开放系统互连参考模型.ppt

2.5开放系统互连参考模型,ISO,国际标准化组织(International Organization for Standardization)简称ISO，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织，成立于1946年，当时来自25个国家的代表在伦敦召开会议，决定成立一个新的国际组织，以促进国际间的合作和工业标准的统一。于是，ISO这一新组织于1947年2月23日正式成立，总部设在瑞士的日内瓦。 ISO的组织机构包括全体大会、主要官员、成员团体、通信成员、捐助成员、政策发展委员会、理事会、ISO中央秘书处、特别咨询组、技术管理局、标样委员会、技术咨询组、技术委员会等。,OSI参考模型,计算机网络的发展经历了单机系统、多机系统等发展阶段。 IBM公司在20世纪70年代推出了自己公司内部的“SNA系统网络体系结构”以后，世界上很多的公司纷纷效仿，建立起自己公司内部的网络体系结构，如Digital公司的DNA、宝来机器公司的BNA以及Honeywell公司的DSA等，这些体系结构的出现大大加快了计算机网络的发展。但是同时也带来相应的问题，由于各个公司的体系结构的着眼点是各公司内部的网络连接，没有统一的标准，因此各公司之间的网络很难连接起来。,开放系统,为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对当时的各类计算机网络体系进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型，即OSI/RM，也称为ISO/OSI。,OSI/RM简介,OSI并不是一个具体的网络，他只给出了一些原则性的说明，规定了开放系统的层次结构所提供的服务。 OSI协议将网络通信过程划分为七个相互独立的功能组（层次），并为每个层次制定一个标准框架。上面三层（应用层、表示层、会话层）与应用问题有关，而下面四层（传输层、网络层、数据链路层、物理层）则主要处理网络控制和数据传输/接收问题。,OSI开放系统互连参考模型,信息流动,OSI模型的特点, 每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信； 各个计算机系统都有相同的层次结构； 不同系统的相应层次具有相同的功能； 同一系统的各层次之间通过接口联系； 相邻的两层之间，下层为上层提供服务，上层使用下层提供的服务。,开放系统参考模型,OSI层应用层,例子,例如一个没有通讯功能的字处理程序当然不会去编写通讯代码，程序员也不必关心OSI第七层。然而，如果增加一个传输文件的选项，程序员就不得不实现OSI第七层（或者其他协议中等价的层）文件传输服务。,OSI层表示层,例子,FTP允许你选择二进制和ASCII两种传输方式。如果是二进制方式，发送端就不会改变文件的内容。如果是ASCII方式，发送端就会先把内容从发送端的字符集转换成标准的ASCII码再发送。接受端再从ASCII码转换为本地的字符集。,OSI层会话层,例子,从ATM提款机提款时，需要插卡、输入密码、输入提款金额、提取现金。每一步都需要上一步确认。,OSI层传输层,例子,TCP提供了一个4200字节的数据段给IP进行投递。如果某种媒体不能传输4200个字节的包，那么IP将对数据进行分片。这样，接收端的TCP也许就会接收到3个不同的1400字节的段。并且，接收段可能按照和发送不同的顺序接收，所以它需要记录接收的段，并将它们重组为4200字节的段。然后将数据送给上一层。,OSI层网络层,例子,对于一个运行IP的Cisco路由器来说，它会检查包的目的IP，将这个IP同路由表进行比较，如果输出界面需要一个比较小的包的话，还需要对包进行分片，然后将包送入队列等待发送。,OSI层数据链路层,OSI层物理层,例子,RJ45定义了连接器的形状和电缆芯/针的数量。Ethernet和802.3定义了1，2，3，6芯/针的使用。所以一根给Ethernet使用的带有RJ45连接器的5类电缆，同时应用了Ethernet和802.3物理层规范。,物理层,物理层,物理层是OSI参考模型的最低层，也是最基础的一层，它并不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。 它向下是物理设备之间的接口，直接与传输介质相连接，使二进制数据流通过该接口从一台设备传给相邻的另一台设备，向上为数据链路层提供数据流传输服务。 物理层传输数据有基本单位是比特，也称为位。,物理层的主要功能,物理层是OSI的第一层，处于最底层，因此也是开放系统的基础。 物理层是为数据端设备提供传送数据的通路。 一次完整的数据传输，包括激活物理连接、传送数据、终止物理连接。 传输数据物理层为数据端提供传送数据的通路。 形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。 第一要保证数据能顺利通过，二是要提供足够的带宽。 完成物理层的一些管理工作,通信接口与传输媒体的物理特性,物理接口标准定义了物理层与物理传输介质之间的边界与接口，物理接口的四个特性是：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。,机械特性,物理层的机械特性规定了物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，连接器中引脚的数量与排列情况。如EIA标准RS-232C设备交谈或交换数据的接口规定的D型25针接口，ITU-T X.21标准规定的15针接口等。,电气特性,电气特性规定了在物理信道上传输比特流时信号电平的大小、数据的编码方式、阻抗匹配、传输速率和传输距离限制等。如：在使用RS-232C接口且传输距离不大于15m时，最大传输速率为19.2Kbps。,功能特性,物理层的功能特性定义了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为：数据线、控制线、定时线和地线。,规程特性,物理层的规程特性规定了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程，包括各信号线的工作规则和时序。,四、 RS232D接口标准,RS232D是美国电子工业协会制定的物理接口标准，也是目前数据通信与网络中应用最为广泛的一种标准。它的前身是EIA在1969年制定的RS-232C标准，经1987年1月修改后，定名为EIA-232D，由于相差不大，人们常简称它们为“RS-232标准”。,母头 公头,主要特性,机械方面的技术指标是：RS-232D规定使用一个25根插针的标准连接器，该连接器宽（47.04+.13）mm（螺丝中心间的距离），每个插座有25针插头，上面一排针（从左到右）分别编号为113，下面一排针（从左到右）编号为1425等。 电气特性方面RS-232D采用负逻辑，即逻辑0用515V表示，逻辑1用-5-15V表示，允许的最大数据传输率为20Kbps，最长可驱动电缆15m。 在功能特性方面，RS-232D定义了连接器中20条连接线的功能。,常用连接线的功能,数据链路层,数据链路层是OSI模型的第二层，它把物理层的原始数据打包成帧，并负责帧在计算机之间无差错的传递。并负责帧在计算机之间无差错的传递。 帧是存放数据的、逻辑的、结构化的包。 建立数据链路层的主要目的是将一条原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路。 数据链路层的作用：在不太可靠的物理链路上，通过数据链路层协议实现可靠的数据传输。,数据链路层的主要功能,a.链路管理链路的建立、维持、释放 b.帧同步接收方能够从收到的比特流中准确区分一帧的开始结束。 c.流量控制等待发送方法、预约缓冲区法、滑动窗口控制法、许可证和限制管道容量法 d.差错控制常采用ARQ。 e.透明传输控制信息和数据信息区别 f.寻址源节点和目的节点地址：物理地址。,数据链路层协议,数据链路层的协议主要分为两类：面向字符型和面向比特型。 面向字符十个控制字符。 面向字符是指在链路上所传送的数据及控制信息必须是由规定的字符集中的字符所组成。面向字符型的数据链路控制协议传输效率比较低。,流量控制Congestion Avoidance Flow Control,Sender,Receiver,流量控制Windowing Flow Control,Win=3,面向比特型高级数据链路协议HDLC,随着通信量的增加及计算机网络应用范围的不断扩大，面向字符的链路控制协议使用率越来越低，在20世纪60年代末人们提出了面向比特的数据链路控制协议，代表协议为HDLC。 HDLC定义了3种站结构、2种链路结构以及3种数据响应模式。,3种站结构,主站：负责控制链路的操作和运行。 次站：次站在主站的控制下进行工作，对链路无控制权，次站间不能直接通信。 组合站：主站与次站的复合站。,2种链路结构：,不平衡链路结构：是由一个主站与一个以上的次站构成，既可以用于点到点链路，也可用于多点链路，主站控制次站并实现链路管理。 平衡链路结构：由组合站构成，只用于点到点的链路。,3种响应方式：,正常响应方式：用于不平衡链路结构，次站只有在得到主站允许之后才能向主站传送数据； 异步平衡方式：用于平衡链路结构，任何一个组合站不必事先得到对方许可就可以开始传输过程； 异步响应方式：用于不平衡链路结构，允许次站在事先不得到主站的允许下开始传输数据，主站仍然负责控制和链路管理。 数据链路层对等实体间的的通信一般要经过数据链路的建立、数据传输和数据链路的释放三个阶段。,HDLC帧格式,数据链路层的数据传输是以帧为单位。 F标志字段：帧的首尾均有一个由固定比特序列组成的帧标志字段，用来标志一帧的开始和结束。 A地址字段：在非平衡结构中，帧地址字段总是写入次站地址；在平衡结构中，帧地址字段填入应答站地址。 C控制字段：是HDLC帧的关键字段，用以标识帧的类型和功能，使对方站能够执行特定的操作。 Info信息字段：可以是任意比特序列的组合，用于存放要传输的数据信息。 FCS帧校验字段：FCS字段为帧校验序列，HDLC采用CRC循环冗余编码进行校验。,例子,对于一个运行IP的Cisco路由器来说，它会检查包的目的IP，将这个IP同路由表进行比较，如果输出界面需要一个比较小的包的话，还需要对包进行分片，然后将包送入队列等待发送。,网络层,网络层（通信子网层），是通信子网与网络高层的界面，主要负责控制通信子网的操作，实现数据从网络上的任一节点准确无误的传输到目的节点。 设置网络的主要目的就是要为报文分组以最佳路径通过通信子网到达目的主机提供服务。 而不需要关心网络的拓扑结构和使用的通信介质。,网络层的主要功能,网络层相传输层提供数据报和虚电路的两种类型的接口，网络层的任务就是实现这两种任务。 路径选择 流量控制 数据的传输与中继 清除子网的质量差异,路径选择路由,网络层主要功能之一 好的路由算法： 算法必须是正确的 算法能够适应结点或链路引起的变化。 算法能够适应流量的变化 算法应具有稳定性 算法应该是公平的 算法应该尽可能简单,路由逻辑,F.R., PC1,目标地址在另外一组；发送到最近的路由器。,R1,,R2,我的路由显示那一组需要从串口连接出去。,,我的路由显示那一组需要从帧中继连接出去。,路由逻辑（续）,F.R.,,PC2 ,,直接发送到目标,流量控制数据链路层也有,防止网络过载而引起的吞吐量下降和延时增加 避免死锁 在相互竞争的各用户之间公平的分配资源,网络服务,网络层所提供的服务有两大类，即面向连接的网络服务和无连接的网络服务，这两种服务的具体实现就是虚电路服务和数据报服务 。 虚电路服务 虚电路服务的数据传输过程分为三个阶段：建立连接阶段、数据传输阶段和拆除连接阶段。 数据报服务 数据报服务一般仅由数据报交换网来提供。当发送端要发送数据时，网络层给该数据附加上地址、序号等信息，作为分组发送给网络节点，目的端接收到的分组可能不是按发送顺序到达的，也可能有分组丢失。这种方式没有建立、释放及确认等额外开销，在传输的信息不太长时非常适用。,虚电路与数据报的对比,传输层,传输层是用户的资源子网与通信子网的界面和桥梁，下面三层属于通信子网，面向数据通信，上面三层属于资源子网，面向数据处理，传输层是OSI协议中最重要的一层。,传输层的地位与作用,传输层是为了可靠地把信息送给对方而进行搬运、输送，通常被解释成“补充各种通信子网的质量差异，保证在相互通信的两处终端进程之间进行透明数据传输的层”，是OSI/RM的整个协议层次的核心。 传输层在七层模型中起到了对高层屏蔽低层，对低层屏蔽高层的作用。,先来看通信子网分类,通信子网按照服务质量的不同，分为A、B、C三种类型： A型：网络连接具有可接受的残留差错率和可接受的失效通知率； B型：网络连接具有可接受的残留差错率和不可接受的失效通知率； C型：网络连接具有不可接受的残留差错率； 质量由高到低,按照通信子网质量 传输层协议分5类,五类传输协议都是面向服务的。 0简单 1差错控制 2复用、流量控制 3差错控制和复用 4差错检测、控制和复用 复杂由低到高,传输层协议与网络搭配,传输层提供哪些服务呢？,寻址： 建立连接： 流量控制： 崩溃恢复： 多路复用：,高层简介,会话层,会话层是利用传输层提供的端到端的服务向表示层或会话层用户提供会话服务。 主要功能有：提供远程会话地址、会话建立后的管理和提供把报文分组重新组成报文的功能。 提供的服务：会话连接的建立与拆除、与会话管理有关的服务、隔离、出错和恢复控制。 RPC，SQL，NFS，NetBios names，AppleTalk ASP，DECnet SCP,例子,从ATM提款机提款时，需要插卡、输入密码、输入提款金额、提取现金。每一步都需要上一步确认。,表示层,表示层处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题，它主要涉及到被传输的信息的内容和表示形式等。 主要功能有：语法转换、传送语法的选择等 提供的服务有：数据转换和格式转换、语法的选择、数据加密与解密和文本压缩。 表示层的主要作用是定义了数据格式，TIFF，GIF，JPEG，PICT，ASCII，EBCDIC，encryption，MPEG，MIDI，HTML,例子,FTP允许你选择binary和ASCII两种传输方式。如果是binary方式，发送端就不会改变文件的内容。如果是ASCII方式，发送端就会先把内容从发送端的字符集转换成标准的ASCII码再发送。接受端再从ASCII码转换为本地的字符集。,应用层,应用层是OSI/RM的最高层，它是计算机网络与最终用户间的接口，它包含了系统管理员管理网络服务所涉及的所有的问题和基本功能。 常用的网络服务包括文件服务、电子邮件（E-mail）服务、打印服务、集成通信服务、目录服务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路由互连服务、分布式数据库服务以及虚拟终端服务等。 FTP，WWW浏览器，Telnet，NFS，SMTP gateways，SNMP，X.400，FTAM,例子,例如一个没有通讯功能的字处理程序当然不会去编写通讯代码，程序员也不必关心OSI第七层。然而，如果增加一个传输文件的选项，程序员就不得不实现OSI第七层（或者其他协议中等价的层）文件传输服务。,ISO/OSI归纳,应用层 与用户进程的接口，即相当于做什么？ 表示层 数据格式的转换，即相当于对方看起来像什么？ 会话层 会话的管理与数据传输的同步，即相当于该谁讲话和从何处讲？ 传输层 从端到端经网络透明地传输报文，即相当于对方在何处？ 网络层 分组传送、路由选择和流量控制，即相当于走哪条路？ 数据链路层 在数据链路上无差错地传送帧，即相当于每一步该怎样走？ 物理层 将比特流送到物理媒体上传送，相当于对上一层的每一步怎样利用物理媒体？,2.6 网络协议,TCP/IP的体系结构,OSI,TCP/IP,TCP/IP的各层主要子协议,网络接口层：是TCP/IP提供与各种物理网络的接口（具体协议由各物理网络提供）,TCP/IP各层对数据的处理,请点击,2.6.1网间网层的-IP协议,IP协议（Internet protocoL):是核心协议，具有对IP地址的管理功能；子网划分；为数据包路由选择等功能。,IP地址有固定的格式：32位二进制数，分成4段（每段8位），中间用“.”分隔，常用4个十进制数表示。如：,10101100.00010000.00000000.00001010,0,IP地址,接入INTERNET的每台主机必需有一个IP地址。主机获取IP地址方式： 静态分配：手工设置 动态分配：要借助DHCP服务,IP地址的分类：,另外： 默认为任何主机的IP地址，不可供用户分配。,IP地址由“网络号”+“主机号”组成 一个人的身份证号码：3 4 0 1 25801012233,地区代码,个人标识代码,一个主机的IP地址：192.168.0. 10,网络号,主机号,IP地址由“网络号”+“主机号”组成,网络号：用于表示该机所在的网络标识 主机号：用于表示该机在该网络中区别其他主机的标识,应用原则：网络号相同的主机，处于同一网段中；同一网段中，不允许有主机号相同的主机,IP地址由“网络号”+“主机号”组成,一般情况下A、B、C三类IP地址中的网络号和主机号的划分,因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增，带来的问题是： IP地址资源的严重匮乏 路由表规模的急速增长 解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号 这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。前提：网络规模较小，IP地址空间没有全部利用。 例如：五个LAN，主机数为30，25，20，15,10均少于C类地址允许的主机数。为这五个LAN申请5个C类IP地址显然有点浪费。,子网划分举例,子网掩码（Subnet Mask）,子网划分后，如何识别不同的子网？ 解决：采用子网掩码来分离网络号和主机号。 子网掩码格式：32比特，网络号(包括子网号)部分全为“1”，主机号部分全为“0”。,子网掩码既不能作为IP地址使用，也不同单独存在，必须结合IP地址一起使用。,子网掩码使用规则,子网掩码计算,前面的例子中：网络号24位，子网号3位，总共27位。所以子网掩码为： 11111111 11111111 11111111 11100000 即 255 . 255 . 255 . 224 缺省子网掩码：A类： B类： C类：,子网地址计算,子网规划举例,网络分配了一个C类地址：。假设需要12个子网，每个子网有13台主机。 试确定各子网地址和子网掩码。 1）对C类地址，要从最后8位中分出几位作为子网地址： 231224，选择4位作为子网地址，共可提供 14个子网地址。 2）检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求 子网地址为4位，故还剩4位可以用作主机地址。而 2413+2，所以可以满足每子网13台主机的要求。 3）子网掩码为40。 （11110000B = 240 ） 4）子网地址可在16、32、224共14个地址中任意选择12个。,IP协议的路由控制,进行IP处理的IP模块被安装在主机和路由器上;到达接收主机的各IP模块从送达的数据通信报的IP报头部分寻找IP地址然后将数据报发送到IP地址指定的中间路由器或目的主机. 路由器接收到数据报后必须判断将数据报送到哪里,这个判断是通过参考路由选择表来做出的.,其他子协议,ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和传递消息的功能；(IP协议不保证可靠性。因此，导致由于网络故障，数据包不能到达，中途路由器或目标主机缓冲器发生溢出而造成数据包被抛弃等事故的发生。这时，有必要将数据包未到达的情况由信宿通知信源。ICMP把这样的信息由发现错误的主机或路由器发回信源。另外进行发送前，可以确认目标（接收地址）是否存在或查看路由器的状态。) ARP（Address Resolution Protocol）为已知的IP地址确定相应的MAC地址； RARP（Reverse Address Resolution Protocol）根据MAC地址确定相应的IP地址。,2.6.2 传输层协议,TCP协议 UDP协议,TCP协议特点,TCP（即传输控制协议）：是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信。) 适用情况： 1、适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据的通信。 2、点到点的通信中采用TCP。,UDP协议的特点,UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。与TCP协议相比，肯有传输速度高的优点。 适用情况： 1、发送小尺寸数据（如：对DNS服务器进行IP地址查询时，若进行连接之后再进行数据传输就会降低效率，这时就使用UDP。） 2、在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用UDP。（如：无线网络） 3、适合于广播式通信中。,2.6.3 TCP/IP应用层协议,应用层是网络用户与TCP/IP网络的接口，包括各类用户应用程序和应用协议 常见应用协议：TELNET（远程登陆协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（电子邮件协议）、 NNTP （电子新闻传输协议）、HTTP（超文本传输协议）等。,TELNET协议,一、TELNET协议的作用 它是把本地计算机作为远程终端与网络上其他计算机相连接的协议 例如：在进行程序开发时，需要参考保存在其他计算机中的文件，如果计算机就在很近的地方，那么使用者只需稍微移动就可以轻松地使用。但是目的计算机不一定都在很近的地方。这时，假如这个目的计算机和身边的计算机都连接在INTERNET上，那么通过使用TELNET，就可登陆到目的计算机，通过身边的计算机就可以使用它了。,二、TELNET协议的工作原理 1、使用TELNET进行连接是通过客户机/服务器实现的。 2、TELNET因为要在本地和远程计算机之间实现高可靠性的通信，所以它是在TCP上实现的。 3、TELNET协议处理数据是通过23号端口,POP、SMTP协议,1、电子邮件系统：由和用户进行交换的接口MUA（报文用户媒介）、进行邮件（信息）发送的MTA（报文传递媒介）以及信息形式构成。如下图,POP、SMTP协议,2、POP的功能 POP的基本功能是鉴别用户的登录名和口令，把用户的邮件从服务器传送到客户机的邮件软件（邮件解释程序）。现在使用的版本为POP3。POP协议工作在110号端口。 3、SMTP协议邮件发送协议，工作在25号端口。,FTP协议,FTP是用于两台计算机之间进行文件传输的协议 FTP是通过客户机/服务器进行通信，提供文件传输服务的一方是服务器，连接服务器提出文件传输请求的一方就是客户机。,TCP/IP网络工具,ping命令 Traceroute命令 Netstat命令 ipconfig（ifconfig）命令,ping命令,PING命令是为了检查网络的连接状况而使用的网络工具之一，用它来检测数据包到达目的主机的可能性。 通过使用PING命令也可以检测数据包到达目的计算机的往返时间。 PING命令使用的是ICMP协议的回送请求、回送应答。客户机传送一个回送请求给服务器，服务器返回一个ICMP回应应答。 PING命令使用方法：在DOS提示符状态下直接输入 PING 对方IP地址（或者对方主机名），可以测试连接是否正常。具体参数可以使用