《OSI分層模型》課件

OSI分層模型OSI(OpenSystemsInterconnection)分層模型是一個(gè)概念性的框架,用于理解和設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。它將網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程劃分為七個(gè)層次,每層都有相應(yīng)的功能和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。OSI分層模型概述分層架構(gòu)OSI模型將網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程劃分為七個(gè)層次,每個(gè)層次都有特定的功能和任務(wù)。通信過(guò)程數(shù)據(jù)在不同層次之間傳輸,每一層都負(fù)責(zé)特定的功能,最終實(shí)現(xiàn)端到端的通信。標(biāo)準(zhǔn)化OSI模型為網(wǎng)絡(luò)通信提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的框架,有助于不同硬件和軟件的互聯(lián)互通。OSI分層模型的誕生背景網(wǎng)絡(luò)通信的需求隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,不同廠商的設(shè)備需要互聯(lián)互通,產(chǎn)生了標(biāo)準(zhǔn)化的需求。開放性互聯(lián)互通OSI模型旨在創(chuàng)造一個(gè)開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的體系,促進(jìn)不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)的互聯(lián)互通。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)牽頭制定了OSI參考模型,為網(wǎng)絡(luò)通信提供了統(tǒng)一的框架。OSI分層模型的七層結(jié)構(gòu)OSI(OpenSystemsInterconnection)分層模型是一個(gè)概念性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議參考模型,定義了網(wǎng)絡(luò)通信的七個(gè)層次:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。這七個(gè)層次分工明確,每一層都有自己的協(xié)議和功能,層與層之間通過(guò)接口進(jìn)行交互。這種分層設(shè)計(jì)不僅提高了網(wǎng)絡(luò)通信的靈活性和可擴(kuò)展性,也使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化,有利于不同廠商設(shè)備和軟件的互操作性。物理層物理層是OSI參考模型的第一層,負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接和數(shù)據(jù)的傳輸。它定義了電氣、機(jī)械、功能和過(guò)程規(guī)范,為上層協(xié)議提供了基本的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。物理層的作用數(shù)據(jù)傳輸物理層負(fù)責(zé)通過(guò)物理媒體如電纜、光纖等進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的電氣、機(jī)械、功能和過(guò)程上的傳輸。它定義了如何在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。接口定義物理層還負(fù)責(zé)定義設(shè)備之間的物理接口,如連接器、電壓電平等,確保數(shù)據(jù)正確傳輸。物理層的主要功能信號(hào)傳輸物理層負(fù)責(zé)電子信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信媒體之間的傳輸。編碼與調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為可在物理媒體上傳輸?shù)哪M信號(hào)。時(shí)序控制確保發(fā)送端和接收端的時(shí)間同步，保證信號(hào)正確傳輸。物理接口定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接規(guī)范，如接口類型和電氣特性。物理層的常見設(shè)備雙絞線電纜最常見的物理層傳輸媒介之一,用于以太網(wǎng)和電話線網(wǎng)絡(luò)。具有抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。光纖電纜采用光傳輸?shù)母咚倬W(wǎng)絡(luò)專用電纜,傳輸速率快、抗干擾能力強(qiáng),常用于遠(yuǎn)距離高帶寬網(wǎng)絡(luò)。同軸電纜以同軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),廣泛應(yīng)用于有線電視和早期以太網(wǎng),具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離長(zhǎng)等特點(diǎn)。網(wǎng)卡物理層設(shè)備中的關(guān)鍵部件,負(fù)責(zé)在物理媒體上收發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),是連接計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的重要接口。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層,負(fù)責(zé)在物理連接上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。它位于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間,承擔(dān)著將原始數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)侥繕?biāo)的重要任務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層的作用1建立和維護(hù)節(jié)點(diǎn)間的可靠連接數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間建立和管理節(jié)點(diǎn)間的連接,確保數(shù)據(jù)的有序傳輸。2數(shù)據(jù)幀的封裝和錯(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)將網(wǎng)絡(luò)層傳遞的數(shù)據(jù)打包成幀,并添加校驗(yàn)碼以檢測(cè)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。3流量控制和訪問(wèn)控制數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)根據(jù)接收方的緩沖區(qū)狀態(tài)進(jìn)行流量控制,并管理節(jié)點(diǎn)對(duì)共享介質(zhì)的訪問(wèn)。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能1物理地址尋址數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在物理設(shè)備之間進(jìn)行地址尋址和維護(hù),確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳輸。2數(shù)據(jù)幀管理將上層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分割成合適的幀,并進(jìn)行編碼、同步、差錯(cuò)檢查等操作。3流量控制通過(guò)緩存和反饋機(jī)制,調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速度,防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。4訪問(wèn)控制管理多個(gè)設(shè)備共享信道的訪問(wèn)權(quán)限,提高網(wǎng)絡(luò)利用率。數(shù)據(jù)鏈路層的常見設(shè)備網(wǎng)卡網(wǎng)卡是數(shù)據(jù)鏈路層的核心設(shè)備,負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包裝成幀并進(jìn)行發(fā)送與接收。集線器集線器可以連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,將信號(hào)從一個(gè)端口傳輸?shù)狡渌卸丝凇＝粨Q機(jī)交換機(jī)可以根據(jù)MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),實(shí)現(xiàn)更高效的局域網(wǎng)通信。網(wǎng)橋網(wǎng)橋可以連接兩個(gè)不同的局域網(wǎng)段,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的互連。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是OSI分層模型中的第三層,主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)尋址和路由,確保數(shù)據(jù)能正確地在不同網(wǎng)絡(luò)間傳輸。網(wǎng)絡(luò)層的作用數(shù)據(jù)路由網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源地址路由到目的地址,確保數(shù)據(jù)包能夠在網(wǎng)絡(luò)上傳遞到正確的目標(biāo)設(shè)備。尋址和邏輯尋址網(wǎng)絡(luò)層提供邏輯地址,如IP地址,用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)設(shè)備,并確保數(shù)據(jù)包能夠正確定位到目的地。擁塞控制網(wǎng)絡(luò)層還負(fù)責(zé)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況,并采取相應(yīng)的策略,如流量整形等,以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能數(shù)據(jù)路由網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā),確保數(shù)據(jù)能夠在不同網(wǎng)絡(luò)之間順利傳輸。邏輯尋址網(wǎng)絡(luò)層提供邏輯地址,如IP地址,用于標(biāo)識(shí)和定位網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。分片與重組當(dāng)數(shù)據(jù)包太大無(wú)法直接傳輸時(shí),網(wǎng)絡(luò)層會(huì)將其分成多個(gè)較小的分片,并在目的地重新組裝。流量控制網(wǎng)絡(luò)層會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率,避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓。網(wǎng)絡(luò)層的常見協(xié)議IP協(xié)議IP協(xié)議是最廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的尋址和路由選擇。ICMP協(xié)議ICMP協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間傳遞控制消息和錯(cuò)誤報(bào)告,如主機(jī)不可達(dá)、超時(shí)等。ARP協(xié)議ARP協(xié)議用于解析IP地址到對(duì)應(yīng)的MAC地址,實(shí)現(xiàn)二層和三層之間的地址映射。路由協(xié)議路由協(xié)議如RIP、OSPF、BGP等,用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的路由信息交換和最優(yōu)路徑選擇。傳輸層傳輸層負(fù)責(zé)建立和保持終端設(shè)備之間的通信,確保數(shù)據(jù)正確送達(dá)目的地。它提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),保證了上層應(yīng)用的正常運(yùn)行。傳輸層的作用端到端數(shù)據(jù)傳輸傳輸層負(fù)責(zé)在應(yīng)用程序之間建立可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸通道。錯(cuò)誤檢查和流量控制傳輸層提供數(shù)據(jù)完整性檢查、重傳機(jī)制和流量控制等功能。多路復(fù)用和分段傳輸層支持不同應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)多路復(fù)用和分段傳輸。傳輸層的主要功能數(shù)據(jù)傳輸傳輸層負(fù)責(zé)將上層數(shù)據(jù)分割成合適大小的數(shù)據(jù)包,并將其發(fā)送至對(duì)方主機(jī)。同時(shí)對(duì)接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重組和校驗(yàn)。端口管理傳輸層通過(guò)端口號(hào)標(biāo)識(shí)應(yīng)用層的不同進(jìn)程,確保數(shù)據(jù)能被正確地發(fā)送至目標(biāo)應(yīng)用程序。流量控制傳輸層根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送速率,防止發(fā)送端向接收端發(fā)送過(guò)多數(shù)據(jù)而造成接收端緩存溢出。傳輸層的常見協(xié)議TCP(傳輸控制協(xié)議)面向連接的可靠傳輸協(xié)議,提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),保證數(shù)據(jù)安全準(zhǔn)確送達(dá)。UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)無(wú)連接的不可靠傳輸協(xié)議,適用于對(duì)時(shí)間敏感的實(shí)時(shí)應(yīng)用,如視頻會(huì)議和在線游戲。SCTP(流控制傳輸協(xié)議)面向連接的可靠傳輸協(xié)議,提供多宿主支持和部分可靠性,適用于高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)景。DCCP(數(shù)據(jù)報(bào)擁塞控制協(xié)議)面向連接的半可靠傳輸協(xié)議,提供擁塞控制機(jī)制,適用于實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用。會(huì)話層會(huì)話層負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和同步通信中的對(duì)話。它確保通信雙方正確地轉(zhuǎn)換和解釋數(shù)據(jù),從而保證整個(gè)交互過(guò)程的順利進(jìn)行。會(huì)話層的作用會(huì)話建立與管理會(huì)話層負(fù)責(zé)在通信雙方之間建立、維護(hù)和同步會(huì)話。數(shù)據(jù)同步與校驗(yàn)會(huì)話層可以提供應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳輸?shù)男ｒ?yàn)和同步機(jī)制。檢查點(diǎn)與恢復(fù)會(huì)話層可以在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中設(shè)置檢查點(diǎn),以便在出現(xiàn)故障時(shí)恢復(fù)傳輸。會(huì)話層的主要功能建立和管理會(huì)話會(huì)話層負(fù)責(zé)在通信設(shè)備之間建立、維護(hù)和同步會(huì)話。它確保數(shù)據(jù)能順利在設(shè)備間傳輸。檢查和恢復(fù)中斷的會(huì)話如果會(huì)話意外中斷,會(huì)話層會(huì)檢測(cè)到并嘗試恢復(fù)會(huì)話,保證數(shù)據(jù)傳輸完整。提供安全機(jī)制會(huì)話層可以提供校驗(yàn)和、加密等安全機(jī)制,確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的完整性和機(jī)密性。會(huì)話層的常見協(xié)議NetBIOSNetBIOS是微軟開發(fā)的會(huì)話層協(xié)議,用于在本地網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的共享資源訪問(wèn)和通信。RPC遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用(RPC)是一種允許應(yīng)用程序在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上調(diào)用彼此的功能的協(xié)議。SQL結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL)是一種用于管理和操作關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議,也屬于會(huì)話層。NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS)是一種使用會(huì)話層協(xié)議的分布式文件系統(tǒng),允許通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的文件。表示層表示層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的語(yǔ)法和語(yǔ)義,并將不同計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序所使用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式。這一層確保應(yīng)用程序能夠交換信息,而不需要考慮底層硬件和軟件的差異。表示層的作用數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化表示層負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,確保不同設(shè)備和應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)格式兼容。數(shù)據(jù)編碼和壓縮表示層可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、解密、壓縮和解壓縮等操作,保護(hù)數(shù)據(jù)安全并提高傳輸效率。多媒體處理表示層負(fù)責(zé)管理和處理多媒體數(shù)據(jù),如圖像、音頻和視頻等,確保它們?cè)趥鬏斶^(guò)程中得到正確的呈現(xiàn)。表示層的主要功能數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換表示層負(fù)責(zé)將不同系統(tǒng)和應(yīng)用程序使用的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一,確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中保持原有的語(yǔ)義和格式。加密和解密表示層提供數(shù)據(jù)加密和解密功能,保護(hù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮表示層能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓縮,提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率,減少帶寬占用。表示層的常見協(xié)議ASCII編碼表示層提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的字符編碼格式ASCII，用于在不同系統(tǒng)間傳輸文本數(shù)據(jù)。它定義了128個(gè)字符的編碼方式。UNICODE編碼UNICODE編碼是表示層提供的擴(kuò)展編碼格式，能夠覆蓋世界上絕大部分語(yǔ)言的字符，支持更廣泛的文本傳輸需求。JPEG圖像格式JPEG是表示層定義的一種常見的有損圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于照片和圖像的存儲(chǔ)和傳輸。它能夠提供較小的文件大小。GIF圖像格式GIF是表示層定義的一種無(wú)損的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，適用于顏色較少的圖像，如徽標(biāo)、圖標(biāo)等。它支持透明背景和動(dòng)畫效果。應(yīng)用層OSI參考模型的最高層,為用戶直接提供應(yīng)用服務(wù),包含了多種常見的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議。應(yīng)用層的作用信息交換應(yīng)用層提供用戶直接訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)通信和信息交換。數(shù)據(jù)處理應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理來(lái)自下層的數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換為上層應(yīng)用程序可識(shí)別的格式。網(wǎng)絡(luò)資源訪問(wèn)應(yīng)用層定義了用戶如何訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源,包括文件傳輸、電子郵件、萬(wàn)維網(wǎng)等。應(yīng)用層的主要功能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及應(yīng)用應(yīng)用層提供了各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件,如網(wǎng)頁(yè)瀏覽器、電子郵件、文件傳輸?shù)?滿足用戶的各種信息傳輸需求。協(xié)議定義與轉(zhuǎn)換應(yīng)用層定義了各種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,并負(fù)責(zé)在不同協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,確保網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的互操作性。數(shù)據(jù)格式與安全應(yīng)用層處理數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,并提供加密、認(rèn)證等安全機(jī)制,確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)安全性。應(yīng)用層的常見協(xié)議HTTP/HTTPS超文本傳輸協(xié)議,用于在Web瀏覽器和服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)。HTTPS提供了安全和加密的通信。FTP文件傳輸協(xié)議,用于在客戶端和服務(wù)器之間傳輸文件。支持上傳、下載和目錄操作。SMTP/POP3/IMAP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議、郵局協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)郵件訪問(wèn)協(xié)議,用于電子郵件的發(fā)送和接收。DNS域名系統(tǒng),將域名解析為IP地址,支持域名的注冊(cè)、管理和查詢。OSI分層模型總結(jié)七層協(xié)議棧OSI分層模型將網(wǎng)絡(luò)通信劃分為七個(gè)層次,每層有各自的功能和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。層次分明每一層之間相對(duì)獨(dú)立,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行交互,結(jié)構(gòu)清晰。問(wèn)題解決OSI模型有助于定位和解決網(wǎng)絡(luò)通信中的問(wèn)題,提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。OSI分層模型的局限性1復(fù)雜性過(guò)高OSI模型的七層結(jié)構(gòu)過(guò)于詳細(xì)和復(fù)雜,給實(shí)際實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。2缺乏統(tǒng)一實(shí)施OSI模型雖然被廣泛接受,但各廠商在實(shí)現(xiàn)時(shí)并未完全遵循,導(dǎo)致互操作性