开放系统互联参考模型.ppt

4 2开放系统互联参考模型 OSI参考模型 OSI参考模型 OSI RM 的全称是开放系统互连参考模型 OpenSystemInterconnectionReferenceModel OSI RM 它是由国际标准化组织ISO提出的一个网络系统互连模型 学习OSI参考模型的意义 虽然OSI参考模型的实际应用意义不是很大 但其的确对于理解网络协议内部的运作很有帮助 也为我们学习网络协议提供了一个很好的参考 4 2开放系统互联参考模型 国际标准组织 ISO 制定了OSI模型 这个模型把网络通信的工作分为7层 最高层为应用层 面向用户提供服务 最低层为物理层 连接通信媒体实现数据传输 1至3层被认为是低层 这些层与数据移动密切相关 第4层被认为是中间层 5至7层是高层 包含应用程序级的数据 每一层负责一项具体的工作 然后把数据传送到下一层 4 2开放系统互联参考模型 如图 两个用户的计算机通过网络进行通信时 除物理层之外 其余和对等层之间不存在直接的通信关系 而是通过各对等层的协议来进行通信 4 2开放系统互联参考模型 4 2 1物理层 物理层位于OSI参与模型的最低层 它直接面向实际承担数据传输的物理媒体 即信道 物理层的传输单位为比特 物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接 物理层协议规定了与建立 维持及断开物理信道所需的机械的 电气的 功能性的和程性的特性 其作用是确保比特流能在物理信道上传输 4 2开放系统互联参考模型 1 机械特性 规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸 插针或插孔芯数及排列方式 锁定装置形式等 4 2开放系统互联参考模型 2 电气特性电气特性规定了在物理媒体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 功能特性规定了接口信号的来源 作用以及其它信号之间的关系 规程特性规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤 这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成 4 2开放系统互联参考模型 注意 1 运行在物理层的设备有 网卡 集线器等 2 运行在物理层的数据的单位为 比特或位 4 2 2数据链路层 数据链路层是OSI参考模型中的第二层 在物理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想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 4 2开放系统互联参考模型 数据链路层的主要功能 数据链路层最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标机网络层 为达到这一目的 数据链路层必须具备一系列相应的功能 它们主要有 如何将数据组合成数据块 在数据链路层中将这种数据块称为帧 帧是数据链路层的传送单位 如何控制帧在物理信道上的传输 包括如何处理传输差错 如何调节发送速率以使之与接收方相匹配 在两个网路实体之间提供数据链路通路的建立 维持和释放管理 4 2开放系统互联参考模型 1 帧同步功能 为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发 数据链路层将比特流组织成以帧为单位传送 帧的组织结构必须设计成使接收方能够明确的从物理层收到比特流中对其进行识别 即能从比特流中区分出帧的起始与终止 这就是帧同步要解决的问题 由于网络传输中很难保证计时的正确和一致 所以不能采用依靠时间间隔关系来确定一帧的起始与终止的方法 4 2开放系统互联参考模型 2 差错控制功能通信系统必须具备发现 即检测 差错的能力 并采取措施纠正之 使差错控制在所能允许的尽可能小的范围内 这就是差错控制过程 也是数据链路层的主要功能之一 3 流量控制功能说明一下 流量控制并不是数据链路层特有的功能 许多高层协议中也提供流量控制功能 只不过流量控制的对象不同而已 比如 对于数据链路层来说 控制的是相邻两节点这间数据链路上的流量 而对于运输层来说 控制的则是从源到最终目的之间端对端的流量 4 2开放系统互联参考模型 由于收发双方各自使用的设备工作速率和缓冲存储空间的差异 可能出现发送方发送能力大于接收方接收能力的现象 若此时不对发送方的发送速率 也即链路上的信息流量 做适当的限制 前面来不及接收的帧将被后面不断发送来的帧 淹没 从而造成帧的丢失而出错 由此可见 流量控制实际上是对发送方数据流量的控制 使其发送速率不致超过接收方的速率 也即需要有一些规则使得发送方知道在什么情况下可以接着发送下一帧 而在什么情况下必须暂停发送 以等待收到某种反馈信息后再继续发送 4 2开放系统互联参考模型 4 链路管理功能链路管理功能主要用于面向连接的服务 在链路两端的节点要进行通信前 必须首先确认对方已处于就绪状态 并交换一些必要的信息以对帧序号初始化 然后才能建立连接 在传输过程中则要维持该连接 如果出现差错 需要重新初始化 重新自动建立连接 传输完毕后则要释放连接 数据链路层连接的建立 维持和释放就称做链路管理 在多个站点共享同一物理信道的情况下 例如在局域网中 如何在要求通信的站点间分配和管理信道也属于数据层链路管理的范畴 4 2开放系统互联参考模型 2 数据链路控制协议举例数据链路控制协议也称链路通信规程 也就是OSI参考模型中的数据链路层协议 链路控制协议可分为异步协议和同步协议两大类 同步协议又可分为面向字符的同步协议 面向比特的同步协议及面向字节计数的同步协议三种类型 面向比特的数据链路控制协议的典型 HDLC 高级数据链路控制 是目前网络设计普遍使用的数据链路控制协议 4 2开放系统互联参考模型 8位 标志字段F地址字段A 8 16位 控制字段C 8 16位 信息字段I 长度可变 帧校验字段FCS 16 32位 标志字段F 8位 数据链路层的数据传输是以帧为单位的 HDLC的帧格式如图4 4所示 其中标志字段F是一个固定的比特序列 用来表示一帧的开始和结束 地址字段A用来表示站点的物理地址 控制字段C用来表示帧的类型和功能 帧的编号等控制信息 帧校验字段FCS用来校验传输的帧是否有错 信息字段I是要传输的数据信息 长度通常不大于256字节 4 2开放系统互联参考模型 4 2开放系统互联参考模型 注意 1 运行在数据链路层的设备有二层交换机等 2 运行在物理层的数据的单位为 帧 4 2开放系统互联参考模型 4 2 3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 它在数据路层提供的两个相邻端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 从而向运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运行控制 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 4 2开放系统互联参考模型 1 网络层的主要功能网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送 即为数据选择最佳路径传输到目的主机 而网络用户不必关心网络的拓扑结构和使用的通信介质 具体功能包括路由选择 流量控制 数据的传输与中继 清除子网的质量差异 4 2开放系统互联参考模型 1 路由选择通信子网为网络源节点和目的节点提供了多条传输路径的可能性 网络节点在收到一个分组后后 要确定向下一节点传送的路径 这就是路由选择 要进行路由选择就得有路由算法 路由选择的算法很多 概括起来可以分为静态路由算法和动态路由算法两大类 静态路由选择算法也叫做非自适应路由选择算法 其特点是简单和开销较小 但不能及时适应网络状态的变化 动态路由选择算法也称为自适应路由选择算法 其特点是能较好地适应网络状态的变化 但实现起来较为复杂 开销也比较大 常见的路由协议有内部网关协议 IGP 外部网关协议 EGP 最短路径优先协议 OSPF 等 4 2开放系统互联参考模型 2 流量控制通信子网中的资源总是有限的 如果对进网的业务量不加以控制 就会出现由于资源负荷过重造成拥塞现象 网络层的流量控制是对进入通信子网的数据量加以控制 以防止拥塞现象的出现 就象是一个城市的交通必须加以控制一样 3 数据的传输与中继网络层的一个重要作用是按照选定的路径进行实际的数据传输 4 清除子网的质量差异在现实的通信环境中 由于通信网的类型不同 所以通信质量也存在差异 即使是类型相同的网络 也会因国家 地区的不同而存在差异 网络层必须能够适应各种具体通信网 消除各个通信子网的服务质量差异 使两端服务质量一致 也是网络层的重要功能 4 2开放系统互联参考模型 2 网络层的服务从OSI RM的角度看 网络层提供服务有两大类 面向连接的服务和无连接的服务 面向连接的服务又称为虚电路服务 无连接的服务又称为数据报服务 4 2开放系统互联参考模型 注意 1 运行在网络层的设备有 三层交换机 路由器等 2 运行在网络层的数据的单位为 报文或分组 4 2开放系统互联参考模型 4 2 4传输层OSI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去开发本层的功能 并实现本层对会话层的服务 4 2开放系统互联参考模型 传输层的地位和作用传输层是OSI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运输服务 4 2开放系统互联参考模型 传输层的地位和作用 1 提供可靠的端到端的通信在互联网中 各个子网所能够提供的服务往往是不一样的 为了能使通信子网中的用户得到一个统一的通信服务 就必须要设置一个传输层 它弥补了各个通信子网提供的服务的差异和不足 而在各个通信子网提供的服务的基础上 传输层又能利用本身的传输协议 增加服务功能 消除网络层上的一些差错 保证端到端的通信是可靠的 4 2开放系统互联参考模型 传输层的地位和作用 2 向会话层提供独立于网络的运输服务传输服务是传输层向会话层提供的服务 主要有寻址 建立连接 流量控制 崩溃恢复和多路利用等服务 4 2开放系统互联参考模型 传输层的协议分类传输层的功能是要弥补从网络层获得的服务和拟向传输服务用户提供的服务之间的差距 它所担心的是提高服务质量 包括优化成本 运输层的功能按级别划分 OSI定义了五种协议级别 即级别0 简单级 级别1 基本差错恢复级 级别2 多路复用级 级别3 差错恢复和多路复用级 和级别4 差错检测和恢复级 服务质量划分的较高的网络 仅需要较简单的协议级别 反之 服务质量划分的较低的网络 仅需要较复杂的协议级别 传输层的两个著名协议是TCP和UDP 4 2开放系统互联参考模型 4 2 5其他各层简介1 会话层会话层在运输层提供的服务上 加强了会话管理 同步和活动管理等功能 1 实现会话连接到运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 这种连接就叫作绘画 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 4 2开放系统互联参考模型 4 2 5其他各层简介1 会话层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 此时运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运输连接而不用废弃原有的会话 当新的运输连接建立后 原来的会话可以继续下去 4 2开放系统互联参考模型 4 2 5其他各层简介1 会话层 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 4 2开放系统互联参考模型 4 2 5其他各层简介2 表示层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 4 2开放系统互联参考模型 表示层的主要功能有 1 语法转换 将抽象语法转换成传输语法 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 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 2 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 3 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 以及正常或异常地终止这个连接 3 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 它在下面6层提供的数据传输和数据表示的基础上 为网络用户或应用程序提供各种应用协议 常见的网络服务有 文件服务 电子邮件服务 虚拟终端服务 目录服务等等 应用层的功能我们稍后将以Internet网络为依托进行讲解 4 2开放系统互联参考模型 注意 1 运行在传输层的数据单位 报文 2 运行在会话层和表示层的数据的单位为 报文 3 运行在应用层的数据单位 报文 4 2开放系统互联参考模型 OSI参考模型 数据 报文段信包 分组帧比特电 光脉冲 11111010110 数据多层封装 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 练习题 一 选择题 1 ISO的中文名称是 A 国际认证B 国际标准化组织C 国际指标D 国际经济组织2 物理层的任务是实现网络内两个实体间的 A 物理连接B 逻辑连接C 两节点间D 高级连接3 是通信子网的最高层 A 网络层B 传输层C 应用层D 会话层4 表示出用户看的懂的数据格式 实现与数据表示有关的功能是 层 A 网络层B 应用层C 表示层D 会话层5 层向数据链路层提供服务 A 物理层B 传输层C 会话层D 应用层6 在OSI七层结构中 处于数据链路层和传输层之间的是 A 物理层B 网络层C 会话层D 表示层 B A A B A B 7 完成路径选择功能是在OSI模型的 A 物理层B 数据链路层C 网络层D 传输层8 OSI参考模型的 的建立 维护和管理应用程序之间的会话 A 传输层B 会话层C 应用层D 表示层9 OSI参考模型的 保证一个系统应用层发出的信息能被另一个系统的应用层读出 A 传输层B 会话层C 表示层D 应用层10 OSI参考模型的 为处在两个不同地理位置上的网络系统中和终端设备之间 提供连接和路径选择 A 物理层B 网络层C