《OSI及其功能》PPT课件.ppt

第2章 网络协议与体系结构 2.1 网络协议与体系结构的概念 2.2 OSI及其功能 2.3 TCP/IP 2.4 IP地址与子网掩码 2.2 OSI及其功能 2.2.1 ISO与OSI参考模型 2.2.2 OSI各层功能 2.2.1 ISO与OSI参考模型 1OSI参考模型层次划分原则 图2-8 OSI参考模型及协议 2.七层体系结构传递方式： 原始数据 原始数据A 原始数据AP 原始数据APS 原始数据APST N原始数据APST N原始数据APSTDCRC N原始数据APSTDCRCP bit 流 接收端 原始数据 原始数据A 原始数据AP 原始数据APS 原始数据APST N原始数据APST N原始数据APSTDCRC N原始数据APSTDCRCP发送端 bit 流 3.各层主要功能 图2-9 OSI各层主要功能 两台设备间进行网络通信的实例: (该例使用 TCP/IP发送电子邮件) 首先，发送端从应用层开始，在该层加 入一个邮件应用程序编程接口报头；然后，它 传送到表示层，表示层加入一个MIME报头向 另一端解释消息格式。会话层执行名字解析， 如将163.com解析为5。在传输层 ，数据消息被分成若干个块，建立一个TCP会 话，并且使用窗口进行流量控制。在网络层执 行路由，路径被发送到最近的路由器，并将IP 地址解析为物理地址，在链路层，再一次对块 进行分割为符合介质要求的最大传输单元的帧 。在物理层，数据以电信号形式发送。在另一 端，执行相反的工作，最终将数据重建为单独 的用于应用程序的原始数据。 物理层 该层负责所有层中的大多数实质性的东西。包括： 所有连接器、布线、频率规范、距离、传播延迟 需求、电压等都驻留在物理层。 它是各种网络设备进行互连时必须遵守的最低层 协议。目的在于两个物理设备之间提供透明的二进制 位流的传输。 在ISO中对物理层的定义如下：“物理层为启动 、维护和释放数据链路实体之间二进制位传输而进行 的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特 性。这种物理连接可以通过中间系统，每次都在物理 层内进行中继的二进制位传输。这种物理连接允许进 行全双工或半双工的二进制位流传输。物理服务数据 单元（即二进制位）的传输可以通过同步方式或异步 方式进行。” 一些常见的物理层协议有：EIA/TIA 568A 、 EIA/TIA 568B、RS 232、10BaseT、10Base2、 10Base5、100BaseT和USB 介质类质类型 连连接 器类类 型 最大网 段长长度 最大节节点数 每个网段最 大节节点 节节点间间最小距离 /m 所有网段的 总长总长度/m 10Base5 (粗缆缆以太网 ） DB- 15 500 300 包含中继继器 100 包含中继继 器 2.52500 10Base2 (细缆细缆以太 网） BNC185 90 包含中继继器 30 包含中继继 器 0.5925 10BaseTRJ-45 100 到集线线 器 连连接4个集线线 器 取决于集 线线器 500 100BaseT 自己上网查查找或查阅资查阅资 料 USB 1.物理层（Physical Layer） 二进制在线路上的表示和传输二进制“位”信号。 指定传输方式的要求。 当建立、维护与其他设备的物理连接时，提供需要的 机械、电气、功能特性和规程特性。 数据链路层是OSI参考模型中的第二层,介乎 于物理层和网络层提供的服务的基础上向网 络层提供服务。数据链路层的作用是对物理 层传输原始比特流的功能的加强，将物理层 提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上 无差错的数据链路，即使之对网络层表现为 一条无差错的链路。数据链路层的基本功能 是向网络层提供透明的和可靠的数据传送服 务。透明性是指该层上传输的数据的内容、 格式及编码没有限制，也没有必要解释信息 结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失 信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。 数据链路层 2.数据链路层(Data Link Layer) 数据链路层的主要作用是：通过一些数据链路层协议和链路控制 规程，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。“线路 （Line）”、“链路（Link）”和“数据链路”是不同的概念 。线路中间没有任何交换节点，而链路是一条无源的端到端的 物理线路段，在进行数据通信时，两台计算机之间的通信链路 往往是由许多线路串接而成。把实现控制数据传输的一些规程 的硬件和软件加到链路上就构成了像数据管道一样的数据链路 。有时往往将链路称为物理链路，而将数据链路称为逻辑链路 ，即物理链路加上必要的通信规程就是数据链路。 数据链路层的主要功能： 数据链路的建立和拆除 在两个或多个网络实体间建立一条逻辑通道。发 方网络层发出建立和拆除链路的请求指示，经数据链 路层传递到收方的网络层，收方给出应答信号，再经 链路层传递到发方，使发方网络层得知请求是否被成 功执行。 帧传输和帧同步 这种帧同步方法以一个特殊字符表征一帧的起始 ，并以一个专门字段来标明帧内的字节数。接受方可 以通过对该特殊字符的识别从比特流中区分出帧的起 始，并从专门字段中获知该帧中随后跟随的数据字节 数，从而可确定出帧的终止位置。 面向字节计数的同步规程的典型实例是DEC公司 的数字数据通信报协议DDCMP(Digital Data Communications Message Protocol)。DDCMP采用的 帧格式如下： 网络层 网络层是OSI参考模型中的第三层,介于传输 层和数据链中路层之间。它在数据链路层提 供的两个相邻节点之间的数据帧的传送功能 上，进一步管理网络中的数据通信，将数据 设法从源端经过若干个中间节点传送到目的 端，从而向传输层提供最基本的端到端的数 据传送服务。网络层关系到通信子网的传行 控制，体现了网络应用环境中资源子网访问 通信子网的方式，是OSI模型中面向数据通信 的低三层(也即通信子网)中最为复杂、关键的 一层。 网络层的目的是实现两个端系统之间的 数据透明传送，具体功能包括路由选择、阻 塞控制和网际互连等 网络层的具体功能有： 为传输层提供建立、维持和释放网络连 接的手段，完成路由选择、拥塞控制、网络 互连等功能； 根据传输层的要求选择网络服务质量； 对数据传输过程实施流量控制、差错控 制及顺序控制，向传输层报告未恢复的差错 ； 提供资源子网主机节点与通信子网间的 接口，向传输层提供虚电路服务或数据报服 务。 在虚电路操作方式中，为了进行数据传输，网络的源节点的目的 节点之间先要建立一条逻辑通路，因为这条逻辑通路不是专用 的，所以称之为“虚”电路。每个节点到其它任一节点之间可能 有若干条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，两个 端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电 路的实际路径可能相同也可能不同。 节点间的物理信道在逻辑上均可看做由多条逻辑信道组成 ，这些逻辑信道实际上由节点内部的分组缓冲器来实现。所谓 占用某条逻辑信道，实质上是指占用了该段物理信道上节点分 配的分组缓冲器。不同的逻辑信道在节点内部通过逻辑信道号 加以区分，各条逻辑信道异步时分复用同一条物理信道 网络层上的两种不同的数据传输： 面向连接的虚电路服务；面向无连接的数据报服务。 虚电路服务 传输层 OSIOSI七层模型中的物理层、数据链路层和网络层是七层模型中的物理层、数据链路层和网络层是 面向网络通信的低三层协议。传输层负责端到端的通面向网络通信的低三层协议。传输层负责端到端的通 信，既是七层模型中负责数据通信的最高层，又是面信，既是七层模型中负责数据通信的最高层，又是面 向网络通信的低三层和面向信息处里的高三层之间的向网络通信的低三层和面向信息处里的高三层之间的 中间层。传输层位于网络层之上、会话层之下，它利中间层。传输层位于网络层之上、会话层之下，它利 用网络层子系统提供给它的服务区开发本层的功能，用网络层子系统提供给它的服务区开发本层的功能， 并实现本层对会话层的服务。并实现本层对会话层的服务。 传输层是 传输层是OSIOSI七层模型中最重要、最关键的一层七层模型中最重要、最关键的一层 ，是唯一负责总体数据传输和控制的一层。传输层的，是唯一负责总体数据传输和控制的一层。传输层的 两个主要目的是：第一，提供可靠的端到端的通信；两个主要目的是：第一，提供可靠的端到端的通信； 第二，向会话层提供独立于网络的传输服务。第二，向会话层提供独立于网络的传输服务。 在讨论为实现这两个目标所应具有的功能之前，先考察一下传 输层所处的地位。首先，传输层之上的会话层、表示层及应用 层局部包含任何数据传输的功能，而网络层又不一定需要保证 发送站的数据可靠地送至目的站，会话层不必考虑实际网络的 结构属性连接方式等实现的细节。 根据传输层在七层模型中的目的和单位，它的主要功能是 ：对一个进行的对话或连接提供可靠的传输服务，在通向网络 的单一物理连接上实现该连接的复用，在单一连接上提供端到 端的序号与流量控制端到端的差错控制及恢复等服务。 传输层反映并扩展了网络层子系统的服务功能，并通过传 输层地址提供给高层用户传输数据的通信端口，是系统间高层 资源的共享不必考虑数据通信方面的问题。 传输服务 传输层的服务包括的内容有：服务的类型、服务的等级、数据的传输、 用户的接口、连接管理、快速数据传输、状态报告、安全保密等。 (1)服务类型。 传输服务有两大类，即面向连接的服务和面向无连接服务 。面向连接的服务提供传输服务用户之间逻辑连接的建立、维持和拆除，是 可靠的服务，可提供流量控制、差错控制和序列控制。无连接服务，只能提 供不可靠的服务。 需要说明的是，面向连接的传输服务与面向连接的网络层服务十分相似，两者 都向用户提供连接的建立、维持和拆除，而无连接的传输服务与无连接的网络层服务 业十分相似。那么，既然传输层服务与网络层服务如此相似，又为什么要将它们划分 为两个层次呢？前面章节已经介绍过，网络层是通信子网的一个组成部分，网络服务 质量并不可靠，如会频繁的丢失分组、网络层系统可能崩溃或不断的进行网络复位。 对于这种情况，用户将束手无策，因为用户不能对通信子网加以控制，因而无法采用 更优的通信处理机来解决网络服务质量低劣的问题，更不能通过改进数据链路层纠错 能力来改善它。解决这个问题的唯一可能办法就是在网路层上增加一层传输层。传输 层的存在，使传输服务比网络服务更可靠，分组的丢失、残缺、甚至网络的复位均可 被传输层检测出来，并采取相应的补救错施。而且，因为传输服务独立于网络服务， 可以采用一种标准的原预计作为传输服务，而网络服务则随不同的网络可能有很大的 不同。因为传输服务是标准的，用传输服务原语编写的应用程序能广泛适应于各种网 络，因而不必担心不同的通信子网所提供的不同的服务及服务质量。 会话层 会话层在传输层提供的服务上，加强了会话管理、同步和活动 管理等功能。 1.实现会话连接到传输连接的映射 会话层的主要功能是提供建立连接并有序传输数据的一种 方法，这种连接就叫作会议(Session)。会话可以使一个远程终端 登录到远地的计算机，进行文件传输或进行其它的应用。 会话连接建立的基础是建立传输连接，只有当传输连接建 立好之后，会话连接才能依赖于它而建立。会话与传输层的连 接有三种对应关系。一种是一对一的关系，即在会话层建立会 话时，必须建立一个传输连接，当会话结束时，这个传输连接 也被释放。另一种是多对一的关系，例如在多顾客系统中，一 个客户所建立的一次会话结束后，又有另一顾客要求建立另一 个会话，此时传载这些会话的传输连接没有必要不停的建立和 释放，但在同一时刻，一个传输连接只能对应一个会话连接。 第三种是一对多的关系，若传输连接建立后中途失效，此时会 话层可以重新建立一个传输连接而不用废弃原有的会话，当新 的传输连接建立后，原来的会话可以继续下去。 2.会话连接的释放 会话连接的释放不同于传输连接的释放，它采用有序释放方式 ，也即使用完全的握手，包括请求、指示、响应和确认原语， 只有双方同意，会话才终止。这种释放方式不会丢失数据。对 于异常原因，会话层也可以不经协商立即释放，但这样可能会 丢失数据。 3.会话层管理 与其它各层一样，两个会话实体之间的交互活动都需要协调、 管理和控制。会话服务的获得是执行会话层协议的结果，会话 层协议支持并管理同等对接会话实体之间的数据交换。由于会 话层往往是由一系列交互对话组成的，所以对话的次序、对化 的进展情况必须加以控制和管理。在会话层管理中考虑了令牌 与对话管理、活动与活动单元以及同步与重新同步等措施。 表示层 表示层的特点及功能 OSI环境的低五层提供透明的数据传输，应用层负责处理语义，而 表示层则负责处理语法，由于各种计算机都可能有各自的数据描述方法 ，所以不同类型计算机之间交换的数据，一般需经过格式转换才能保证 明其意义不变。表示层要解决的问题是如何描述数据结构并使之与具体 的机器无关，其作用是对原站内部的数据结构进行编码，使之形成适合 于传输的比特流，到了目的站再进行解码，转换成用户所要求的格式。 为使各个系统间交换的信息具有相同的语义，应用层采用了相互承 认的抽象语法。抽象是对数据一般结构的描述。表示实体实现抽象语法 与传输语法间的转换，传输语法是同等表示实体之间通信时对用户信息 的描述，是对抽象语法比特流进行编码得到的。抽象语法与传输语法之 间的对应关系称为上下关系。 表示层的主要功能为：表示层的主要功能为： （ （1 1）语法转换。将抽象语法抟换成传输语法，并在）语法转换。将抽象语法抟换成传输语法，并在 对方实现相反的转换。涉及的内容有代码转换、字符转换对方实现相反的转换。涉及的内容有代码转换、字符转换 、数据格式的修改，以及对数据结构操作的适应、数据压、数据格式的修改，以及对数据结构操作的适应、数据压 缩、加密等。缩、加密等。 （ （2 2）语法协商。根据应用层的要求协商选用合适的）语法协商。根据应用层的要求协商选用合适的 上下文，即确定传输语法并传送。上下文，即确定传输语法并传送。 （ （3 3）连接管理。包括利用会话层服务建立表示连接）连接管理。包括利用会话层服务建立表示连接 ，管理在这个连接之上的数据传输和同步控制，以及正常，管理在这个连接之上的数据传输和同步控制，以及正常 或异常地终止这个连接。或异常地终止这个连接。 语法转换 （1）数据表示。不同厂家生产的计算机具有不同的内部数据表示。 如IBM公司的主机广泛使用EBCDIC码，而大多数其它厂商的计算机则 使用ASCII码；Intel公司的80X86芯片从右到左计数字节，而Motorola公 司的68020和68030芯片则从左到右计数；大多数微型机用16位或32位整 数的补码传算，而CDC的Cyber机用60位的反码。由于表示方法的不同 ，即使所有的位模式都正确接收，也不能保证数据含义的不变。人们要 的是保留含义，而不是位模式。为了解决此类问题，必须进行数据表示 方式的转换。可以在发送方转换，也可以在接收方转换，或者双方都向 一种标准格式转换。 应用层 应用层也称为应用实体应用层也称为应用实体( (AE),AE),它由若干个特定应用它由若干个特定应用 服务元素服务元素( (SASE)SASE)和一个或多个公用服务元素（和一个或多个公用服务元素（CASECASE ）组成组成 。每个。每个SASESASE提供特定的应用服务，例如文件提供特定的应用服务，例如文件 传输访问和管理（传输访问和管理（FTAMFTAM）电子文电处理系统（电子文电处理系统（MHSMHS ） 虚拟终端协议虚拟终端协议( (VIP)VIP)等。等。CASECASE提供一组公用的应提供一组公用的应 用服务，例如联系控制服务元素（用服务，例如联系控制服务元素（ACSEACSE）可靠传输可靠