OSI参考模型讲解.ppt

第58课OSI参考模型 学习目标 什么是OSI模型 OSI参考模型又是如何工作的 每层的功能又是什么 学习完本课程 您应该能够 课程内容 计算机网络体系结构物理层 二进制传输数据链路层 介质访问网络层 确定地址和最佳路径传输层 端到端连接会话层 互连主机通信表示层 数据表示应用层 为应用程序提供网络服务应用层 计算机网络体系结构 网络的体系结构计算机网络的各层以及其协议的结合 称为网络的体系结构 换言之 计算机网络的体系结构即是对计算机网络及其部件所应该完成的功能的精确定义 即计算机网络应设置哪几层 每层应提供哪些功能的精确定义 至于功能如何实现 则不属于网络体系结构讨论的范围 换句话说 网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构 不涉及每层硬件和软件的组成 也不涉及这些硬件或软件的实现问题 OSI参考模型 70年代以来 国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构 但都属于专用的 为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信 以便在更大的范围内建立计算机网络 有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准 国际标准化组织ISO于1981年正式推荐了一个网络系统结构 开放系统互连模型 OpenSystemInterconnectionreferencemodel OSI RM 简称OSI 由于这个标准模型的建立 使得各种计算机网络向它靠拢 大大推动了网络通信的发展 开放 这个词表示 只要遵循OSI标准 一个系统可以和位于世界上任何地方的 也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接 计算机网络的分层模型 一个功能完善的计算机网络需要制定一套复杂的协议集合 对于这种协议集合 最好的组织方式是层次结构模型 这样分层的好处在于 每一层都实现相对的独立功能 因而可以将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题 计算机网络的分层模型 在网络互连中 有两个标准可以考虑 合法的和事实的 合法的意味着用权力或法律建立 事实的意味着用实际的事实建立 尽管没有得到官方或法律上的承认 但TCP IP为网络协议创建了一个事实标准 尽管它在得到广泛接受之前并没有成为标准 OSI参考模型是一个合法的标准 国际标准化组织 ISO 创建了OSI模型 并在1984年发布 为供应商提供一个网络模型 这样它们的产品可以在网络上协调工作 计算机网络协议 网络协议定义 即网络中 包括互联网 传递 管理信息的一些规范 如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样 计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则 这些规则就称为网络协议 网络协议三个要素 语法 即数据与控制信息的结构或格式 语义 即需要发出何种控制信息 完成何种协议以及做出何种应答 同步 即事件实现顺序的详细说明 解决通信的异质性 heterogeneity 问题 语言层解决不同种语言的相互翻译问题 汉 日 媒介层解决信息传递 语音 电话 文字 传真 分层模型的优点 高层屏蔽低层细节问题概念层只关心会话内容 不关心语种和会话方式语言层只关心语种 不关心会话内容和方式媒介层只关心信息的传递 不关心信息的内容 分层模型的优点 设计实现每个层次向上一层次提供服务每个层次向下一层次请求服务上层是为下层指引方向的 下次为上层提供更好的服务 分层模型的优点 降低协议设计的复杂性 各层相对独立 各层不必关心其它层的具体实现 只需知道上下层接口 标准化接口 任何一层发生修改 只要接口关系不变 其它层均不受影响 分层模型的优点 模块化结构 结构分层 各层都可独立实现 便于网络模型的设计 保证技术的互操作性 各层向下单向依赖 易于实现和维护最重要的一点是不同厂商生产设备时有一个共同操作的标准 使不同产商设备互相兼容 分层模型的优点 OSI模型概述 传输层 数据链路层 网络层 物理层 会话层 表示层 应用层 应用层 高层 高层的功能为处理用户接口 数据格式及应用访问 主要由操作系统实现 数据流层 低层 定义了数据如何在网络传输介质之间传送 及数据如何通过网线和网络设备传输到期望的终端 OSI参考模型的第4层及其以上各层为高层协议 实现资源子网的功能 其中的实体为进程 实现端到端的通信 下3层协议实现通信子网的功能 其中的实体为网络互联设备和网络通信介质 实现点到点的通信 OSI模型概述 通信子网和资源子网 通信子网 由所有通信线路 网络互连设备和相应通信协议软件组成 承担不同主机之间数据传输的任务 资源子网 网络中所有的主机 通信协议和各种应用系统 路由器仅有低3层协议 包含在通信子网中 主机有7层协议 但属于资源子网范围 路由器 主机 网络系统 通信线路 按各网络单元功能分割 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 物理层 数据链 路层 网络层 传输层 会话层 表示层 发送进程 接收进程 物理层 数据链 路层 网络层 主机A 主机B 路由器 路由器 物理层 数据链 路层 网络层 通信子网 物理介质 物理介质 物理通信 物理通信 是通信进行的真实路径 从发送主机的上层逐层向下传递 经通信介质和通信子网送达目标主机 然后在目标主机中逐层向上传递 物理通信是由主机和网络设备中的逐层通信及通信子网中的逐点通信组合而成 因此物理通信具有间接通信属性 网络通信子系统 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 物理层 数据链 路层 网络层 传输层 会话层 表示层 发送进程 接收进程 应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议 物理层 数据链 路层 网络层 主机A 主机B 路由器 路由器 物理层 数据链 路层 网络层 通信子网 物理介质 物理介质 逻辑通信 网络层协议2 链路层协议2 物理层协议2 逻辑通信 位于不同主机和网络设备中同层通信实体间的对话 对话遵循某一特定协议 且每层协议各不相同 传输层及以上层不同主机通信实体间的逻辑通信是直接点对点的通信 下3层中主机与路由器和路由器与路由器之间的通信也是直接通信 且同层通信协议不尽相同 网络层协议1 网络层协议3 链路层协议1 链路层协议3 物理层协议1 物理层协议3 信息的流动过程 对等层通信 在分层模型中 对等是一个很重要的概念 因为只有对等层才能相互通信 一方在某层上的协议是什么 对方在同一层次上也必须是什么协议 两个网络在物理层就相同 使用中继器就可以连起来 如果两个网络物理层不同 链路层相同 使用桥接器可以连起来 如果两个网络物理层 链路层都不同 而网络层相同 使用路由器可以互连 如果两个网络协议完全不同 使用协议转换器 网关 可以互连 OSI参考模型的分层禁止了不同主机间的对等层之间的直接通信 因此主机A的每一层必须依靠主机A相邻层提供的服务来与主机B的对应层通信 假设主机A的第四层必须与主机B的第四层通信 那么主机A的第四层就必须使用主机A的第三层所提供的服务 第三层通过一个服务接入点 SAP 给第四层提供服务 这些服务接入点使得第四层能要求第三层提供服务 主机B的第四层怎么知道主机A第四层想要什么呢 数据封装和解封装 数据封装 OSI模型的每一层用其自己的协议与目的设备的相同层进行通信 为了交换信息 每层都使用协议数据单元 PDU PDU包括控制信息和用户数据 比如 帧是一个除上层控制信息和数据外还包含了数据链路层控制信息的PDU 将控制信息添加到一个PDU的过程称作封装 当一个层收到PDU时 它为该PDU添加一个头和尾 并将封装后的PDU传送到下一层 添加到PDU上的控制信息将被远端设备的相同层所解读 数据封装和解封装 数据解封装 当一个远端设备收到一串比特数据时 它将它们传送给数据链路层进行帧操作 当数据链路层收到一个帧时 它完成以下工作 读出同层源设备提供的控制信息 从帧中剥离控制信息 将帧传给上一层 同时执行在帧的控制域给出的指令 这样 将控制信息从PDU剥离的过程就称作解封装 数据封装 PPDU SPDU APDU 数据解封装 数据封装和解封装 多层通信示例 国际外交 多层通信示例 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用进程数据先传送到应用层 加上应用层首部 成为应用层PDU 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层PDU再传送到运输层 加上运输层首部 成为运输层报文 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层报文再传送到网络层 加上网络层首部 成为IP数据报 或分组 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 IP数据报再传送到数据链路层 加上链路层首部和尾部 成为数据链路层帧 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体 计算机1向计算机2发送数据 应用层 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理传输媒体 计算机1 AP2 AP1 电信号 或光信号 在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层 计算机2 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 物理层接收到比特流 上交给数据链路层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分 上交给网络层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去首部 取出数据部分上交给运输层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去首部 取出数据部分上交给应用层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去首部 取出应用程序数据上交给应用进程 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101比特流110101110101 注意观察加入或剥去首部 尾部 的层次 应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101比特流110101110101 计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层 H2 T2 计算机1向计算机2发送数据 H3 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层 计算机1向计算机2发送数据 H4 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层 计算机1向计算机2发送数据 应用程序数据 H5 应用程序数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 我收到了AP1发来的应用程序数据 计算机1向计算机2发送数据 1 物理层 物理层是OSI参考模型的最低层 与传输媒体直接相连 主要作用是建立 保持和断开物理连接 以确保二进制比特流的正确传输 1 物理层特性 机械特征 规定线缆与网络接口卡的连接头的形状 几何尺寸 引脚线数 引线排列方式 锁定装置等一系列外形特征 电气特征 规定了在传输过程中多少伏特的电压代表 1 多少伏特代表 0 功能特征 规定了连接双方每个连接线的作用 用于传输数据的数据线 用于传输控制信息的控制线 用于协调通信的定时线 用于接地的地线 规程特征 具体规定了通信双方的通信步骤 物理层主要功能示意图 2 数据链路层 主要负责数据链路的建立 维持和拆除 确保在一段物理链路上数据帧的正确传输 将有差错的物理链路转化成对网络层来说是没有传输错误的数据链路 差错检测和数据流量控制 该层用于建立相邻结点之间的数据传输 它将不可靠的物理信道处理为可靠的通道 使高层不必考虑物理介质的具体特性 该层的数据单元为帧 frame IEEE标准将该层又分为介质访问控制层 MAC 和逻辑链路控制层 LLC 物理层只负责传输无结构的原始比特流 是不可靠的 数据链路层将不可靠的物理连接 数据电路 转换成 对网络层来说 可靠的数据链路 为实现转换 首先 必须将物理层的无结构原始比特流划分成一定长度的结构数据单元 帧 frame 其次 对帧进行差错控制 errorcontrol 实现检错 纠错功能 最后 通过合适的流量控制 flowcontrol 协议保证收发双方的传输同步 为网络层提供透明可靠的服务 2 数据链路层 2 数据链路层 数据链路层数据封装示意图 媒介访问控制方法 介质访问控制确定共享介质环境 冲突域 中的计算机哪一台可以发送数据的协议 介质访问控制有两大类非确定性MAC协议 使用先来先服务 FCFS 的方式 带冲突检测的载波侦听多路访问协议 CSMA CD 就是非确定性MAC技术 确定性MAC协议使用 轮流 的形式 令牌环 TokenRing 采用了这种形式 冲突域 冲突 在同一个网络上 当两个bits同时在介质中传输时 数据就会发生碰撞 造成损坏 这叫做冲突 冲突域 一组连接到同一物理媒介的集合 如果两个设备同时访问媒介 信息将发生冲突 那么这组设备就在同一个冲突域 所有第一层的互连设备都是冲突域的一部分 解决冲突的方法 方案一 检测冲突 采用竞争的方法或轮流通讯的方法方案二 使用设备把网络分段 Segmentation 以减少冲突 如 网桥 交换机或路由器 广播域 广播 一次发送给所有设备的数据包 广播域 广播域就是能够同时收到某个广播的一组设备的集合 减小广播的有效办法是使用路由器来隔离广播 3 网络层 网络层主要作用是将从高层传送下来的数据分组打包 再进行必要的路由选择 流量控制 差错控制 顺序检测等处理 使数据正确无误地传送到目的端 将网络逻辑地址转换成物理机器地址 IP MAC 决定服务质量 如消息的优先权 从发送者到接收者之间存在多条线路径时 还需要进行路由选择 路由选择 当数据包的大小比数据链路层允许的最大数据帧还要大时 网络层将其分成多个数据段 在接收端负责将多个数据段组合数据包 包的拆分和重组 网络层数据封装示意图 3 网络层 4 传输层 传输层的主要作用是为利用通信子网进行通信的两个主机 提供可靠的 透明的端 端多路数据传输服务 本层提供了两个实体之间端对端的通信 掩盖了通信网服务的差别 传输层向高层用户屏蔽了通信子网的细节 该层的数据单元是段 Segment 该层通常提供两种服务 面向连接的服务和面向无连接的服务 主要协议包括Internet的TCP UDP Novell的SPX等 传输层的功能 端对端通信 传输层用于网络内两实体间建立端到端的通信信道用于传输信息或报文分组 传输层不关心路径选择 传输层服务 传输层提供端点间的可靠