第二次课 OSI七层参考模型

OSI七层参考模型七层参考模型 协议既是一个整体概念，又是一个个体概念。一个具体协议包括语法、语义和定时三个方面的内容。语法指定数据的格式、信号电平等。语义来规定协议语法成分的含义。定时即确定协议语法成分的顺序和速度匹配关系。国际标准化组织（ISO）、各国的一些研究机构或大公司都十分重视研究计算机网络的体系结构。ISO国际标准化组织成员：89个成员国的国家标准组织，包括ANSI（美国国家标准化组织）、BSI（英国）、AFNOR（法国）、DIN（德国）等。ISO提出的标准涉及的范围非常大，从螺丝到电线杆涂料。有200多个技术委员会，按它们建立的顺序编号。每个委员会对应一个专门科目。TCO99解决电器产品的环保问题。TC97解决计算机与信息处理方面的标准问题。OSI模型共有7个层。在这7层中所使用的原则如下：网络中各节点都具有相同的层次不同节点的相同层具有相同的功能。同一节点内各相邻层之间通过接口通信每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务不同节点的同等层通过协议来实现同等层之间的通信通信子网边界传输层协议传输层传输层网络层内部子网协议用层网络层网络层链路层链路层物理层物理层链路层物理层网络层物理层链路层应用层协议应用层应用层表示层协议表示层表示层会话层协议会话层会话层1234657报文(M)报文分组(P)帧(F)位(Bit)报文(M)报文(M)报文(M)层次层次主机主机A同同 层层 协协议议主机主机B协议协议数数 据据 单单元元物理层协议IMP协议链路层协议IMP协议网络层协议IMP协议（1）物理层（Physical Layer）主要功能包含以下 3 项：传输信息的介质规格、将数据以实体呈现并传输规格、接头的规格。主要任务是在通信线路上传输数据比特的电信号。3特性特性（1）机械特性）机械特性（2）电气特性）电气特性（3）功能特性）功能特性（4）规程特性）规程特性（2）链路层（Data Link Layer）主要功能包含以下 3 项：同步、检测、制定介质访问控制方法。主要任务：在物理层传送的比特流的基础上，它负责建立相邻节点之间的数据链路，提供节点与节点之间的可靠的数据传输。它除了将接收到的数据封装成数据包（packet,也称作数据帧）再传送之外，还检测帧的传送是否正确。通常该层又被分为介质访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）两个子层。MAC主要用于共享型网络中多用户对信道竞争的问题；LLC主要任务是提供数据或帧、差错控制、流量控制和链路控制等功能。同步同步:数据链路层协议会在传送数据时，同时进行连接同步化，使传送与接收双方达到同步，确保数据传输的正确性。检测检测:传送端对于即将送出的数据，先经过特殊运算产生一个 CRC（Cyclic Redundancy Check）码，并将这个 CRC 码随着数据一起传过去。而接收端也将收到的数据经过相同的运算，得到另一个 CRC 码，将这个 CRC 码与对方传过来的 CRC 码相比较，即可判定收到的数据是否完整无误。制定介质访问控制方法制定介质访问控制方法:当网络上的多个设备要同时传输数据时，赋予每个设备不同的优先等级？这套管理办法通称为介质访问控制方法（Media Access Control Method，MAC Method）。（3）网络层（）网络层（Network Layer）此层的主要功能：定址、选择传送路径。即负责节点与节点之间的路径选择，让数据从物理连接的一端传送到另一端，负责点到点之间通信联系的建立、维护和结束。它通过制造路由算法，为报文之间分组通过通信子网选择最适当的路径。它要执行路径选择、拥挤控制与网络互连等功能，是OSI参考模型中最复杂的一层。定址定址:在网络世界里，所有网络设备都必须在网络世界里，所有网络设备都必须有一个独一无二的名称或地址，才能相互找有一个独一无二的名称或地址，才能相互找到对方并传送数据。至于究竟采用名称或地到对方并传送数据。至于究竟采用名称或地址？命名时有何限制？如何分配地址？这些址？命名时有何限制？如何分配地址？这些工作都是在网络层决定。工作都是在网络层决定。选择传送路径选择传送路径:若从传送端到接收端有许多条路径，要如何决定走哪一条呢？如图1-18所示，从 A 传数据到 D 有5 条路径（见表1-2）。表表 1-2 在网络中传送数据的可能路径在网络中传送数据的可能路径编号路径编号路径 编号路径A DAB DACDABCDACBD（4）传输层（Transport Layer）此层的主要功能包含以下 3 项：编定序号、控制数据流量、检测与错误处理。此层负责提供两节点之间数据的传送，当两节点已确定建立联系之后，传输层即负责监督，以确保数据能正确无误地传送。传输层的目的是向用户提供可靠的端到端服务，透明地传送报文，它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机网络通信体系结构中最关键的一层。编定序号编定序号：当所要传送的数据量很大时，便会将其切割成多段较小的数据段进行传送,为每段数据编上序号，以利于接收端收到后能组回原貌。控制数据流量控制数据流量：传输层需解决好端到端的流量控制，以使得发送端实体发送的数据流不要超出接收端所能承受的接收能力。检测与错误处理检测与错误处理：这里所用的检测方式，可以和数据链路层相同或不同，两者完全独立。一旦发现错误，也未必会要求对方重送。例如：TCP 协议会要求对方重送，但 UDP 协议则不要求对方重送。（5）会话层（）会话层（Session Layer）它负责控制每一站究竟什么时间可以传送与接收数据，为不同用户提供建立会话关系，并对会话进行有效管理。包括：使用全双工模式或半双工模式？如何开始传输？如何结束传输？如何设置传输参数？例如，当许多用户同时收发信息时，该层主要控制、决定何时发送或接收信息，才不会有“碰撞”发生。用户可以按照半双工、单工、和全双工用户可以按照半双工、单工、和全双工的建立会话。的建立会话。（6）表示层（Application Layer）此层的主要功能：内码转换、压缩与解压缩、加密与解密。它主要用于处理两个通信系统中信息的表示方式，完成字符和数据格式的转换，对数据进行加密和解密、压缩和恢复等操作。内码转换：内码转换：在键盘上输入的任何数据，到了计算机内部都会转换为代码，这种内部用的代码称为“内码”。压缩与解压缩压缩与解压缩：为了提高传输效率，传送端可在传输前将数据压缩，而接收端则在收到后予以解压缩，恢复为原来数据，这个压缩、解压缩工作可由表示层协议来做。加密与解密加密与解密：从理论上来说，加密的次数越多就越复杂，被破解的概率就越低，可是这样也会耗费较多的时间，所以效率也会下降。而一种好的表示层协议，便能在安全与效率之间取得平衡，可靠又快速地执行加密任务。（7）应用层（）应用层（ApplicationLayer）应用层是OSI参考模型的最高层，它与用户直接联系，负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，包括建立与结束使用者之间的联系，监督并且管理相互连接起来的应用系统以及所使用的应用资源。在七层模型中，每一层都提供一个特殊的网络功能。如果单从功能的角度观察，下面四层（物理层、数据链路层、网络层和传输层）主要提供电信传输功能，以节点到节点之间的通信为主；上面三层（会话层、表示层和应用层）则以提供使用者与应用程序之间的处理功能为主。也就是说，下面四层属于通信功能，上面三层属于处理功能。若从网络产品的角度观察，对于局域网不说，最下面三层（物理层、数据链路层、网络层）直接做在网卡上，其余的四层则由网络操作系统来控制。OSI 模型七层的运行方式模型七层的运行方式数据由传送端的最上层（通常是指应用程序）产生，由上层往下层传送。每经过一层，都会在前端增加一些该层专用的信息，这些信息称为“报头”（Header），然后才传给下一层，接收端收到数据后，会从最底层向上层传送，每经过一层就拆掉一层信封（即去除该层所认识的报头），直到最上层，数据便恢复成当初从传送端最上层产生时的原貌 数据在各层之间传递时会附加上或删除掉报头/报尾信息 若以网络的术语来说，这种每一层将原始数据加上报头的操作，便是数据的封装（Encapsulation），而封装前的原始数据则称为 Payload（数据承载）。在传送端，上层将数据传给下层，下层将上层传过来的数据当成 Payload，再将 Payload 封装成新的数据，继续传给更下一层去封装，直到最底层为止。其实上述的封装操作中，在某些层除了加上报头之外，还会在数据的尾部加上一些信息，这些信息称为“报尾”（Trailer）。报头与报尾的运作原理相同。TCP/IP通信标准 TCP和IP是协议组中的两个协议。对应于OSI七层模型中的传输层，它在IP协议的上面，提供面向连接的可靠数据传输服务，以便确保所有传送到某个系统的数据正确无误地到达该系统。（一）网络接口层（一）网络接口层1功能功能为各种异构网络提供使用为各种异构网络提供使用TCP/IP协议的接协议的接口，允许主机连入网络时使用多种流行的口，允许主机连入网络时使用多种流行的协议。协议。2任务任务负责通过网络发送和接收负责通过网络发送和接收IP数据报。是参数据报。是参考模型的最底层考模型的最底层（二）网际层（二）网际层1功能功能（1）处理来自传输层的分组发送请求）处理来自传输层的分组发送请求（2）处理接收的数据报。）处理接收的数据报。（3）处理互联的路径、流量控制与拥塞问题。）处理互联的路径、流量控制与拥塞问题。2四个核心协议四个核心协议（1）IP（网际协议）协议（网际协议）协议（2）ICMP（网际控制报文协议）协议（网际控制报文协议）协议（3）ARP（地址解析协议）协议（地址解析协议）协议（4）RARP（逆向地址解析协议）协议（逆向地址解析协议）协议 （三）传输层（三）传输层1功能功能在互联网中源主机与目的主机的对等实体音建立在互联网中源主机与目的主机的对等实体音建立用于会话的端用于会话的端端连接。端连接。2两个协议两个协议（1）传输控制协议（）传输控制协议（TCP）：将应用层的字节）：将应用层的字节流分成多个字节段，然后将一个个字节段传送到流分成多个字节段，然后将一个个字节段传送到互联层，发送到目的主机。当互联层将接收到的互联层，发送到目的主机。当互联层将接收到的字节段传送给传输层时，传输层再将多个字节段字节段传送给传输层时，传输层再将多个字节段还原成字节流传送到应用层。还原成字节流传送到应用层。（2）用户数据报协议（）用户数据报协议（UDP）：主要用于不要）：主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序检查与求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序检查与排序由应用层完成。排序由应用层完成。(四）应用层四）应用层1功能功能应用层是参考模型的最高层。应用层包括所应用层是参考模型的最高层。应用层包括所有高层协议，并且总有不断有新的协议加入。有高层协议，并且总有不断有新的协议加入。向用户提供使用网络的功能。向用户提供使用网络的功能。OSI参考模型与参考模型与TCP/IP参考模型的比较参考模型的比较一、相同之处一、相同之处 都采用层次结构的概念，在传输层中两者定义相似的功能。都采用层次结构的概念，在传输层中两者定义相似的功能。二、自身缺陷二、自身缺陷（一）（一）OSI参考模型的评价参考模型的评价造成造成OSI协议不能流行的原因之一是模型与协议自身的缺陷。协议不能流行的原因之一是模型与协议自身的缺陷。OSI参考模型将参考模型将“服务服务”与与“协议协议”的定义结合起来，使得参的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，实现它也是很困难的。同时，寻址、流考模型变得格外复杂，实现它也是很困难的。同时，寻址、流量控制与差错控制在每一层里都重复出现，必然要降低系统效量控制与差错控制在每一层里都重复出现，必然要降低系统效率。率。（二）（二）TCP/IP参考模型的评价参考模型的评价1TCP/IP参考模型在服务、接口与协议的区别上不很清楚。对参考模型在服务、接口与协议的区别上不很清楚。对于新技术的指导意义不够。于新技术的指导意义不够。2TCP/IP参考模型的主机参考模型的主机网络层本身并不是实际的一层，网络层本身并不是实际的一层，它定义了网络层与数据链路层的接口。物理层与数据链路层的它定义了网络层与数据链路层的接口。物理层与数据链路层的划分是必要的和合理的，一个好的参考模型应该将它们区分开划分是必要的和合理的，一个好的参考模型应该将它们区分开来。来。讨论题 1、信道的三种通信方式？2、基带传输与频带传输的特征与区别？3、什么是调制/解调？4、数据传输的二种同步方式？5、多路复用的三种技术？数据通信基础 数据通信是通过计算机与通信线路相结合，完成网络中数字数据的传输交换、存储以及处理的理论、方法和技术。信息信息：信息是对客观事物的反映，可以是对物质的形态、大小、结构、性能等描述，也可以是物质与外部的联系。信息的载体是数字、文字、语音、图形和图像等。数据数据：网络中传输的二进制代码被称为数据，它是传递信息的载体。信号信号：指数据的电编码或电磁编码。它分为数字信号和模拟信号两种。信号带宽信号带宽：信号通常都是以电磁波的形式传送的，电磁波都有一定的频谱范围，该频率范围称作该信号的带宽。信道信道：信道是传送信号的一条通路，由传输线路和传输设备组成。同一个传输介质上可以同时存在多条信号通路，即一条传输线路上可以有多个信道。信道带宽信道带宽：指信道上能够传送的信号的最大频率范围 数据包和数据帧数据包和数据帧：在数据传输时，往往将较大的数据块分割成较小的数据段，并在每一段上附加一些信息，这些数据段及其附加信息一起形成的逻辑数据单位，称为数据包。在实际传输时，还要将数据包进一步分割成更小的逻辑数据单位，称为数据帧。数据传输速率数据传输速率：简称数据率，是指单位时间内传送的二进制数据位数 模拟信号特征模拟信号特征：幅度连续，时间可连续也可以不连续。这种信号也是模拟信号.只传输模拟 信号的通信系统就叫模拟通信系统。数字信号特征数字信号特征：幅度离散，一般时间也离散。“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再进行传输的通信方式。信号可以分为模拟信号和数字信号(a)连续信号(b)离散信号模拟信号模拟信号 103210(a)二进制信号(b)四进制信号数字信号数字信号信道的通信方式(三种)根据信号在信道上的传输方向，把数据通信分为单工通信、半双工通信和全双工通信。（1）单工通信：单工通信中，数据信号固定地从发送端A传送到接收端B，即信息流仅沿一个方向流动。在数据通信系统中，接收端要返回反馈信号给发送端，这样必须采用两个信道，一个传送数据，一个传送控制信号，因此单工通信一般采用二线制。（2）半双工通信：半双工通信中，数据信号可双向传送，但不能在两个方向上同时进行。通信双方都具有发送器和接收器，但在同一时刻信道只能容纳一个方向的信息传输。若想改变信息的传输方向就必须改变信道方向，需要利用K1、K2开关进行转换。半双工通信一般采用二线制。（3）全双工通信：全双工通信中，同一时刻双方能在两个方向传输数据信息,一般采用四线制。全双工通信效率高，控制简单，但结构复杂，成本较高。监控信道数据信道 A发 送端 B接 收端单工通信 K2数据信道A发送 端接 收端B接送 端发 送端监控信道 K1数据信道BA监控信道数据信道监控信道发送 端接 收端接送 端发 送端半双工通信 全双工通信 基带传输与频带传输 由计算机、终端等直接发出的数字信号是一连串未经调制的矩形电脉冲信号，包含直流、低频和高频等多种成分。在其频谱中，从零频开始到能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称为基带。在线路上直接传输数字基带信号就称为基带传输。发送端在音频范围选择某一频率的正（余）弦波作为载波，用它寄载所要传输的数字信号，通过电话信道将其送至接收端；在接收端再将数字信号从载波上分离出来，恢复为原来的数字信号波形。这种利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为频带传输。调制调制/解调解调由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为调制，相应的调制设备称为调制器；在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为解调，相应的设备称为解调器。同时具备调制和解调功能的设备称为“调制解调器”（modem）。在实现全双工通信时，则要求收发两端都安装调制解调器。数据传输的二种同步方式数据传输的二种同步方式:异步传输异步传输方式与同步传输方式方式与同步传输方式同步是指接收端要按照发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据，也就是通信双方在发、收时间上必须保持一致。根据通信双方协调方式不同，同步方式有两种：异步传输方式和同步传输方式。异步传输又称为起止式传输。发送端可以在任何时刻向信道发送信号，而不管接收端是否知道已开始发送。异步传输时，比特小组间的时间间隔可以是任意的，但在一个小组中的各比特位传输时的速率是由收发双方约定好的，不能随意变化。空闲 起始位 1 1 0 1 0 1 0 0 停止位异步传输方式异步传输方式 同步传输方式要求发送方和接收方时钟始终进行计时来保持时钟同步。这种方式具体又分为面向字符的同步和面向位的同步。面向字符的同步中发送方将字符组织成组连续发送，并在每组字符前后各加一个或多个同步字符。当接收方接收到同步字符时开始接收数据，直到又收到同步字符时停止接收，然后进入下一次等待状态，准备下一次通信。面向位的同步每次发送一个二进制位序列，用某个特殊的8位位串作为同步标志来表示发送的开始和结束。同步传输效率高，但如果传输的数据块（字符串或位串）中出现与同步字符（或同步标志）相同的数据，需要采用一些技术来解决。如果一次传输有错，需要将该次传输的整个数据块进行重传。同时也加重了DCE（数据通信设备）的负担。同步传输方式同步传输方式 多路复用的三种技术:频分多路复用频分多路复用 时分多路复用时分多路复用统计时分多路复用。统计时分多路复用。多路复用技术是指在同一传输介质上同时传送多个信号源发出的信号，并且信号之间互不影响。频分多路复用(FDM)技术将具有一定带宽的线路划分成多条占有较小带宽的信道，各条信道中心频率不重复，每个信道之间留出适当的频率范围，作为保护频带，每个信道供一个用户使用。图中的MUX表示多路复用器。TDM采用分时技术，使复用的各路信号在时间上互不重叠。在传输时把时间分成小的时间片，每一时间片由一路信号占用，各路信号按时间片轮流利用信道传输。由于一路信号在某一时间片内要占用整个信道带宽,则需要把信息适当分割成小小的信息段，在每次占用的时间片内传输一个信息段。统计时分多路复用（STDM），按各路信号固定分配时隙存在利用率不高，信道,浪费的现象。M1S2SnSMSTDM复接器M1N分 接M1S2Sn图中Nn，对于电话系统，其压缩比可达到2：1，STDM复接器因此也被称为集中器，主要用于远距离用户群的集中过程及卫星通信系统的前端基带信号处理部分）。在数据分组传送网中一般也采用统计时分复用的方式，也称作动态信道分配。