ISOOSI参考模型(zlp2012).pptVIP

第第2 2篇篇 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 一、网络的层次结构 二、ISO/OSI参考模型 三、IEEE802模型与局域网 四、交换式局域网 五、INTERNET与TCP/IP体系结构 六、IP路由与TCP层 七、ATM网络与信元交换 第第4 4章章 ISO/OSIISO/OSI参考模型参考模型 4.14.1 网络的层次网络的层次 4.1.14.1.1 基本概念与分层基本概念与分层 。网络的作用是。网络的作用是为实体提供通信联系为实体提供通信联系( (实体实体指通信联系所涉及的内容指通信联系所涉及的内容) ) 。网络由。网络由多个实体构成多个实体构成，各实体间工作需按一定的规则，各实体间工作需按一定的规则( (协议协议) ) 。协议协议: :是规则是规则( (范范) )，它规定交换数据的格式和时序等，它规定交换数据的格式和时序等 。协议是复杂且分层的集合，每层都使用较低层提供的服务协议是复杂且分层的集合，每层都使用较低层提供的服务, ,同同 时又为高层提供服务时又为高层提供服务( (高层依靠低层高层依靠低层) ) 。协议分：协议分：同等层同等层间的通信协议和间的通信协议和不同等层不同等层间的通信协议间的通信协议 。协议的分层和层次的模型集合。协议的分层和层次的模型集合称计算机网络体系结构计算机网络体系结构 网络体系结构的核心：核心：协议和接口 1、基本概念 2 2、协议分层特点、协议分层特点 。各层只能与相邻上、下层通信，不能跨层通信 。各层均有自己的协议，且相互独立，任务明确 3 3、协议分层原则、协议分层原则 。每层的功能需明确且相对独立，层与层之间通过接口联系每层的功能需明确且相对独立，层与层之间通过接口联系 。各层的功能的确定要有助于网络协议的国际标准制定。各层的功能的确定要有助于网络协议的国际标准制定 。层间接口需清晰，尽量减少跨越接口的信息量。层间接口需清晰，尽量减少跨越接口的信息量 。层数适当，太少不易描述；太多，则使网络结构过于复杂。层数适当，太少不易描述；太多，则使网络结构过于复杂 接口:是网中不同功能层之间的通信规约，是数据流穿越功 能层界面的约定，是实体之间的连接部分 物理层是网络中各结点的直接接口 4 4、接口与服务、接口与服务 5 5、层与接口间的服务关系、层与接口间的服务关系( (体系结构的特点体系结构的特点) ) 4.1.34.1.3 各层设计中的流量控制各层设计中的流量控制 1 1、网络的拥塞与死锁、网络的拥塞与死锁 网络资源是有限的(链路容量、结点缓冲区大小、结点处理能 力)，当某时刻对网络资源的需求量超过其所能提供的数量时，性 能就会下降，如实施一定的策略控制则会大大提高网络的性能 拥 塞：网络的吞吐量随输入 负载的增大而下降的现象 死 锁：吞吐量随输入大到一 定程度，引起网络不能工作 目 的：在互相竞争用户之间合理、有效地动态分配网络资源 用户资源需求可用资源 引起拥塞、死锁的原因引起拥塞、死锁的原因 2 2、流量控制的基本原理、流量控制的基本原理 流量控制技术的实现手段可在网络的任何层面，目前一般 在物理层、数据链路层、网络层和传输层中实现 流量控制功能 防止网络因过载而引起的吞吐率的下降和延时的增加 实现流量控制的基本策略 增加用户可用资源和限制用户资源需求 物理层流量控制的基本策略 。增加通道带宽 。均衡网络负荷 。增加缓冲区域等 其它层面的流量控制策略 主要是限制用户资源需求 研究流量控制的角度：网络组成环节、网络体系结构 1）网络组成环节 。涉及相邻节点间(段级)、节点间(入/出口级)、主机与节点 间(进网级)、主机间(传输级) 。段级控制在链路层上；入/出口级控制在网络层；进网级控 制在网络和链路层、传输级控制在传输层 2）网络体系结构 体系结构涉及到 。物理层 。链路层 。网络层 。传输层 3、流量控制的级别 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 流量控制的级别有：相邻结点控制；源结点和目的结点控制； 主机与源结点的控制；原主机与目的主机控制 3)流量控制具体级别 。相邻结点控制：维持均匀平滑流量，避免产生局部拥塞和死锁 。源结点和目的结点：防止目的结点因缺少缓冲区而产生拥塞 。主机与源结点的控制：控制进网的总通信量（网络访问流量控制） 。原主机与目的主机控制：防止用户缓冲区出现拥塞 即通过限制用户对资源需求来控制流量的方法 等待传输法 当接收节点的缓冲区将被占满(死锁来临之前), 向发送节点 发暂停信息；危险解除后，再通知发送节点恢复发送 预约缓冲区法 源主机传输前，向目的主机预约缓冲区，根据分配的缓冲区 大小控制数据的发送量(当缓冲区用完后等待重新分配) 数据单元丢弃法 目的主机有缓冲区时就接收，无缓冲区时就将数据单元丢弃， 被丢弃的由于得不到确认而需重发 许可证法（全网流量控制策略） 每个节点利用许可证来发送数据 4用户资源需求限制策略 。1982年出台，仅是“参考模型”，不是网络体系结构的全部 。模型不基于特定机型、网络操作系统和公司产品 。模型仅描述层的功能，没描述各层使用那些协议和承担那些任务 。模型中各层的功能都在下一层支持下实现，并且支持上一层 4.24.2 ISO/OSIISO/OSI参考模型结构参考模型结构 。应用层：为应用进程提供访问OSI环境的手段 。表示层：为上下层之间提供对数据或信息的语法和语义的转换 。会话层：管理不同主机上各进程间的对话 。传输层：为上层用户提供独立于具体网络、透明的端-端数据传输服务 。网络层：负责分组从信源到信宿如何选择路由穿越通信子网 。数据链路层：将有差错的物理链路转化成没有传输错误的数据链路 。物理层：负责在物理介质上传输原始的二进制比特流 n OSI参考模型七个层次功能 应应用层层与用户应户应 用进进程接口做什么 表示层层数据格式转换转换对对方看起来象什么 会话层话层会话话管理与数据传输传输 同步该谁讲话该谁讲话 ？从哪讲讲起？ 传输层传输层端到端可靠的数据传输传输对对方在哪？ 网络层络层分组传组传 送，路由选择选择 、流量控制走那条路可以到达对对方？ 数据链链路层层 相邻节邻节 点无差错错的传传送帧帧每一步该该怎么走？ 物理层层物理介质质上透明的传传送位流怎样样用物理媒体？ n n OSIOSI各层中传输的数据格式各层中传输的数据格式 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 网络支持层 (通信子网) 用户支持层 (资源子网) 连接层 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 报文/ 数据段 报文分组 单元帧 比特流 主机相关的层和数据传输相关的层 网络传输 传输层 数据链路层 网络层 物理层 主机系统 会话层 表示层 应用层 4.2.1 OSI4.2.1 OSI模型底层模型底层 OSI OSI的底层包括物理层、数据链路层、网络层。主的底层包括物理层、数据链路层、网络层。主 要功能是实现通信，属于通信子网部分要功能是实现通信，属于通信子网部分 1 1、物理层、物理层( (是解决是解决“物理连接物理连接”的标准问题的标准问题) ) 定义：定义：物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的 特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间 进行比特传输的物理连接进行比特传输的物理连接 功能：功能：在两个网络设备之间提供透明的比特流传输在两个网络设备之间提供透明的比特流传输 研究内容：研究内容：物理连接的启动和关闭，正常数据的传物理连接的启动和关闭，正常数据的传 输及维护管理输及维护管理 (1) 建立在传输介质之上，不考虑传输介质具体问题，只关心链 路两端物理特性。特性包括： 。机械特性：插头尺寸、各脚位置 。电气特性：表示“1”和“0”的电压、宽度 。功能特性：某一根线上出现某一电平所代表的意义 。规程特性：不同功能的各种可能事什出现的顺序 (2) 相关问题 。数据传输单位 串行、并行 。数据传输方式 全双工或半双工及同步方式 。服务质量参数 出错率、可用性、速率和延迟 。物理层本身的管理等 1) 1) 物理层包含的含义物理层包含的含义 应用层 7 表示层 6 会话层 5 传输层 4 网络层 3 数据链路层2 物理层 1 2 2）典型物理层标准接口）典型物理层标准接口 (1) EIA RS-232C 69年提出RS-232C。用于数据终端设备(DTE)/数据电路端 接设备(DCE)之间的接口 。机械特性 25芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。 。电气特性 采用非平衡型电气特性，低于-3V为“1”，高于+4V为 “0”，最大20Kbps，最长15m 非平衡传输：所有电路共享一个公用的地线 平衡传输：每个主要电路需要两根线，没有公用的地线 。规程特性 RS-232C有14中不同的接口类型，适合于：单工、半双 工、全双工、同步、异步 。RS-232C的不足与改进 不足：传输性能低，距离短，速率低 改进：77年提出RS-449 2 2、数据链路层、数据链路层(无错的数据传输链路) 该层从一条传输链路的角度来解决传输中可靠性的问题，并将 不可靠的物理传输信道变成无差错、可靠的数据链路 n 该层需解决的问题 1）如何将数据组合成帧，并确定帧的顺序，以便拼接 2）如何控制帧在物理信道上的传输(流量和差错控制) 3）如何调节发送速率，使之与接收方相匹配 4）如何在两个实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放 n 功能体现 。组帧_把物理层送来的比特流原始数据分割成帧 。向网络层提供可靠透明的数据传输服务 。进行数据链路层的差错控制和流量控制 n 协议：面向字符的同步通信协议(BSC)、面向位 的SDLC/HDLC协议 应用层 7 表示层 6 会话层 5 传输层 4 网络层 3 数据链路层2 物理层 1 肯定应答： 接收端对收到的帧进行效验，无错回送ACK，确认 否定应答： 接收端收到一帧后进行效验，有错回送NAK，重传 超时重传： 发端设发送计时器，发出帧后启动计时器，如规定 时间内没收到应答信号(ACK/NAK)则确认帧丢失，重发 本层的差错控制主要是指检测和重传，利用差错控制技术自动 对错误帧或丢失帧进行请求重发(自动请求重发ARQ),常用方法有： 数据链路层 说明： 数据需重传的3种情况：帧破坏、帧丢失、应答帧丢失 ARQ的三种形式：停等ARQ、后退N帧ARQ、选择性ARQ n n 数据链路层的差错控制技术数据链路层的差错控制技术 3 3、网络层、网络层 网络层从整个网络的角度来处理数据传输中的有关问题，即设 法将数据从源端经若干个中间节点传送到目的端，为传输层提供最基 本的端到端的数据传送服务 该层功能：路由选择、阻塞控制和网际互连等 n n 具体考虑问题具体考虑问题 (1) 路由选择 如何在各子网之间找到到达传送目的地的最佳路径 (2) 流量和拥塞控制 防止在子网中间出现过多分组，造成通路阻塞和瓶颈 (3) 差错及故障恢复 利用网络层中的标准协议，完成差错及故障的恢复 代表协议有：X.25、Internet使用的IP协议等 l X.25是在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备DTE和 数据电路端接设备DCE之间的接口 l X.25网络设备分DTE、DCE和分组交换设备(PSE) 。DTE是X.25的末端系统,一般位于用户端(如终端、计算机或网络主机) 。DCE设备是专用通信设备(如调制解调器和分组交换机) 。PSE是公共网络的主干交换机 n n X.25 X.25网络网络 l X.25规范对应了OSI三层，描述了分组的格式及分组交换的过程 l X.25协议包括物理层、数据链路层和分组层三个层次 l 第二层定义了用于DTE/DCE连接的帧格式 l 第三层描述了对等的第三层实体间的包格式和交换过程 n n X.25X.25的协议层次的协议层次 虚电路服务的特点 。主机间建立一对穿过网络的数字管道.所有发送的分组都按发送 的前后顺序进入管道进行传送 。到达目的站的分组不会因网络出现拥塞而丢失，也不会乱序 。虚电路服务对通信的服务质量有较好的保证 其主要功能是向主机提供多信道的虚电路服务 X.25X.25提供的服务提供的服务 虚电路服务 是网络层向传输层提供的一种使所有分组按顺序到达目的端的 可靠数据传送方式 具体具体服务 无连接的网络服务(数据报服务) 面向连接的网络服务(虚电路服务 ) 数据报服务和虚电路服务数据报服务和虚电路服务 数据报服务力求使网络在恶劣的环境下仍可工作，因而只能要求提供尽最大 努力的服务，可靠通信由用户终端中的软件(即TCP)来保证 Computer Computer 通信子网 network ComputerComputer Computer Computer B A C D E 主机 host 4.2.24.2.2 传输层传输层( (关键层) ) n OSI模型中最重要、最关键的一层，是唯一负责总体数据传输 和控制的一层。 n 传输层向高层提供可靠的端到端的网络数据流服务 n 是连接通信服务、通信管理及数据处理服务的桥梁，提供的 是端到端的进程通信服务 n 传输层处理的是主机间的数据通信(源目的) 具体考虑问题有： 1) 两个主机间的数据传输方式(与连接有关否) 。虚电路方式: 与连接有关的数据传输服务 。数据报方式: 与连接无关的数据传输服务 2) 分组 。如何把数据分割成数据包并进行分组。从而为会话层 提供最佳的传输服务 1、传输层的功能 主要功能是增强和优化网络层提供的服务质量主要功能是增强和优化网络层提供的服务质量 。为端到端连接提供可靠的传输服务。为端到端连接提供可靠的传输服务. . 。为端到端连接提供。为端到端连接提供流量流量/ /差错控制、服务质量差错控制、服务质量( (QoSQoS) )等管理服务等管理服务 2、传输层和网络层研究的层次 。网络层考虑的是网络的细节 。传输层考虑的是主机间逻辑连接如何处理数据的传输 传输层是网络的第一个端到端的层次，向上提供的服务最终表现为 面向应用程序的服务 应用程序间的通信由多个进程实现，传输层顶端提供多个“端”(传 输 地址)服务，一个端口对应一个进程，以满足多个进程要求 3、传输层的服务过程 传输层的服务是通过两个传输体之间所用的传输协议实现 传输地址 网络地址 与远端固定传输地址的连接 连接过程： 。源主机进程发出连接请求，源主机传输层收到连接请求后，在 源主机和目标主机上选择NSAP(网络地址) ，并建立连接 。源主机利用连接，将服务质量参数通知目的主机，目的主机发 出连接响应原语 。源主机收到确认信号，连接建立成功 1）建立连接 。应用程序要进行连接，需确定一对传输地址TSAP(远端、本地)， 远端传输地址有：固定传输地址和非固定传输地址 。建立连接有：与远端固定传输地址连接和与非固定传输地址连接 TSAP地址和NSAP地址结构 。TSAP地址层次结构： 即:TSAP地址NSAP地址 。由上得知： 传输连接是基于网络连接 网络连接是传输连接的一部分 与非固定传输地址的连接 连接过程(通过公用传输地址TSAP与非固定传输地址进行连接) 。请求进程给注册进程(常驻内存且固定TSAP地址)发消息，说明要 服务的程序 。注册进程按要求产生新进程，并为其分配一末用的传输地址，同 时注册进程将分配的传输地址发给远端请求进程 2）数据传输 传输步骤有数据封装、拼接和分割、多路复用、分流、流量控制 和缓冲管理 数据封装 源端，传输层接收来自高层的服务数据单元，然后加上报头进 行封装，使之成为传输层的协议数据单元。如报文太长则将其分段； 太短进行组装，在目的端再恢复原状。 分 流 当用户进程发送的数据量大于网络连接容量时，该传输连接可 以打开多个网络连接(多条虚电路)来提供带宽 流量控制和缓冲管理 。缓冲管理 因传输层连接个数比数据链路层多，同时建立连接的可能性 较小，为提高缓冲区的利用率，常采用可变窗口来管理 4、传输层的基本开发思路 应用层 7 表示层 6 会话层 5 传输层 4 网络层 3数据链路层2 物理层 1 通 信 子 网 资 源 子 网 将报文差错、顺序控制等复杂问题放在通信子网中解决，还是 放在主机(传输层)中解决 网络层向传输层提供面向连接(虚电路)和无连接(数据报)服务 传输层也提供面向连接和无连接两种服务 因传输层是对网络层在可靠性方面的最后补充，即在传输层 之上不再考虑传输的可靠性问题 pp 网络层向上提供服务的方式不同，代表了两种 建网思想 。Internet(面向无连接) 复杂问题放在主机中，通信子网不可靠 。ATM(面向连接) 复杂问题放在通信子网中 5、传输层协议类型与网络层服务质量的关系 n 关 系： 1）传输层的工作依赖于网络层提供的服务质量 2）网络层提供的服务愈完善，传输层的协议就愈简单 n 网络服务按质量可分为三种类型 。A级：提供完善的服务，分组的丢失、重复和错序极少 。C级：服务几乎是不可靠的，会出现分组丢失和重复分组 。B级：网络服务介于A级和C级之间 n 说 明： 。基于A级的