计算机网络体系结构及协议之表示层

3.5.3表示层
　
1.表示层的特点及功能

　　环境的低五层提供透明的数据传输,应用层负责处理语义,而表示层则负责处理语法。由于各种计算机都可能有各自的数据描述方法,所以不同类型计算机之间交换的数据,一般需经过格式转换才能保证其意义不变。表示层要解决的问题是如何描述数据结构并使之与具体机器无关,其作用是对源站内部的数据结构进行编码,使之形成适合于传输的比特流,到了目的站再进行解码,转换成用户所要求的格式。
为使各个系统间交换的信息具有相同的语义,应用层采用了相互承认的抽象语法。抽象语法是对数据一般结构的描述。表示实体实现抽象语法与传输语法间的转换,传输语法是同等表示实体之间通信时对用户信息的描述,是对抽象语法比特流进行编码得到的。抽象语法与传输语法之间的对应关系称为上下文关系。

　　表示层的主要功能为:

　　(1)语法转换。将抽象语法转换成传输语法,并在对方实现相反的转换。涉及的内容有代码转换、字符转换、数据格式的修改,以及对数据结构操作的适应、数据压缩、加密等。
　　(2)语法协商。根据应用层的要求协商选用合适的上下文,即确定传输语法并传送。
　　(3)连接管理。包括利用会话层服务建立表示连接,管理在这个连接之上的数据传输和同步控制,以及正常或异常地终止这个连接。

2.语法转换

　　(1)数据表示。不同厂家生产的计算机具有不同的内部数据表示。如BM公司的主机广泛使用EBCDIC码,而大多数其它厂商的计算机则使用ASCII码;Intel公司的80X86芯片从右到左计数字节,而Motorola公司的68020和68030芯片则从左到右计数:大多数微型机用16位或32位整数的补码运算,而CEC的Cyber机用60位的反码。由于表示方法的不同,即使所有的位模式都正确接收,也不能保证数据含义的不变。人们要的是保留含义,而不是位模式。为了解决此类问题,必须进行数据表示方式的转换。可以在发送方转换,也可以在接收方转换,或者双方都向一种标准格式转换。
　　(2)数据压缩。强调数据压缩的必要性是基于以下几个原因。首先,随着多媒体技术的发展,数字化视/音频数据的吞吐、传输和存储问题日益凸现。具有中等分辨率(640×480)的彩色(24bit/像素)数字视频图像的数据量约7.37Mbit/帧,若按25帧/秒的动画要求,则视频数据的传输速率大约为184Mbps。由此可见,高效实时地数据压缩对于缓解网络带宽和取得适宜的传输速率是非常必要的。其次,网络的费用依赖于传输的数据量,在传输之前对数据进行压缩可减少传输费用。
实现数据压缩的可能性是基于以下原因。首先,是原始信源数据(视/音频)存在着很大的冗余度,比如电视图像帧内邻近像素之间空域相关性及前后帧之间的时域相关性都很大,信息有冗余。其次,是有可能利用人的视觉对于边缘急剧变化不敏感(视觉掩盖效应)和眼睛对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨力弱的特点以及昕觉的生理特性实现高压缩比,而使由压缩数据恢复的图像及声音数据仍有满意的主观质量。第三,利用数据本身的特征也可实现压缩。
　　(3)网络安全和保密。随着计算机网络应用的普及,计算机网络的安全和保密问题就变得越来越重要了。为保护网络的安全,最常用的方法是采用加密措施。
从理论上讲,加密可以在任何一层上实现,但实际应用中常常在物理层、运输层和表示层三层实现加密。在物理层加密的方案叫做链路加密,它的特点是可以对整个报文进行加密;在运输层实现加密可以提高有效性,因为表示层可以对数据事先进行压缩处理;而在表示层可以有选择地对数据实现加密。

3.OSI表示服务原语

　　表示层大部分服务原语与会话层的相类似。在实施中,几乎所有的表示服务原语只是穿过表示层到会话层。有些表示服务原语可不加改变直接映射成相应的会话服务原语,即无需产生一个表示协议数据单元。通常与这些原语有关的参数在会话服务原语的用户数据字段中传输。

4.抽象语法标记ASN.1

　　表示、编码、传输和解码数据结构的关键,是要有一种足够灵活的、适应各种类型应用的标准数据结构描写方法。为此,OSI中提出了一种标记法,叫做抽象语法标记1,简称为ASN.1。发送时将ASN.1数据结构编码成位流,这种位流的格式叫做抽象语法。
在ASN.1中为每个应用所需的所有数据结构类型下了定义,并将它们组成库。当一个应用想发送一个数据结构时,可以将数据结构与其对应的ASN.1标识一起传给表示层。以ASN.1定义作为索引,表示层便知道数据结构的域的类型及大小,从而对它们编码、传输;在另一端,接收表示层查看此数据结构的ASN.1标识,从而了解数据结构的域的类型及大小。这样,表示层便就可以实现从通信线路上所用的外部数据格式到接收计算机所用的内部数据格式的转换。
数据类型的ASN.1描述称为抽象语法,同等表示实体之间通信时对用户信息的描述称为传输语法。为抽象语法指定一种编码规则,便构成一种传输语法。在表示层中,可用这种方法定义多种传输语法。传输语法与抽象语法之间是多一多对应关系,即一种传输语法可用于多种抽象语法的数据传输,而一种抽象语法的数据值也可用多种传输语法来传输。每个应用层协议中的抽象语法与一个能对其进行编码的传输语法的组合,就构成一个表示上下文(PRESentation Context)。表示上下文可以在表示连接建立时协商确定,也可以在通信过程中重新定义。表示层提供定义表示上下文的设施。