用压缩技术尽量缩小被传送信息的总比特数，以满足一般通信带宽的要求，提高线路利用率。有多种压缩算法，常用的有霍夫曼编码等。
3.2.7 应用层
从 OSI 的7层模型的功能划分来看，下面6层主要解决支持网络服务功能所需要的通信和表示问题，应用层则提供完成特定网络功能服务所需要的各种应用协议。应用层是 OSI参考模型的最高层，直接面向用户，是计算机网络与最终用户的界面。负责两个应用进程（应用程序或操作员）之间的通信，为网络用户之间的通信提供专用程序。它通过应用层的应用实体实现，应用实体由一组用户元素（UE）和一组应用服务元素组成。UE是与用户有关的一组元素，应用服务元素有公共应用服务元素（CASE）和特定应用服务元素（SASE）两类。用户的应用进程利用OSI提供的服务一方面与对等的应用进程进行通信，一方面执行预定的业务处理。
公共应用服务元素（CASE）是UE和SASE公共使用的那部分服务元素，提供应用层最基本的服务，包括应用实体间的连接、传送、恢复、释放等。特定应用服务元素（SASE）提供满足特定应用的特殊需求，例如虚拟终端、文件传输、远程作业录入、电子邮件、事物处理及分布式数据库访问等。其相应的功能由相应的协议管理，下面仅就其中的部分做一简单介绍。
（1）虚拟终端协议（VTP）。虚拟终端（VT）是将各种类型的专用终端的功能一般化、标准化以后得到的终端模型，是0SI所定义的一种虚拟终端服务。虚拟终端协议则执行专用终端与应用程序使用的虚拟终端的转换。
虚拟终端协议的任务是将实际终端转换成标准终端或虚拟终端。由于实际终端类型很多，且差异很大，试图形成一种统一形式的虚拟终端是困难的。通常采用的方法是分类建立VT模型及其协议，0SI将VT分为5类。
页面型：主要处理由字符元素组成的一、二、三维数组，是一种配有光标和可寻址字符矩阵的键盘显示终端，具有编辑功能，用户和主机都可随机修改和存取显示器上的内容。典型的实际终端如CRT终端。
表格型：又称数据输入终端，其工作类似于页面型终端，但增加了对输入输出表格格式的控制处理功能，常用于操作填号表格的各类业务中，典型的如各类业务处理窗口服务终端。
图形型：主要处理由几何图形元素，例如点、首线、二次曲线等生成的各种图形。典型的如图形终端。
图像型：主要处理由像素组成的二维或三维图像。典型的如图像处理终端。
混合型：具有上述4类终端的功能。典型的如高级工作站等。
（2）文件传输、访问和管理。文件传输、访问和管理（FTAM）是任何计算机网络最常用的应用功能。文件传输是指在不同的计算机之间移动文件；文件访问（存取）是指对文件全部或部分内容进行检查、修改、替换或删除等操作；文件管理是指创建或删除文件，以及检查和操作文件的属性等。
文件传输、访问和管理使用的技术是类似的，一般可以假定文件位于文件服务器上，而访问者是在客户计算机上进行操作。由于网络上有大量异型机存在，它们的文件系统差别很大。为了解决不同系统的文件互相访问的问题，FTAM采用了虚拟文件系统的概念。
与虚拟终端的概念类似，虚拟文件系统通过制订一种标准的文件结构和数据表示作为网络的共同标准，为访问者提供一个标准化的接口和一套可执行的标准化操作，隐去了实际文件服务器的不同内部结构，使得不同文件系统间的文件共享成为可能。各计算机在传送文件时，先把自己的文件和数据转换成网络上运行的虚拟文件标准形式，目的端接收文件时再把它转换成符合自己标准的形式。
（3）作业传送和操纵。作业传送和操纵（JIM）的功能是在多个开放系统之间定义和执行作业所需的各种管理功能，以及为用户构成分布式处理提供方便。JIM服务和协议不仅关系到开放系统之间数据的移动，而且关系到作业处理活动中监督、控制信息的移动，但对作业的内容并不作规定。每个作业都有唯一的作业号标识，一个作业可以产生数个子作业，每个子作业也有唯一的标识。JIM系统通过自己的服务原语完成各种服务功能。
JIM系统由以下4个功能模块组成。
作业提交模块：负责对要执行的作业发布命令。
作业处理模块：负责作业运行。
作业监督模块：负责作业运行情况报告。
操作提交模块：负责控制JIM的活动。
（4）电子邮件（E-mail）。电子邮件（E-mail）是用电子方式代替邮局进行传递信件的系统。信件泛指文字、数字、语音、图形等各种信息，利用电子手段将其由一处传递至另一处或多处。计算机网络上电子邮件的实现开始了通信方式的一场革命。
OSI的电子邮件系统（MOTIS）是面向信息的文本交换系统，是以CCITT X.400推荐标准为基础的电子邮件管理。
