第二講-OSI參考模型

1、第二講-OSI參考模型第2講計算機網(wǎng)絡體系結構，、開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）1. 基本概述不同廠家生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)之間以及不同 網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通信，就必須遵循相同的網(wǎng)絡體系結構 模型，否則異種計算機就無法連接成網(wǎng)絡，這種共同遵 循的網(wǎng)絡體系結構模型就是國際標準 開放系統(tǒng)互連的ISO標準宦是 ISO/IEC 7498，又稱為X.200建議，將各 OSI/RM依:據(jù)網(wǎng)絡的整個功能劃分成7個層次，以實現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性(in terconnection)、互操作,生(interoperation)和應用的可移;植,生(portability)。參考模型，即OSI/RM。2.分層原則L

2、個通信功能劃分為7個層次，分層原則如下：網(wǎng)絡中各結點都有相同的層次 不同結點的同等層具有相同的功能一同一結點內(nèi)相鄰層之間通過接口通信 心屮心每一層使用下層提供的服務，并向其上層提 供服務、” 不同結點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)對等層之 間的通信第七層 第六層 第五層 第四層 第三層 第二層 第一層ISO/RM的最高層為應用層，面向用戶提供應用的服 務；最低層為物理層，連接通信媒體實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。一層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進行一 的，上層通過接口向下層提供服務請求，而下層通過接 口向上層提供服務。兩個計算機通過網(wǎng)絡進行通信時，除了物理層之外 （說明了只有物理層才3. OSI/RM參考模型

3、低三層可看作是傳輸控制層， 負責有關通信子網(wǎng)的衛(wèi)作解決網(wǎng) 絡中的通信冋題；咼三層為應用控 制層，負責有關資源子網(wǎng)的工作， 解決應用進程的通信問題；傳輸層 為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的接口，起 到連接傳輸和應用的作用言。只。有直接連接），其余各對等層之間均不存在直接的通信 關系，而是通過各對等層的協(xié)議來進行通信，如兩個對 等的網(wǎng)絡層使用網(wǎng)絡層協(xié)議通信。只有兩個物理層之間 才通過媒體進行真正的數(shù)據(jù)通信當通信實體通過一個通信子網(wǎng)進行通信時，必然會 經(jīng)過一些中間節(jié)點，通信子網(wǎng)中的節(jié)點只涉及到低二層 的結構。系統(tǒng)系統(tǒng)4. OSI/RM中系統(tǒng)間的通信信息流動過程中間節(jié)點下：發(fā) 送端的各層從上到下逐步加上各層的控

4、制信息構成的比 經(jīng)過從下到上逐層去掉相應層的控制住信息得到的數(shù)據(jù) 流最終傳送到應用層的進程。由于通信信道的雙向性，因此數(shù)據(jù)的流向也是雙向 的。比特流的構成：傳輸層（L5+控制信息TH） 數(shù)據(jù)鏈路層（差錯檢測控制信 物理層（比特流）二、OSI/RM各層概述數(shù)據(jù)DATA應用層（DATA+報文頭AH,用L7表示） 表示層（L7+控制信息PH）會話層（L6+控制信息SH） 八_ 網(wǎng)絡層（L4+控制信息NH）丿Hi、宀 DT+L3+空制信息DH）1.物理層（Physical Layer）直接與物理信道直接相連，起到數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸 媒體之間的邏輯接口作用。一功能:提供建立、維護和釋放物理連接的方法，實

5、現(xiàn)在物理信道上進行比特流的傳輸。傳送的基本單位：比特（bit ）物理層的內(nèi)容：通信接口與傳輸媒體的物理特性物理層協(xié)議主要規(guī)定了計算機或終端 DTE與通信設 備DCE之間的接口標準，包括接口的機械特性、電氣特 性、功能特性、規(guī)程特性一2）物理層的數(shù)據(jù)交換單元為二進制比特：對數(shù)據(jù) 鏈路層的數(shù)據(jù)進行調制或編碼，成為傳輸信號（模擬、 數(shù)字或光信號）曰步、/多點傳輸享3）比特的同步：時鐘的同步，如異步4）線路的連接：點一點（專用鏈路） 一條鏈路）八5）物理拓撲結構：星型、環(huán)型、網(wǎng)狀RS449 V.24、6）傳輸方式：單工、半雙工、全雙工 典型的物理層協(xié)議有RS- 232系列、V.28、X.20、X.21

6、2. 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）通過物理層提供的比特流服務，在相鄰節(jié)點之間建 立鏈路，對傳輸中可能出現(xiàn)的差錯進行檢錯和糾錯，向 網(wǎng)絡層提供無差錯的透明傳輸主要負責數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和拆除，并在兩個 相鄰機電隊線路上，將網(wǎng)絡層送下來的信息（包）組成 幀傳送，每一幀包括一定數(shù)量的數(shù)據(jù)和一些必要的控制 信息。為了保證數(shù)據(jù)幀的可靠傳輸應具有差錯控制功能功能：是在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù) 傳輸、傳送的基本單位：幀（ Frame） 數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)容：成幀：是因要將網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)分為管理和控制 的數(shù)據(jù)單兀_、亠|2）物理地址尋址：標識發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀的節(jié)點 位置，因此常在數(shù)據(jù)頭部加

7、上控制信息 DH（源、目的節(jié) 點的地址），尾部加上差錯控制信息DT 一、3）流量控制:即對發(fā)送數(shù)據(jù)幀的速率進行控制， 保證傳輸正確。4）差錯控制：在數(shù)據(jù)幀的尾部所加上的尾部控制 信息DT5）接入控制：當多個節(jié)點共享通信鏈路時，確定 在某一時間內(nèi)由哪個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)常見的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有兩類：一是面向字符型傳 輸控制規(guī)程BSC 一是面向比特的傳輸控制規(guī)程 HDLC亠流量控制技術 、（1）停-等流量控制：發(fā)送節(jié)點在發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后必 須等待對方回送確認應答信息到來后再發(fā)下一幀。接收 節(jié)點檢查幀的校驗序列，無錯則發(fā)確認幀，否則發(fā)送否 認幀，要求重發(fā)。、存在問題：雙方無休止等待（數(shù)據(jù)幀或確認幀丟失）, 解

8、決辦法發(fā)送后使用超時定時器；重幀現(xiàn)象（收到同樣的兩幀）解決辦法是對幀進行編號適用：半雙工通信（2）滑動窗口流量控制：是指對于任意時刻，都允 許發(fā)送端/接收端一次發(fā)送/接收多個幀，幀的序號個數(shù) 稱為發(fā)送/接收窗口大小舌用：全雙，工3.網(wǎng)絡層（Network Layer又稱為通信子網(wǎng)層，是計算機網(wǎng)絡中的通信子網(wǎng)的 最高層（由于通信子網(wǎng)不存在路由選擇、可題）,在數(shù)據(jù)鏈 路層提供服務的基礎上向資源子網(wǎng)提供服務網(wǎng)絡層將從高層傳送下來的數(shù)據(jù)打包，再進行必要 的路由選擇、差錯控制、流量控制及順序檢測等處理，工作原理：以幀控制段長為8位，則發(fā)送幀序號用 3bit表示，發(fā)送窗口大小為 W=5,接收窗口大小為 W

9、=2 為例來說明發(fā)送窗 口0123412345重收窗 口12（1等2對）12（正 確）34（正 確）滑動窗口的大小與協(xié)議的關系:W1, W=1,協(xié)議為退回N步的ARQ自動反 饋請求）W1，W1,協(xié)議為選擇重傳的 ARQW = 1，W=1,協(xié)議為停-等式的ARQ使發(fā)送站傳輸層所傳下來的數(shù)據(jù)能夠正確無誤地按照地 址傳送到目的站，并交付給目的站傳輸層功能現(xiàn)分別位于不同網(wǎng)絡的源節(jié)點與目的節(jié)點 之間的數(shù)據(jù)包傳輸（數(shù)據(jù)鏈路層只是負責同一個網(wǎng)絡中 的相鄰兩節(jié)點之間鏈路管理及幀的傳輸）,即完成對通信 子網(wǎng)正常運行的控制關鍵技術：路由選擇傳送信息的基本單位：包（Packer）網(wǎng)絡層采用

10、的協(xié)議是X.25分組級協(xié)議 網(wǎng)絡層的服務：立、艮務;為路交換建的建立、面向無連接服務據(jù)目驢址選擇路后沒有連接 網(wǎng)絡層的內(nèi)容：儲轉發(fā)如存也址 N（數(shù)據(jù)鏈人p 謨輯地址尋址2顯指從一個網(wǎng)絡傳輸?shù)搅硪?個網(wǎng)絡的源節(jié)點和目的節(jié)點的邏輯 路層中的物理地址是指在同一網(wǎng)絡中） 算法在的輸功中是出選一向絡的節(jié)點盥原則和 路由。有非適應型（有隨機式、擴散式、固定式路 選法）和自適應型（有孤立的、分布的、集中的路 選法）兩種選擇算法 流量控制：亠的數(shù)據(jù)包擁塞控制網(wǎng)絡性指在降的子網(wǎng)中由于出現(xiàn)過量4. 傳輸法 是計算機網(wǎng)梁，完成資源子網(wǎng)中兩節(jié)點間的直接邏輯通信、亠 傳輸法下面的二層屬于通信子網(wǎng)，完成有關的通信 處理，

11、向傳輸層提供網(wǎng)絡服務；傳輸層上面的三層完成 面向數(shù)據(jù)處理的功能，為用戶提供與網(wǎng)絡之間的接口 由此可見，傳輸層在 OSI/RM中起到承上啟下的作用， 是整個網(wǎng)絡體系結構的關鍵。、功能實現(xiàn)通信子網(wǎng)端到端的可靠傳輸（保證通信 的質量）Sessi on Layer信息傳送的基本單位：報文 傳輸層采用的協(xié)議是ISO8072/35. 會話法又稱為會晤法，是利用傳輸法提供的端到端的服務 向表示法或會話法用戶提供會話服務。功能供一個面向用戶的連接服務，并為會話活 動提供有效的組織和同步所必須的手段，為數(shù)據(jù)傳送提 供控制和管理信息傳送的基本單位：報文 會話層采用的協(xié)議是ISO8326/7表示層( Present

12、ajjon Layer )6 一 : 一 _表示勺表示冋題，通過抽象的方法來定義一種數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)結構， 并通過使用這種抽象的數(shù)據(jù)結構在各端系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù) 據(jù)類型和編碼的轉換。功能據(jù)編碼、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加密等工作 信息傳送的基本單位：報文表示層采用的協(xié)議是ISO8822/3/4/57.應用層（Application Layer ）應用層是計算機網(wǎng)絡與最終用戶間的接口，是利用 網(wǎng)絡資源唯一向應用程序直接提供服務的層。功能：包括系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)絡服務所涉及的所有 問題和基本功能。信息傳送的基本單位：用戶數(shù)據(jù)報文應用層采用的協(xié)議有：用于文件傳送、存取和管理三、In ter net 的體系結構FTAM

13、的 ISO8571/1 4;用于虛終端 VP 的 IS09040/1 ; 用于作業(yè)傳送與操作協(xié)議 JTM的ISO8831/2 ;用于公共 應用服務元素CASE勺ISO8649/50享需要Internet類型的服務器、用戶終端以 及路由器、網(wǎng)關、通信線路等連接組成，不同網(wǎng)絡之間、 不同類型設備之間要完成信息的交換、資源的共 有功能強大的網(wǎng)絡軟件的支持，TCP/IP就是能夠完成互 聯(lián)網(wǎng)這些功能的協(xié)議集。1. TCP/IP的概述TCP/IP即傳輸控制協(xié)議 /網(wǎng)際協(xié)議，源于美國 ARPANET網(wǎng)其主要目的是提供與底層硬件無關的網(wǎng)絡 之間的互連，包括各種物理網(wǎng)絡技術。TCP/IP并不是單 純的兩個協(xié)議而

14、是一組通信協(xié)議的聚合，所包含的每個 協(xié)議都具有特定的功能，完成相應的 OSI層的任務。TCP/IP協(xié)議特點：開放的協(xié)議標準（與硬件、一 _os無關） 獨立于特定的網(wǎng)絡硬件（運行于laN wan 特別是互聯(lián)網(wǎng)中）應用層會話層應用層表示層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)際層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡接口層物理層2. TCP/IP的層次結構統(tǒng)一網(wǎng)絡編址（網(wǎng)絡地址的唯一性） 標準化咼層協(xié)議可提供多種服務下，自下而上”形象地描述，數(shù)據(jù)層息的網(wǎng)遞接發(fā)送方 序，在接收方則相反，按低層為高層服務的原則。構如圖所示， 由于設計時并未考慮到要與具體的傳 輸媒體相關，所以沒有對數(shù)據(jù)鏈路層 和物理層做出規(guī)定。實際上， TCP/IP 的這種層

15、次結構遵循著對等實體通信 原則，每一層實現(xiàn)特定功能。 TCP/IP 協(xié)議的工作過程，可以通過“自上而 是按照應用層一息傳輸應用程序接口層與OSI模型中的高三層任務相同， 用于提供網(wǎng)絡服務；傳輸層又稱為主機至主機層，與 OSI傳輸層類似， 負責主機到主機之間的端到端通信，使用傳輸控制協(xié)議 TCP協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議 UDP協(xié)議；IP數(shù)據(jù)包）并網(wǎng)際層也稱互聯(lián)層、網(wǎng)間網(wǎng)層，主要功能是處理來 自傳輸層的分組，將分組形成數(shù)據(jù)包（I 為該數(shù)據(jù)包進行路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機發(fā)送 到目的主機。常用的協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議IP協(xié)議網(wǎng)絡接口層對應著oSi的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，負 責通過網(wǎng)絡發(fā)送和接收ip數(shù)據(jù)報。3.

16、 TCP/IP協(xié)議集1.網(wǎng)際層協(xié)議1）網(wǎng)際協(xié)議IP 亠IP協(xié)議是一個面向無連接的協(xié)議，在對數(shù)據(jù)傳輸處 理上，只提供“盡力傳送機制”，也就是盡最大努力完成 投遞服務，、而不管傳輸正確與否。亠IP協(xié)議特點：一是提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸機制； 一是能完成點對點的通信。IP協(xié)議的作用：用于主機與網(wǎng)關、網(wǎng)關與網(wǎng)關、主 機與主機之間的通信IP協(xié)議的功能：IP的尋址（體現(xiàn)在能唯一的標識 通信媒體）、面向無連接數(shù)據(jù)報傳送（實現(xiàn)IP0 TCP協(xié) 議所在的傳輸層提供統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)報，主要采用的方 法是分段、重裝、實現(xiàn)物理地址到IP地址轉化）、數(shù)據(jù) 報路由選擇（同一網(wǎng)絡沿實際物理路由傳送的直接路選 和跨網(wǎng)絡的經(jīng)由路由

17、器或網(wǎng)關傳送的間接路選）和差錯 處理（是指ICMP提供的功能）2）網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP為IP協(xié)議提供差錯 報告3）網(wǎng)際主機組管理協(xié)議IGMP負責網(wǎng)中點到點的 數(shù)據(jù)包傳輸IP地4）地址解析協(xié)議ARP和反向地址解析協(xié)議 RARP 在一個物理網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡中的任何兩臺主機之間進行通信時，都必須獲得對方的物理地址，而使用IP地址的作用就在于，它提供了一種邏輯的地址，能夠使不 同網(wǎng)絡之間的主機進行通信當IP把數(shù)據(jù)從一個物理網(wǎng)絡傳輸?shù)搅硪粋€物理網(wǎng) 絡之后，就不能完全依靠IP地址了，而要依靠主機的物理地址。為了完成數(shù)據(jù)傳輸，IP必須具有一種確定目 標主機物理地址的方法，也就是說要在 IP地址與物理 地址之

18、間建立一種映射關系，而這種映射關系被稱為“地 址解析”。地址解析包括：（正向）地址解析協(xié)議 ARP（從IP 地址到物理地址的映射）和逆向地址解析協(xié)議 RAR（從 物理地址到IP地址的映射）ARP工作過程：首先廣播一個 ARP青求數(shù)據(jù)包（源 主機的物理地址、IP地址、目的主機的IP地址、數(shù)據(jù)）， 網(wǎng)絡上所有的主機都可接收該數(shù)據(jù)包，只有目的主機處 理ARP數(shù)據(jù)包并向源主機發(fā)出ARP響應數(shù)據(jù)包（包含了 物理地址）。4.傳輸層協(xié)議RARP工作過程：首先廣播一個RARF請求數(shù)據(jù)包（源 主機的物理地址、IP地址、目的主機的物理地址、數(shù)據(jù)）， 網(wǎng)絡上所有的主機都可接收該數(shù)據(jù)包，只有目的主機處 理RARP數(shù)據(jù)

19、包并向源主機發(fā)出 RARP向應數(shù)據(jù)包（包含 了 IP地址）。5）傳輸控制協(xié)議TCPTCP是一個面向連接、端對端的全雙工通信協(xié)議， 通信雙方需要建立由軟件實現(xiàn)的虛連接，為數(shù)據(jù)報提供 可靠的數(shù)據(jù)傳送服務。提供自動恢復丟失數(shù)據(jù)的功能。I輸層將應用層傳送的數(shù)據(jù)存在緩存區(qū)中TCP的主要功能：完成對數(shù)據(jù)報的確認、流量控制 和網(wǎng)絡擁塞的處理；自動檢測數(shù)據(jù)報，并提供錯誤重發(fā) 的功能;將多條路由傳送的數(shù)據(jù)報按照原序排列，并對 重復數(shù)據(jù)進行擇??；控制超時重發(fā)，自動調整超時值；TCP的數(shù)據(jù)傳輸過程：建立TCP連接、傳送數(shù)據(jù)（傳 :一由 TCP將它分成若干段再加上一 TCP包頭構成傳送協(xié)議數(shù)據(jù)單元 TPDU 發(fā)送給IP層，采用ARQ方式發(fā)送至到目的主機，目的主 機對存入在輸入緩存區(qū)的 TPDU進行檢驗，確定是要求 重發(fā)還是接收）、結束TCP連接。TCP數(shù)據(jù)格式：24B+數(shù)據(jù)字節(jié)6）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議亠UDP 、UDP是一個面向無連接協(xié)議，主要用于不要求確認 或者通常只傳