ISOOSI网络体系结构计算机网络

ISO OSIISO OSI 网络体系结构计算机网络网络体系结构计算机网络 1 ISO OSI 网络体系结构 即开放系统互联参考模型 Open System Interconnect Reference Model 是 ISO 国际标准化组织 根据整个计算 机网络功能将网络分为物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示 层 应用层七层 也称 七层模型 每层之间相对独立 下层为上层提供服务 物理层 Physics Layer 1 物理层是网络的最底层 实现的物理实体主要 是通信媒体 线路 和通信接口 其主要指实现传输原始比特流的物理连接的 各种特性 手段 物理层的概念 1 OSI 在物理信道实体之间合理地通 过中间系统 为比特传输所需物理连接的激活 保持和去活提供的机械的 电 气的 功能特性和规程特性的手段 2 CCITT 国际电话与电报顾问委员会 利用物理的 电气的 功能和规程特性在 DTE 和 DCE 之间实现对物理信道的建 立 保持和拆除功能 信道实体的特性 物理特性 特性 电气特性 功能 特性 规程特性 2 物理的功能 1 实现各节点之间的位传输 保证位 传输的正确性 并向数据链路层提供一个透明的位流传输 2 在 DTE DCE 之间完成对数据链路的建立 保持和拆除操作 3 解决的主要问题 物理层 负责一个节点 主机 工作站 与下一节点之间的比特流 位 传输 包括传 输介质的接口 数据信号的编码 电压或电压放大 接头尺寸 形状及输出针 以及与位流的物理传输相关的其它任何东西 4 物理层的四个特性 物理特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性 1 机械特性 物理特性 指通信实体间硬件连接接口的机械特点 如 接口的形状 大小 接口引脚的 个数 功能 规格 引脚的分布 相应通信媒体的参数和特性 2 电气特 性 线路连接方式 信号电平 传输速率 电缆长度和阻抗 3 功能特性 接口电路的功能 物理接口各条信号线的用途 用法 包括 接口线功能规 定方法 和接口线功能分类 数据 控制 定时 接地 4 规程特性 利 用接口传输位流的全过程及事件发生的合法顺序 包括 事件执行顺序 数据 传输方式 5 EIA RS 232 简介 由美国电子工业协会制定的串行接口的电子 与电缆链接特性标准 反映在具体的接口上是 计算机的异步通信接口 COM1 COM2 9 口 许多电子设备都有 RS 232 接口 机械特性 在 RS 232C 中 规定采用的连接器接口有 25 根针 接口形状为 D 形 接口 电气特性 RS 232C 规定 对数据信号 以 12V 或 8V 表示 0 12V 或 8V 表示 1 对控制信号 0 表示 开 1 表示 断 数据速率 0 20Kbps 比特每秒 连接电缆传输距离最大为 15M 功能特性 如 RS 232 C 的 第二根针是用于发送数据的 第三根针是用于接收数据的 第四根针表示请求 发送 第五根针表示允许发送 规程特性 例如 RS 232 C 的一段规程为 第四根针置位 请求发送第五根针 置位 允许发送 数据通过第二根针发送 6 其它物理层标准 1 RS449 RS423 A RS422 A 针对 RS 232 数据传输率低和距离近的缺点 提高接口 性能 RS423 A 10M 300Kbps 100M 10Kbps RS422 A 10m 10Mbps 1000M 100Kbps 2 CCITT 的 V 系列 V 24 V 25 V 20 通过电话线传输数据 3 CCITT 的 X 系列 X 75 X 25 X 20 X 21 通过公用数据网传输数据 数据链路层 DATA LINK LAYER 数据链路层任务 负责提供相邻节点之间的可靠数据传输 提供传输数 据位的帧 或包 并保证此帧可靠传递到下一节点的机制 包括帧的编址和帧 的差错控制 1 链路 LINK 通路 数据链路 链路 数据传输的相邻两节 点之间的物理线路 通路 从信源到信宿经过的节点和链路串 数据链路 完成数据传输的线路及其软 硬件控制 2 帧 FRAME 与报文 MESSAGE 包 网络系统通常把数据分成小块单独传送 这种小块称为包 帧 在网络各低层 中传输的一个完整的消息组的信息单位 是通信链路上传送的一组信息 低层 中的数据包 在数据链路层中生成并传输 报文 用户在网上传输的按一定规 则编制的数据信息 高层中的数据包 它们都是信息传送的基本单位 都是信 息数据单元 高层 报文按通信规程分成若干 低层 帧进行传输 报文一 般较大 报文的格式 正文信息 正文报文 和监控信息 监控报文 控制报 文 帧的格式 帧起始标志 接收站标识 控制段 帧校验序列 数据信息 报文信息 1 信息数据单元 信息传递的基本单元 分为协议数据单元 接口数据单元 服务数据单元 1 协议数据单元 PDU 在不同站点的各层对等实体之间 实现该层协议所交换的信息单位 由用户数据 UD 与协议控制信息 PCI 两 部分组成 正文信息 头 尾 2 接口数据单元 IDU 3 服务数据单元 SDU 2 数据链路层的功能 1 同步 接收方应当从收到的比特流中准确 区分帧的开始和终止 2 链路管理 数据链路层连接的建立 维持和释放的 操作 3 差错控制 差错 方法 检错重发 ARQ 向前纠错 反馈检测 4 流量控制 避免在网络数据传输中出过载和死锁 阻塞 产生阻塞的原因 解决阻塞的方法 1 通过对点对点的同步控制 使计算机之间的收发数据 速率同步 2 控制网络的输入 避免突然大量数据报文提交 3 接收工作 站在接收数据报文之前 保留足够的缓冲空间 5 透明传输 保证数据与控制 信息的分开 6 寻址 发送方和接收方的地址 7 通信控制规程 1 面向字符 以字符为传输信息的基本单位 BSC 二步同步通信 2 面向比特 数据和控制信息完全独立 HDLC 5 异步协议和同步协议 链路层中数据传输 方式 6 HDLC 协议 HDLC 高级数据链路控制规程 是一种面向比特的数据链 路控制协议 具有透明传输 可靠性高 传输率高和灵活性强等特点 是 CISCO 路由器的缺省协议 网络层 Network Layer 1 网络层 通信子网层 是通信子网的最高层 是高层与低层协议的界面层 是通信子网和资源子网的 接口 体现资源子网访问通信子网的方式 网络层功能 建立源节点通过通信 子网到目标节点的路径 将报文分组从信源送到信宿 分组是这一层信息的打 包 如切换 路径选择 分组阻塞控制均在网络层解决 分组交换 研究和 解决的问题 路由选择 流量控制 连接的建立 保持和终止 为传输层服务 路由 是把信息从信源穿过网络传递到信宿的行为 在路上 至少遇到一个中 间节点 路由发生在第三层 网络层 桥接 桥接发生在 OSI 参考协议的第 二层 链接层 路由两个基本的动作 确定最佳路径和通过网络传输信息 在 路由的过程中 后者也称为 数据 交换 交换相对来说比较简单 而选择路 径很复杂 2 网络层的服务 分组交换服务 面向连接的网络服务 如虚 电路服务 建立一个连接进行存储转发 通过路由表进行数据传输 SNA 无连 接的网络服务 数据报服务 不建立连接进行存储转发 ARPANET DNA 3 路 由选择 根据一定的原则和算法 在传输路径上找出一条通向目的节点的最佳 路径 现一般由路由器和路由软件完成 静态路由选择策略 1 扩散式路径 选择 泛射发送 如 军事网络 广播式数据交换 2 固定路径算法 集中 路径算法 每个节点存储一线路由表 从路由表中找最优路径 3 随机路由 选择 随机决定下一个路径 动态路由选择策略 4 独立路径算法 局部延 时路径选择 单个节点独立路由 热土豆法 5 集中路由选择 动态路由 表决定路径 6 分布路由选择 所有节点的路由 4 流量控制与死锁 阻塞 在网络传输过程中 网络的吞吐量随着负荷的增大而下降 因而出现信息传输 的拥挤现象 防止 死锁 是阻塞的极端现象 阻塞过于严重 造成部分或全网 性能下降 网络操作停顿 死机 须重启网络 避免 死锁的原因 1 存储转 发死锁 两个节点的缓冲都已满 无法相互发送数据 2 重装死锁 报文较 大 由分组重新装配成报文未完成时 缓冲区已满 3 传递死锁 报文分组 丢失 4 环死锁 5 定步死锁 6 死枝死锁 解决阻塞 死锁的方法 1 丢弃报文分组 在缓冲已满时 丢弃新到的报文分组 2 预分配缓冲区 开设空的缓冲区 转接分组 3 定额控制 控制一段时间内报文分组的数量 5 流量控制的实现 1 网络中通信和流量控制分三个层次进行 一 信源 主计算机 目的主计算机 由传输层完成 二 信源节点 信宿节点 网络层完成 三 节点 节点 数据链路 层完成 2 相邻节点之间的流量控制 存储转发死锁 直接死锁 间接 死锁 解决 交互应答方式 RR RNR 3 信源节点与信宿节点间的流量控 制 重装死锁 解决方法 约定存储空间 4 信源主计算机与目的主计算 机间的流量控制 预约方式 传输前等待 6 网络层协议 在公用数据网络 中 X 21 建议 电路交换网络 静止阶段 呼叫控制阶段 数据传送阶段 清 除阶段 一般 X 25 建议 广域网通讯的标准协议 在公用数据网络上 在 DTE 和 DCE 之间以分组形式进行数据交换的接口标准 CHINA PAC 分组交换网络 内容 物理级 数据链路级 分组级 服务有 虚呼叫 SVC 永久虚电路 PVC 数据报 传输层 Transport Layer 1 运输层的概念和功能 传输层是介于低 3 层通 信子网系统和高 3 层之间的一层 是第一个端 端 主机 主机 的层次 高层与低层连接的一个接口层 提供透明的数据运输功能 使高层用 户不必关心通信子网的差别与存在 传输层的基本功能 是在网络层的基础上 完成端对端的差错纠正和流量控制 并实现两个终端系统间传送的分组的无差 错 无丢失 无重复 分组顺序无误 传输控制 在网络层的基础上 提供 数据传输控制服务 2 运输层服务质量与协议 运输层网络服务按质量分为 三个类型 1 A 型网络服务 服务质量 最高 2 B 型网络服务 次之 3 C 型网络服务 最差 OSI 运输层协议 0 4 5 级 1 级别 0 简单级 2 级别 1 基本差错恢复级 3 级别 2 多路复用级 4 级别 3 差错恢复和多路复用级 5 级别 4 差错检测和恢复级 5 种类型 基本可以 满足对传送质量 传送速度 传送费用的各种不同需要 3 运输层服务 运输 连接管理和数据传送 1 连接与传输 2 运输服务 3 端对端通信 4 状态报告和安全保密 TCP 协议工作在本层 它提供可靠的基于连接的服 务 会话层 Session Layer 会晤层 1 会话层 表示层 应用层构成开放 系统的高 3 层 面对主机和应用进程提供分布处理 对话管理 信息表示 恢 复最后的差错等 2 会话 提供建立连接并有序传输数据的一种方法 应用 进程间的通信 对话 会话方式 会话协调 会话同步 会话隔离 进 程 作业 主机中运行的程序 会话层目的 建立与终止主机间进程到进程的 通信会话 是进程 进程的层次 3 功能 组织和同步不同主机上各种 进程间的通信 对话 4 会话层提供的服务可使应用建立和维持会话 并 能使会话获得同步 会话层同样要担负应用进程服务要求 而运输层不能完成 那部分工作 给运输层功能予以弥补 主要的服务是对话连接管理 数据流同 步和重新同步 为会话实体间建立连接 1 数据传输阶段 2 这个阶段是在两个会话用户之间实现有组织的 同步的数据传输 3 连 接释放 表示层 Presentation Layer 1 会话层以下 5 层完成了端到端的数 据传送 并且是可靠 无差错的传送 但是数据传送只是手段而不是目的 最 终是要实现对数据的使用 由于各种系统对数据的定义并不完全相同 例如 最易明白的例子是键盘 其上的某些键的含义在许多系统中都有差异 这自然 给利用其它系统的数据造成了障碍 表示层和应用层就担负了消除这种障碍的 任务 表示层的作用是在应用进程之间传输的信息提供表示方法的服务 为异 种机通信提供一种公共语言 以便能进行互操作 如 因为不同的计算机体 系结构使用的数据表示法不同 例如 IBM 主机使用 EBCDIC 编码 而大部分 PC 机使用的是 ASCII 码 在这种情况下 便需要会话层来完成这种转换 2 表示层负责在两个主机间交换的数据的形式 数据操纵 如数据压缩 和加密 3 表示层提供的服务 1 语法转换 为应用层用户提供共同的数据语法 变换 完成应用层所用数据所需要的任何转换 以提供标准化的应用接口和公 共的通信服务 数据格式转换 数据压缩 解压和数据加密 解密可能在表示层 进行 2 语法选择 3 连接管理 4 抽象语法和传送语法 抽象语法 对数据结构的描述 传送语法 为抽象语法指定一种编码规则 4 表示层的 功能 1 网络的安全与保密 2 文本压缩 3 虚拟终端协议 应用 层 Application Layer 应用层是 ISO 的最高层 是用户使用的层次 提供 终端用户服务 远程登录 TELNET 文件传输 FTP 电子邮件 SMTP 浏览 HTPP 远程数据库存取 用户一般使用的是应用层 应用层协议发展很快 应用层向应用程序提供服务 这些服务按其向应用程序提供的特性分成组 并 称为服务元素 有些可为多种应用程序共同使用 有些则为较少的一类应用程 序使用 应用层是开放系统的最高层 是直接为应用进程提供服务的 其 作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时 完成一系列业务处理所需的服 务 其服务元素分为两类 公共应用服务元素 CASE 和特定应用服务元素 SASE CASE 提供最基本的服务 它成为应用层中任何用户和任何服务元素的用户 主 要为应用进程通信 分布系统实现提供基本的控制机制 特定服务 SASE 则要满足一些特定服务 如文卷传送 访问管理 作业传送 银行事 务 订单输入等 TCP IP 协议簇 TCP IP 协议使不同类型的网络和计算机之间的 进行通信 是网络互联的核