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物理层的任务是保证点到点链路在光、电和机械上可以传送数据流。它定义了物理链路的电气和机械特性，以及激活、维护和关闭这条链路的各项操作。处理的信息单位是比特（bit）。特征参数包括电压、数据传输率、最大传输距离、物理连接媒体等。
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为区分和标识不同的网络设备，引入了物理地址的概念；物理链路有时会出现错误，数据链路层的任务就是在物理层的基础上，将数据流进行包装组织，使有差错的物理链路转化成为没有错误的数据链路。它将比特流收集起来，按包处理数据。特征参数包括物理地址、网络拓扑结构、错误警告机制、所传数据帧的排序和流量控制等。
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网络层也叫网间层，对于各种不同底层技术的网络，为了隐藏物理网络细节，引入了逻辑地址（IP地址）这个概念，即对各网络中每个网络接口，无论基于何种底层技术，都可用逻辑地址来编号。类似地，也引入了包（Packet）这个概念，来隐藏不同物理网络数据链路层的不同数据传送模式。通过逻辑信道技术，网络层解决了链路复用的问题，路由和寻址概念的引入和实现，使任意两台数据终端设备的数据链接起来。
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网络层关心的是"点到点"的逐点传递，传输层关注的是"端到端"的最终效果。在性能上有很大差异的电话交换网、分组交换网、公用数据交换网、局域网等通信子网都可以互联，但它们的吞吐量、传输速率、数据延迟各不相同。传输层要负责隐藏各通信子网的差异，通过差错恢复、流量控制等功能，最终为会话层提供可靠的、无误的数据传输。传输层面对的数据对象主要是与会话层之间的界面端口。
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会话层用于建立、管理及终止两个应用系统之间的会话。会话层的功能包括会话层连接到传输层的映射、会话连接的流量控制、数据传输、会话连接与释放、会话连接管理和差错控制等。
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不同计算机体系结构所使用的数据表示法不同，表示层为异种机通信提供一种公共语言，完成应用层数据所需的任何转换，以便能进行互操作。表示层定义一系列代码和代码转换功能，保证源端数据在目的端同样能被识别，如文本数据的ASCII码、表示图像的GIF或表示动画的MPEG等。
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应用层是OSI参考模型的最高层，是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务，这些服务（称为服务元素）按其向应用程序提供的特性分成组，可称为服务元素；有些服务元素可为多种应用程序共同使用，有些服务则为较少的一类应用程序使用。
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