第2章 OSI分层模型

1、第二章OSI层次模型主讲人：ALLEN 通过本章的学习，您应该掌握以下内容: 掌握OSI分层模型 描述数据在源和目标设备间的传送过程 清楚集线器、交换机和路由器在网络中担当的角色和功能；懂得在什么情况下该用什么样的设备 ISO:国际标准化组织 ( International Organization for Standardization ) OSI:开放系统互联 ( open system interconnection ) 20世纪70年代后期，ISO创建OSI参考模型，希望不同供应商的网络能够相互协同工作，但迄今为止，这仍然是一个伟大的目标！ 层 layer：描述了所有需求的有效的通讯过

2、程，并把这些过程逻辑上的组叫做层。 分层的优点： 1.促进标准化工作,允许各个供应商进行开发. 2.各层间相互独立,把网络操作分成低复杂性单元. 3.灵活性好,某一层变化不会影响到别层，设计者可专心设计和开发模块功能. 4.各层间通过一个接口在相邻层上下通信OSI 模式 概述应用层应用层 (高高) 会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSI 模式数据流层数据流层传输层传输层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层物理层应用层应用层 (高高) 会话层会话层表示层表示层应用层应用层应用层作用Telnet SMTPHTTP FTP用户接口用户接口例子例子应用层应用层Telnet SMTPHTTP FT

3、P ASCIIEBCDICJPEG用户接口用户接口数据表示数据表示加密等特殊处理过程加密等特殊处理过程例子例子表示层表示层应用层应用层TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEG保证不同应用间的数据区保证不同应用间的数据区分分用户接口用户接口数据表示数据表示加密等特殊处理过程加密等特殊处理过程Operating System/Application Access Scheduling例子例子会话层会话层表示层表示层应用层应用层保证不同应用间的数据区保证不同应用间的数据区分分用户接口用户接口数据表示数据表示加密等特殊处理过程加密等特殊处理过程TelnetHTTPASCIIEBCDICJPE

4、GOperating System/Application Access Scheduling传输层传输层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层物理层例子例子会话层会话层表示层表示层应用层应用层数据流层的作用EIA/TIA-232V.35例子例子物理层物理层 设备间接收或发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35例子例子数据链路层数据链路层物理层物理层 将比特组合成字节进而组合成帧将比特组合成字节进而组合成帧 用用MAC地址访问介质地址访问介质 错误发现但不能纠正错误发现但不能纠正 设备间接收或

5、发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPX例子例子网络层网络层 数据链路层数据链路层物理层物理层 将比特组合成字节进而组合成帧将比特组合成字节进而组合成帧 用用MAC地址访问介质地址访问介质 错误发现但不能纠正错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等提供路由器用来决定路径的逻辑寻址提供路由器用来决定路径的逻辑寻址TCPUDPSPX802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPX例子例子 传输

6、层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 可靠或不可靠的数据传输可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正数据重传前的错误纠正 将比特组合成字节进而组合成帧将比特组合成字节进而组合成帧 用用MAC地址访问介质地址访问介质 错误发现但不能纠正错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等网络层网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址提供路由器用来决定路径的逻辑寻址TCPUDPSPX802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPX表示层表示层应用层应用层会话层会话层例子例子 可靠或不可靠的数据传输可靠或不可

7、靠的数据传输 数据重传前的错误纠正数据重传前的错误纠正 将比特组合成字节进而组合成帧将比特组合成字节进而组合成帧 用用MAC地址访问介质地址访问介质 错误发现但不能纠正错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址提供路由器用来决定路径的逻辑寻址 PDU（protocol data unit):每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。 上层 : message transport l

8、ayer : segment Network layer: packet Data-link layer: Frame Physical layer: bit 封装 （ encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫-封装 解封装：上述的逆向过程上层数据上层数据LLC 头头 + IP + TCP + 上层数据上层数据MAC 头头IP + TCP +上层数据上层数据LLC 头头TCP+上层数据上层数据IP 头头上层数据上层数据TCP 头头010111010100

9、1000010传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 表示层表示层应用层应用层会话层会话层LLC 头头IP 头头FCSFCS上层数据上层数据LLC 头头 + IP + TCP + 上层数据上层数据MAC 头头IP + TCP +上层数据上层数据LLC 头头TCP+上层数据上层数据IP 头头上层数据上层数据TCP 头头0101110101001000010传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 表示层表示层应用层应用层会话层会话层通通 信信 介介 质质应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据连路层数据连路层物理层物理层应用层应用

10、层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据连路层数据连路层物理层物理层网络层数据连路层物理层通通 信信 介介 质质传输层协议会话层协议表示层协议应用层协议端系统端系统A A端系统端系统B B定义定义 介质类型介质类型 连接器类型连接器类型 信令类型信令类型Ethernet802.3V.35物理层物理层EIA/TIA-232Ethernet/802.3的物理层集线器集线器多个主机多个主机主机主机10Base2细缆以太网细缆以太网10Base5粗缆以太网粗缆以太网10BaseT双绞线双绞线 集线器 中继器 编码解码器 传输介质连接器ABCD物理层物理层 所有设备在同一冲突域所有设备在同

11、一冲突域 所有设备在同一广播域所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽所有设备共享相同的带宽 冲突 （collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏 冲突域（collision domain）一个支持共享介质的网段 广播域 (broadcast domain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为router不转发广播）集线器：同一个冲突域 接入设备越多冲突机率越大接入设备越多冲突机率越大 用用CSMA/CD技术技术 载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD（carrier sense multi

12、ple access/collision detect)：一种介质访问的控制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题 当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送；如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个JAM阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。 使用 CSMA/C

13、D 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信） 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率定义定义 源和目标的物理地址源和目标的物理地址 与帧关联的高层协议与帧关联的高层协议 (Service Access Point) 网络拓扑网络拓扑 帧顺序帧顺序 数据流控制数据流控制 有向或无向连接有向或无向连接数据链路层数据链路层物理层物理层EIA/TIA-232v.35EthernetFrame RelayHDLC802.2802.3 MAC子层（media access control):负

14、责MAC寻址和定义介质访问控制方法 MAC子层一般的访问控制方式： 1。争用式：冲突不可避免； CSMA/CD ；FCFS（first come first service) 2。轮流式：访问时间可预见，不发生冲突；但是要有Token 令牌 MAC子层协议有：802.3 802.5 FDDI（fiber distributed data interface)这三个LAN技术的不同在于帧结构和访问机制的不同 LLC子层（logical link control):为上层协议提供SAP 服务访问点，并为数据加上控制信息 LLC子层协议：802.2 802.2协议只在LLC子层，为以太网和令牌环网提

15、供了通用功能 SAP（ Service Access Point服务访问点）：LLC子层为了网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点数据数据源地址源地址FCS长度长度目标地址目标地址可变长可变长26640000.0C xx.xxxx厂商自己分配厂商自己分配IEEE 分配分配MAC子层子层- 802.3前导符前导符Ethernet II 在这在这里用里用 “Type”指指明上层协议，所明上层协议，所以不用以不用 802.2.MAC 地址地址8# 字节字节数据数据目标目标 SAP源源 SAP数据数据源地址源地址FCS长度长度目标地址目标地址可变长

16、可变长11802.2 (SAP)MAC子层子层 - 802.3Ctrl1 or 232前导符前导符数据数据目标目标 SAPAA源源 SAPAA可变长可变长11802.2 (SNAP)Ctrl031 or 2OROUI ID类型类型 每段有自己的冲突域每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域所有的段都在同一广播域数据链路层数据链路层或或123124交换机 每段有自己的冲突域每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发广播信息向所有段转发缓冲区缓冲区交换交换 定义与指定协议相关联定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址的源和目标逻辑地址 定义通过网络的路径定义通过网络的路径 多链路连接多链路连接网络层

17、网络层IP, IPX数据链路层数据链路层物理层物理层EIA/TIA-232v.35Ethernet帧中继帧中继HDLC802.2802.3数据数据源地址源地址目标地址目标地址IP头头主机号主机号网络号网络号 逻辑地址逻辑地址网络层端接设备的数据包网络层端接设备的数据包路由表路由表目标网络目标网络 端口端口距离距离124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2路由表路由表目标网络目标网络 端口端口距离距离124E0S0S0001 逻辑地址提供分层结构的网络逻辑地址提供分层结构的网络 需要的配置需要的配置 利用配置信息来识别

18、到达目标网络的路径利用配置信息来识别到达目标网络的路径路由器：运行在网络层 广播信息控制 多点发送信息控制 路径优化 流量管制 逻辑寻址 提供WAN连接因特网因特网家庭办公用户家庭办公用户分部分部调制解调器调制解调器 或或 ISDN适配卡适配卡移动用户移动用户公司总部公司总部 区分不同的上层应用区分不同的上层应用 建立应用间的端到端连接建立应用间的端到端连接 定义流量控制定义流量控制 为数据传输提供可靠或不可为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务靠的连接服务网络层网络层IPXIP传输层传输层SPXTCPUDP同步请求同步请求回应同步请求回应同步请求, 同步请求同步请求回应同步请求回应同步请求数据传输数据传输(传输数据段传输数据段)发送方发送方接收方接收方 提供了网络间互连的参考模型 成为实际网络建模、设计的重要参考工具和理论依据 OSI/RM的思想为我们提供了进行网络设计与分析的方法 （实际的网络几乎都是分层结构，功能分层，协议分层，只是根据实际需要，层次有多有少。模块化的结构便于同时开发、升级换代，维护管理） 许多功能在多