第二講-OSI參考模型

1、第二講-OSI參考模型第2講計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，、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(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間以及不同 網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信，就必須遵循相同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 模型，否則異種計(jì)算機(jī)就無法連接成網(wǎng)絡(luò)，這種共同遵 循的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型就是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 開放系統(tǒng)互連的ISO標(biāo)準(zhǔn)宦是 ISO/IEC 7498，又稱為X.200建議，將各 OSI/RM依:據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)功能劃分成7個(gè)層次，以實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性(in terconnection)、互操作,生(interoperation)和應(yīng)用的可移;植,生(portability)。參考模型，即OSI/RM。2.分層原則L

2、個(gè)通信功能劃分為7個(gè)層次，分層原則如下：網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)都有相同的層次 不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能一同一結(jié)點(diǎn)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(wù)，并向其上層提 供服務(wù)、” 不同結(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yīng)用層，面向用戶提供應(yīng)用的服 務(wù)；最低層為物理層，連接通信媒體實(shí)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(jìn)行一 的，上層通過接口向下層提供服務(wù)請(qǐng)求，而下層通過接 口向上層提供服務(wù)。兩個(gè)計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時(shí)，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(fù)責(zé)有關(guān)通信子網(wǎng)的衛(wèi)作解決網(wǎng) 絡(luò)中的通信冋題；咼三層為應(yīng)用控 制層，負(fù)責(zé)有關(guān)資源子網(wǎng)的工作， 解決應(yīng)用進(jìn)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(yīng)用的作用言。只。有直接連接），其余各對(duì)等層之間均不存在直接的通信 關(guān)系，而是通過各對(duì)等層的協(xié)議來進(jìn)行通信，如兩個(gè)對(duì) 等的網(wǎng)絡(luò)層使用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議通信。只有兩個(gè)物理層之間 才通過媒體進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)通信當(dāng)通信實(shí)體通過一個(gè)通信子網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)，必然會(huì) 經(jīng)過一些中間節(jié)點(diǎn)，通信子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)只涉及到低二層 的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)系統(tǒng)4. OSI/RM中系統(tǒng)間的通信信息流動(dòng)過程中間節(jié)點(diǎn)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(gòu)成的比 經(jīng)過從下到上逐層去掉相應(yīng)層的控制住信息得到的數(shù)據(jù) 流最終傳送到應(yīng)用層的進(jìn)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(gòu)成：傳輸層（L5+控制信息TH） 數(shù)據(jù)鏈路層（差錯(cuò)檢測(cè)控制信 物理層（比特流）二、OSI/RM各層概述數(shù)據(jù)DATA應(yīng)用層（DATA+報(bào)文頭AH,用L7表示） 表示層（L7+控制信息PH）會(huì)話層（L6+控制信息SH） 八_ 網(wǎng)絡(luò)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(hù)和釋放物理連接的方法，實(shí)

5、現(xiàn)在物理信道上進(jìn)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(jì)算機(jī)或終端 DTE與通信設(shè) 備DCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，包括接口的機(jī)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(jìn)制比特：對(duì)數(shù)據(jù) 鏈路層的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制或編碼，成為傳輸信號(hào)（模擬、 數(shù)字或光信號(hào)）曰步、/多點(diǎn)傳輸享3）比特的同步：時(shí)鐘的同步，如異步4）線路的連接：點(diǎn)一點(diǎn)（專用鏈路） 一條鏈路）八5）物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型、環(huán)型、網(wǎng)狀RS449 V.24、6）傳輸方式：?jiǎn)喂?、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(wù)，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建 立鏈路，對(duì)傳輸中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，向 網(wǎng)絡(luò)層提供無差錯(cuò)的透明傳輸主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和拆除，并在兩個(gè) 相鄰機(jī)電隊(duì)線路上，將網(wǎng)絡(luò)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(yīng)具有差錯(cuò)控制功能功能：是在不太可靠的物理鏈路上實(shí)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(luò)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(biāo)識(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀的節(jié)點(diǎn) 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(diǎn)的地址），尾部加上差錯(cuò)控制信息DT 一、3）流量控制:即對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的速率進(jìn)行控制， 保證傳輸正確。4）差錯(cuò)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(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享通信鏈路時(shí)，確定 在某一時(shí)間內(nèi)由哪個(gè)節(jié)點(diǎn)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(shù) 、（1）停-等流量控制：發(fā)送節(jié)點(diǎn)在發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后必 須等待對(duì)方回送確認(rèn)應(yīng)答信息到來后再發(fā)下一幀。接收 節(jié)點(diǎn)檢查幀的校驗(yàn)序列，無錯(cuò)則發(fā)確認(rèn)幀，否則發(fā)送否 認(rèn)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(rèn)幀丟失）, 解

8、決辦法發(fā)送后使用超時(shí)定時(shí)器；重幀現(xiàn)象（收到同樣的兩幀）解決辦法是對(duì)幀進(jìn)行編號(hào)適用：半雙工通信（2）滑動(dòng)窗口流量控制：是指對(duì)于任意時(shí)刻，都允 許發(fā)送端/接收端一次發(fā)送/接收多個(gè)幀，幀的序號(hào)個(gè)數(shù) 稱為發(fā)送/接收窗口大小舌用：全雙，工3.網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer又稱為通信子網(wǎng)層，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(wù)的基礎(chǔ)上向資源子網(wǎng)提供服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層將從高層傳送下來的數(shù)據(jù)打包，再進(jìn)行必要 的路由選擇、差錯(cuò)控制、流量控制及順序檢測(cè)等處理，工作原理：以幀控制段長(zhǎng)為8位，則發(fā)送幀序號(hào)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(duì)）12（正 確）34（正 確）滑動(dòng)窗口的大小與協(xié)議的關(guān)系:W1, W=1,協(xié)議為退回N步的ARQ自動(dòng)反 饋請(qǐng)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(luò)的源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn) 之間的數(shù)據(jù)包傳輸（數(shù)據(jù)鏈路層只是負(fù)責(zé)同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中 的相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間鏈路管理及幀的傳輸）,即完成對(duì)通信 子網(wǎng)正常運(yùn)行的控制關(guān)鍵技術(shù)：路由選擇傳送信息的基本單位：包（Packer）網(wǎng)絡(luò)層采用

10、的協(xié)議是X.25分組級(jí)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)：立、艮務(wù);為路交換建的建立、面向無連接服務(wù)據(jù)目驢址選擇路后沒有連接 網(wǎng)絡(luò)層的內(nèi)容：儲(chǔ)轉(zhuǎn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪?個(gè)網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的邏輯 路層中的物理地址是指在同一網(wǎng)絡(luò)中） 算法在的輸功中是出選一向絡(luò)的節(jié)點(diǎn)盥原則和 路由。有非適應(yīng)型（有隨機(jī)式、擴(kuò)散式、固定式路 選法）和自適應(yīng)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(luò)性指在降的子網(wǎng)中由于出現(xiàn)過量4. 傳輸法 是計(jì)算機(jī)網(wǎng)梁，完成資源子網(wǎng)中兩節(jié)點(diǎn)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(guān)的通信 處理，

11、向傳輸層提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；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(luò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。、功能實(shí)現(xiàn)通信子網(wǎng)端到端的可靠傳輸（保證通信 的質(zhì)量）Sessi on Layer信息傳送的基本單位：報(bào)文 傳輸層采用的協(xié)議是ISO8072/35. 會(huì)話法又稱為會(huì)晤法，是利用傳輸法提供的端到端的服務(wù) 向表示法或會(huì)話法用戶提供會(huì)話服務(wù)。功能供一個(gè)面向用戶的連接服務(wù)，并為會(huì)話活 動(dòng)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(bào)文 會(huì)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(jié)構(gòu)， 并通過使用這種抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在各端系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)類型和編碼的轉(zhuǎn)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(bào)文表示層采用的協(xié)議是ISO8822/3/4/57.應(yīng)用層（Application Layer ）應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終用戶間的接口，是利用 網(wǎng)絡(luò)資源唯一向應(yīng)用程序直接提供服務(wù)的層。功能：包括系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(bào)文應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)用服務(wù)元素CASE勺ISO8649/50享需要Internet類型的服務(wù)器、用戶終端以 及路由器、網(wǎng)關(guān)、通信線路等連接組成，不同網(wǎng)絡(luò)之間、 不同類型設(shè)備之間要完成信息的交換、資源的共 有功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)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(guó) ARPANET網(wǎng)其主要目的是提供與底層硬件無關(guān)的網(wǎng)絡(luò) 之間的互連，包括各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。TCP/IP并不是單 純的兩個(gè)協(xié)議而

14、是一組通信協(xié)議的聚合，所包含的每個(gè) 協(xié)議都具有特定的功能，完成相應(yīng)的 OSI層的任務(wù)。TCP/IP協(xié)議特點(diǎn)：開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（與硬件、一 _os無關(guān)） 獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件（運(yùn)行于laN wan 特別是互聯(lián)網(wǎng)中）應(yīng)用層會(huì)話層應(yīng)用層表示層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)接口層物理層2. TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)編址（網(wǎng)絡(luò)地址的唯一性） 標(biāo)準(zhǔn)化咼層協(xié)議可提供多種服務(wù)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(wù)的原則。構(gòu)如圖所示， 由于設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮到要與具體的傳 輸媒體相關(guān)，所以沒有對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層 和物理層做出規(guī)定。實(shí)際上， TCP/IP 的這種層

15、次結(jié)構(gòu)遵循著對(duì)等實(shí)體通信 原則，每一層實(shí)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(yīng)用層一息傳輸應(yīng)用程序接口層與OSI模型中的高三層任務(wù)相同， 用于提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；傳輸層又稱為主機(jī)至主機(jī)層，與 OSI傳輸層類似， 負(fù)責(zé)主機(jī)到主機(jī)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(jìn)行路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)發(fā)送 到目的主機(jī)。常用的協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口層對(duì)應(yīng)著oSi的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù) 責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收ip數(shù)據(jù)報(bào)。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(gè)面向無連接的協(xié)議，在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸處 理上，只提供“盡力傳送機(jī)制”，也就是盡最大努力完成 投遞服務(wù)，、而不管傳輸正確與否。亠IP協(xié)議特點(diǎn)：一是提供無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制； 一是能完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。IP協(xié)議的作用：用于主機(jī)與網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)、主 機(jī)與主機(jī)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(biāo)識(shí) 通信媒體）、面向無連接數(shù)據(jù)報(bào)傳送（實(shí)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(bào)，主要采用的方 法是分段、重裝、實(shí)現(xiàn)物理地址到IP地址轉(zhuǎn)化）、數(shù)據(jù) 報(bào)路由選擇（同一網(wǎng)絡(luò)沿實(shí)際物理路由傳送的直接路選 和跨網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)由路由

17、器或網(wǎng)關(guān)傳送的間接路選）和差錯(cuò) 處理（是指ICMP提供的功能）2）網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP為IP協(xié)議提供差錯(cuò) 報(bào)告3）網(wǎng)際主機(jī)組管理協(xié)議IGMP負(fù)責(zé)網(wǎng)中點(diǎn)到點(diǎn)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(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的任何兩臺(tái)主機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，都必須獲得對(duì)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(luò)之間的主機(jī)進(jìn)行通信當(dāng)IP把數(shù)據(jù)從一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)物理網(wǎng) 絡(luò)之后，就不能完全依靠IP地址了，而要依靠主機(jī)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(biāo)主機(jī)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(guān)系，而這種映射關(guān)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(gè) ARP青求數(shù)據(jù)包（源 主機(jī)的物理地址、IP地址、目的主機(jī)的IP地址、數(shù)據(jù)）， 網(wǎng)絡(luò)上所有的主機(jī)都可接收該數(shù)據(jù)包，只有目的主機(jī)處 理ARP數(shù)據(jù)包并向源主機(jī)發(fā)出ARP響應(yīng)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(gè)RARF請(qǐng)求數(shù)據(jù)包（源 主機(jī)的物理地址、IP地址、目的主機(jī)的物理地址、數(shù)據(jù)）， 網(wǎng)絡(luò)上所有的主機(jī)都可接收該數(shù)據(jù)包，只有目的主機(jī)處 理RARP數(shù)據(jù)

19、包并向源主機(jī)發(fā)出 RARP向應(yīng)數(shù)據(jù)包（包含 了 IP地址）。5）傳輸控制協(xié)議TCPTCP是一個(gè)面向連接、端對(duì)端的全雙工通信協(xié)議， 通信雙方需要建立由軟件實(shí)現(xiàn)的虛連接，為數(shù)據(jù)報(bào)提供 可靠的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。提供自動(dòng)恢復(fù)丟失數(shù)據(jù)的功能。I輸層將應(yīng)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(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的確認(rèn)、流量控制 和網(wǎng)絡(luò)擁塞的處理；自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)，并提供錯(cuò)誤重發(fā) 的功能;將多條路由傳送的數(shù)據(jù)報(bào)按照原序排列，并對(duì) 重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行擇??；控制超時(shí)重發(fā)，自動(dòng)調(diào)整超時(shí)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(gòu)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(jī)，目的主 機(jī)對(duì)存入在輸入緩存區(qū)的 TPDU進(jìn)行檢驗(yàn)，確定是要求 重發(fā)還是接收）、結(jié)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(bào)協(xié)議亠UDP 、UDP是一個(gè)面向無連接協(xié)議，主要用于不要求確認(rèn) 或者通常只傳