原版CCNA教材-_OSI分层模型

1、第二章OSI层次模型本章目标通过本章的学习，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标准化组织ISOISO: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创立OSI参考模型，希望不同供给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！家庭办公用户移动办公 用户因特网公司分部公司总部 一：

2、网络的根本概念 网络概述 是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。 把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源； 网络是一个复杂的环境，它牵涉到多种媒体，多种协议. 计算机网络系统的组成资源子网和通信子网 把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。网络硬件 网络系统赖以存在的根底 网络软件挖掘网络潜力的工具 物理连接 协议 应用程序 设计，构建并维护一个网络是个具有挑战性的任务。即使是一个

3、仅包含50个路由节点的小型网络也可能导致后果不可预料的复杂问题更不用说拥有上千个节点的大型网络了。 尽管设备的性能和传输介质的容量都提高了，但设计和构造一个网络仍是困难的。 宏观上看层次化的网络结构定义分布层核心层访问层端接设备到网络的接入点访问层访问层特性访问层的汇接点路由数据分割播送域/多点传送域 介质转换平安性远程访问的接入点分布层分布层特性核心层特性高速传送数据对数据不作任何处理核心层二、 OSI参考模型什么是OSI参考模型 在计算机网络产生之初，每个计算机厂商都有一套自己的网络体系结构的概念，它们之间互不相容。为此，国际标准化组织ISO International Organizat

4、ion for Standardization在年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统互联的体系结构(Open System Interconnection reference model )OSI/RM,简称OSI； “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。 它定义了连接异种计算机的标准框架。 分层layering OSI模型为一种分层结构，通过这种结构，使得网络中不同计算机间相互交换信息的方式标准化。OSI将网络体系结构分为7层，各个层次包含了不同的网络活动和设备，以及相应的技术接口，此外，各个层次还拥有独立

5、的称之为协议的标准。 协议：即网络中包括互联网传递、管理信息的一些标准。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那么，这些规那么就称为网络协议。 网络模型使用分层来简化网络功能，通过层次的划分，简化了两台计算机之间相互通信所要完成的任务。 优点 开放式系统互连模型的最大优点是将效劳、接口和协议这三个概念明确地区分开来：效劳说明某一层为上一层提供一些什么功能，接口说明上一层如何使用下层的效劳，而协议涉及如何实现本层的效劳；这样各层之间具有很强的独立性，互连网络中各实体采用什么样的协议是没有限制的，只要向上提供相同的效劳并且不改变相邻层的接口就可以了

6、。网络七层的划分也是为了使网络的不同功能模块不同层次分担起不同的职责，从而带来如下好处： (1) 减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次，便于查找和纠错； (2) 在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操作，各层之间那么相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行； (3) 便于研究和教学。网络分层的优点层 layer：描述了所有需求的有效的通讯过程，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,允许各个供给商进行开发.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

7、块功能.4.各层间通过一个接口在相邻层上下通信OSI模型概述7 应用层 Application6 表示层 Presentation5 会话层 Session4 传输层 Transport3 网络层 Internet2 数据链路层 Data Link1 物理层 PhysicalOSI 模式 概述应用层 (高) 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OSI 模式数据流层传输层数据链路层网络层物理层应用层 (高) 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

8、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应用层作用Telnet SMTPHTTP FTP用户接口例子应用层Telnet SMTPHTTP FTP ASCIIEBCDICJPEG用户接口数据表示加密等特殊处理过程例子表示层应用层应用层作用TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEG保证不同应用间的数据区分用户接口数据表示加密等特殊处理过程Operating System/Application Access Scheduling例子会话层表示层应用层应用层作用保证不同应用间的数据区分用户接口数据表示加密等特殊处理过程TelnetHTTPASCIIEBCDICJPEGOpera

9、ting System/Application Access Scheduling传输层数据链路层网络层物理层例子会话层表示层应用层应用层作用数据流层的作用EIA/TIA-232V.35例子物理层 设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35例子数据流层的作用数据链路层物理层 将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPX例子数据流层的作用网络层 数据链路层物理层将比特组合成字节进而组合成帧用M

10、AC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等提供路由器用来决定路径的逻辑寻址TCPUDPSPX802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPX例子数据流层的作用 传输层 数据链路层物理层 可靠或不可靠的数据传输数据重传前的错误纠正将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址TCPUDPSPX802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPX表示层应用层会话层例子数据流层的作用可靠或不可靠的数据传输数据重传前的

11、错误纠正将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等传输层 数据链路层物理层网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址对等层通信 OSI参考模型描述了在不同计算机上应用程序的信息是如何同过网络介质传送的。对于一个给定的系统的各层，当要发送的信息逐层向下传送时，信息越往低层就越不同于人类的语言，而是计算机能够理解的“1和“0。 每一层使用自己层的协议与其他系统的对等层相互通信。每一层的协议在与对等层之间交换的信息称为协议数据单元PDU举例 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层数据链路层 物理层 主机B 主机A 应用层 表示层 会话层

12、 传输层 网络层数据链路层 物理层 比特流 数据帧 数据包 数据段主机A发送信息给主机B。主机A的应用程序与主机A的应用层通信，主机A的应用层再与主机A的表示层通信，主机A的表示层再与主机A的会话层通信，等等，直到到达主机A的物理层。物理层把信息放到网络物理介质上并把信息从网络物理介质上送走信息在网络物理介质上传送并被主机B接收后，会以相反的方向向上通过主机B的各层先是物理层，然后是数据链路层，等等，直到最终到达主机B的应用层 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相邻提供的效劳来与主机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

13、层通信，那么主机A的第四层就必须使用主机A的第三层所提供的效劳。第三层通过一个效劳接入点SAP给第四层提供效劳，这些效劳接入点使得第四层能要求第三层提供效劳 使用相邻层效劳的叫效劳用户service user-第四层 提供相邻层效劳的叫效劳提供者service provider-第三层 主机B的第四层怎么知道主机A第四层想要什么呢？PDUPDUprotocol 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 : messagetransport layer : segmentNetwork layer: packe

14、tData-link layer: FramePhysical layer: bit封装与解封装封装 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-封装封装分为：切片和加控制信息解封装：上述的逆向过程数据封装 OSI参考模型中每一层都依赖于它的下一层提供的效劳功能。为了提供这些效劳，低层使用封装把上层的PDU放入它的数据区域；然后，该层将会把它要使用的任何报头和报尾进行添加以执行它的功能 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层数据链路层 物理层 应用层 表示层

15、 会话层 传输层 网络层数据链路层 物理层数据数据数据网络层头网络层头帧报尾帧报头封装传输层 数据链路层物理层 网络层 上层数据上层数据TCP 头数据IP 头数据LLC 头0101110101001000010数据MAC 头表示层应用层会话层段包比特帧PDUFCSFCS封装 网络层给传输层提供一个效劳，传输层把数据提交给网络层，网络层将数据封装在一个报头内。该报头包含了完成这个传输所要求的信息，例如：源和目地的逻辑地址。数据链路层也提供一个效劳给网络层；它把网络层信息封装在一个帧内。帧头包含了用来完成数据链路功能要求的信息，例如帧头包含了物理地址。物理层也给数据链路层提供效劳：它把数据链路帧编

16、码成能在介质中通常是导线传播的“1和“0模式举例 设想：主机A想利用E-mail发送以下信息给主机B： “好久不见了，你还好吗？ 数据封装会将此消息传送到适宜的目的地，在数据封装过程中会经过以下5个转换步骤：步骤一：当用户发送一个消息时，它的字符转化为数据，从第七层向下传送到第五层，然后在网络上传输；步骤二：在第四层通过使用段，传输功能把数据进行打包使它能用于网络传输，并确保系统两端的消息主机能可靠通信；步骤三：数据在第三层被放入一个数据包或数据报中，它有一个包含有源和目的逻辑地址的包头。然后，网络设备沿着一个选定的路径在网络上发送这些数据包。步骤四：每个网络设备在第二层必须把数据包放入一个帧

17、。帧可以连接到同一链路上的一个直连的设备。在一个选定的网络路径上的每一个设备都要求用帧来连接下一个设备。步骤五：在第一层，帧必须转换成可以在介质导线中传送的“1和“0模式。时钟功能使得设备能区分在介质中传输的比特流。 上层数据LLC 头 + IP + TCP + 上层数据MAC 头IP + TCP +上层数据LLC 头TCP+上层数据IP 头上层数据TCP 头传输层 数据链路层物理层 网络层 表示层应用层会话层封装过程LLC 头IP 头FCSFCS上层数据LLC 头 + IP + TCP + 上层数据MAC 头IP + TCP +上层数据LLC 头TCP+上层数据IP 头上层数据TCP 头传输

18、层 数据链路层物理层 网络层 表示层应用层会话层解封装过程数据传输过程通 信 介 质应用层表示层会话层传输层网络层数据连路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据连路层物理层网络层数据连路层物理层通 信 介 质传输层协议会话层协议表示层协议应用层协议端系统A端系统B定义介质类型连接器类型 信令类型带外信令带内信令Ethernet802.3V.35物理层EIA/TIA-2321、物理层功能只负责0和1的传输，不清楚数据包的含义 代表设备：集线器 Ethernet/802.3的物理层集线器多个主机主机10Base2细缆以太网10Base5粗缆以太网10BaseT双绞线物理层设备集线器 中继器 编

19、码解码器 传输介质连接器ABCD物理层 所有设备在同一冲突域所有设备在同一播送域所有设备共享相同的带宽集线器运行在物理层 冲突域物理分段：连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者说是同一物理网段上所有节点的集合或以太网上竞争同一带宽的节点集合。这个域代表了冲突在其中发生并传播的区域，这个区域可以被认为是共享段。 冲突域 播送域 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播送域 (broadcast domain)：播送帧传输的网络范围，一般是路由器来

20、设定边界因为router不转发播送集线器：同一个冲突域接入设备越多冲突机率越大用CSMA/CD技术CSMA/CD技术载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CDcarrier sense multiple 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，不可防止的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题CSMA/CD工作原理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，自己那么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

21、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。Ethernet(以太网)/802.3Ethernet所有使用Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测的LAN，它通常符合包括IEEE 802.3在内的以太网标准。 (IEEE-美国电气与电子工程师学会) 采用退避算法CSMA/CD重要特性 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通

22、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源和目标的物理地址与帧关联的高层协议 (Service Access Point)网络拓扑 帧顺序数据流控制有向或无向连接HDLC:同步，封装串行链路PPP: 点对点协议,封装拨号的，支持同步/异步，多数异步传输数据链路层物理层EIA/TIA-232v.35EthernetFrame RelayHDLC802.2802.32、数据链路层功能1、仲裁2、寻址3、过失检测4、帧标签MAC子层MAC子层media access cont

23、rol):负责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：冲突不可防止； CSMA/CD ；FCFSfirst 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 FDDIfiber 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LLC子层logical link control):为上层协议提供SAP 效劳访问点，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

24、网提供了通用功能SAP效劳访问点SAP Service Access Point效劳访问点：LLC子层为了网络层的各种协议提供效劳，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用效劳访问点数据源地址FCS长度目标地址可变长26640000.0C xx.xxxx厂商自己分配IEEE 分配MAC子层- 802.3前导符Ethernet II 在这里用 “Type指明上层协议，所以不用 802.2.MAC 地址8# 字节数据链路层功能(续)数据目标 SAP源 SAP数据源地址FCS长度目标地址可变长11802.2 (SAP)MAC子层 - 802.3Ctrl1 or 232前导符数据目标

25、SAPAA源 SAPAA可变长11802.2 (SNAP)Ctrl031 or 2OROUI ID类型数据链路层功能(续)每段有自己的冲突域所有的段都在同一播送域数据链路层或123124交换机和桥运行在链路层交换机每段有自己的冲突域播送信息向所有段转发缓冲区交换点对点传输定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址定义通过网络的路径多链路连接分割数据包的大小网络层IP, IPX，AppleTalk数据链路层物理层EIA/TIA-232v.35Ethernet帧中继HDLC802.2802.33、网络层功能数据源地址目标地址IP头主机号网络号逻辑地址网络层端接设备的数据包网络层功能(续) 111111

26、11 11111111 00000000 00000000 10101100 00010000 01111010 11001100二进制掩码二进制地址17216122204255地址掩码25500网络局部主机局部路由表目标网络端口距离124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2路由表目标网络端口距离124E0S0S0001逻辑地址提供分层结构的网络需要的配置利用配置信息来识别到达目标网络的路径网络层功能(续)路由器：运行在网络层播送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连接路由器提供远程访问效劳因特网家庭办公用户分部调制解调器 或 ISDN适配卡移动用户公司总部区分不同的上层应用建立应用间的端到端连接为数据传输提供可靠或不可靠的连接效劳定义流量控制 网络层IPXIP传输层SPXTCPUDP4、传输层功能同步请求回应同步请求, 同步请求回应同步请求数据传输(传输数据段)发送方接收方连接建立可靠的传输层功能OSI模型的意义 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