OSI参考模型与TCPIP模型【行业研究】

1、OSI参考模型与TCP/IP模型,伴随着计算机网络的飞跃发展，各大厂商根据自己的协议生产出了不同的硬件和软件 为了实现网络设备间的互相通讯，ISO和IEEE相继提出了OSI参考模型及其TCP/IP模型。,引入,了解OSI参考模型和TCP/IP模型的产生背景 理解OSI参考模型和TCP/IP模型的层次结构及相关概念 理解OSI参考模型和TCP/IP模型各层的功能,课程目标,学习完本课程，您应该能够：,OSI参考模型 TCP/IP模型,目录,计算机网络的各层以及其协议的结合，称为网络的体系结构。换言之，计算机网络的体系结构即是对计算机网络及其部件所应该完成的功能的精确定义。即计算机网络应设置哪几层

2、，每层应提供哪些功能的精确定义,至于功能如何实现，则不属于网络体系结构讨论的范围。换句话说，网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构，不涉及每层硬件和软件的组成，也不涉及这些硬件或软件的实现问题。,网络的体系结构,OSI参考模型,标准的建立 70年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但都属于专用的。为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准。国际标准化组织ISO于1981年正式推荐了一个网络系统结构开放系统互连模型(Open System Interconnection reference

3、model )OSI/RM,简称OSI。由于这个标准模型的建立，使得各种计算机网络向它靠拢，大大推动了网络通信的发展。 “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。,一个功能完善的计算机网络需要制定一套复杂的协议集合，对于这种协议集合，最好的组织方式是层次结构模型。这样分层的好处在于：每一层都实现相对的独立功能，因而可以将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。 在网络互连中，有两个标准可以考虑：合法的和事实的。合法的意味着用权力或法律建立。事实的意味着用实际的事实建立。尽管没有得到官方或法律上的承认

4、，但TCP/IP为网络协议创建了一个事实标准，尽管它在得到广泛接受之前并没有成为标准。OSI参考模型是一个合法的标准。国际标准化组织( ISO )创建了OSI模型，并在1984年发布，为供应商提供一个网络模型，这样它们的产品可以在网络上协调工作。,计算机网络的分层模型,计算机网络协议,网络协议定义： 即网络中（包括互联网）传递、管理信息的一些规范。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则，这些规则就称为网络协议。 网络协议三个要素： 语法：即数据与控制信息的结构或格式。 语义：即需要发出何种控制信息、完成何种协议以及做出何种应答。 同步：即事件

5、实现顺序的详细说明。,分层模型的优点,解决通信的异质性问题： 语言层解决不同种语言的相互翻译问题(汉-日) 媒介层解决信息传递: 语音(电话)/文字(传真) 高层屏蔽低层细节问题 概念层只关心会话内容, 不关心语种和会话方式 语言层只关心语种, 不关心会话内容和方式 媒介层只关心信息的传递, 不关心信息的内容,分层模型的优点,设计实现 每个层次向上一层次提供服务 每个层次向下一层次请求服务 上层是为下层指引方向的，下次为上层提供更好的服务。 降低协议设计的复杂性： 各层相对独立，各层不必关心其它层的具体实现，只需知道上下层接口； 标准化接口： 任何一层发生修改，只要接口关系不变，其它层均不受影

6、响； 模块化结构： 结构分层，各层都可独立实现；便于网络模型的设计； 保证技术的互操作性： 各层向下单向依赖，易于实现和维护 最重要的一点是不同厂商生产设备时有一个共同操作的标准，使不同产商设备互相兼容。,OSI参考模型层次结构,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,物理层定义了通信线路的一些规范。,数据链路层规定了物理地址、网络拓扑结构、错误警告机制、所传数据帧 的排序和流量控制等。,网络层为处在不同位置的两个设备之间，提供连接和选择一条最佳路径。,传输层保证数据的可靠传输。,会话层建立、管理和终止应用程序间的会话。,表示层提供多种数据格式之

7、间的转换 。,应用层为用户提供相关的服务，如：e-mail服务，ftp服务、www服务等。,OSI参考模型概述,传输层,数据链路层,网络层,物理层,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,OSI参考模型的第5层及其以上各层为高层协议，实现资源子网的功能，其中的实体为进程。实现端到端的通信。下4层协议实现通信子网的功能，其中的实体为网络互联设备和网络通信介质，实现点到点的通信。,OSI参考模型概述,通信子网和资源子网,通信子网：由

8、所有通信线路、网络互连设备和相应通信协议软件组成，承担 不同主机之间数据传输的任务； 资源子网：网络中所有的主机、通信协议和各种应用系统。 路由器仅有低3层协议，包含在通信子网中；主机有7层协议，但属于资源子 网范围 。,路由器,主机,网络系统,通信线路,按各网络单元功能分割,应用层,物理层,数据链,路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,物理层,数据链,路层,网络层,传输层,会话层,表示层,发送进程,接收进程,物理层,数据链,路层,网络层,主机A,主机B,路由器,路由器,物理层,数据链,路层,网络层,通信子网,物理介质,物理介质,物理通信,物理通信：是通信进行的真实路径，从发送主机的上

9、层逐层向下传递， 经通信介质和通信子网送达目标主机，然后在目标主机中逐层向上传递。 物理通信是由主机和网络设备中的逐层通信及通信子网中的逐点通信组 合而成，因此物理通信具有间接通信属性。,网络通信子系统,应用层,物理层,数据链,路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,物理层,数据链,路层,网络层,传输层,会话层,表示层,发送进程,接收进程,应用层协议,表示层协议,会话层协议,传输层协议,物理层,数据链,路层,网络层,主机A,主机B,路由器,路由器,物理层,数据链,路层,网络层,通信子网,物理介质,物理介质,逻辑通信,网络层协议2,链路层协议2,物理层协议2,逻辑通信：位于不同主机和网络设

10、备中同层通信实体间的对话，对话遵循某一特定协议，且每层协议各不相同； 传输层及以上层不同主机通信实体间的逻辑通信是直接点对点的通信，下3层中主机与路由器和路由器与路由器之间的通信也是直接通信，且同 层通信协议不尽相同。,网络层协议1,网络层协议3,链路层协议1,链路层协议3,物理层协议1,物理层协议3,对等层通信,在分层模型中，对等是一个很重要的概念，因为只有对等层才能相互通信，一方在某层上的协议是什么，对方在同一层次上也必须是什么协议。 两个网络在物理层就相同，使用中继器就可以连起来；如果两个网络物理层不同，链路层相同，使用桥接器可以连起来；如果两个网络物理层、链路层都不同，而网络层相同，使

11、用路由器可以互连；如果两个网络协议完全不同，使用协议转换器（网关）可以互连。,对等通信,每一层都使用自己的协议 每一层都利用下层提供的服务与对等层通信,HostA,HostB,APDU,PPDU,SPDU,Segment（段）,Packet（包）,Frame（帧）,Bit（比特）,数据封装和解封装,数据封装： OSI模型的每一层用其自己的协议与目的设备的相同层进行通信。为了交换信息，每层都使用协议数据单元（PDU）。PDU包括控制信息和用户数据。比如，帧是一个除上层控制信息和数据外还包含了数据链路层控制信息的PDU。将控制信息添加到一个PDU的过程称作封装。当一个层收到PDU时，它为该PDU添

12、加一个头和尾，并将封装后的PDU传送到下一层。添加到PDU上的控制信息将被远端设备的相同层所解读。,数据解封装： 当一个远端设备收到一串比特数据时，它将它们传送给数据链路层进行帧操作。当数据链路层收到一个帧时，它完成以下工作：读出同层源设备提供的控制信息，从帧中剥离控制信息，将帧传给上一层，同时执行在帧的控制域给出的指令。这样，将控制信息从PDU剥离的过程就称作解封装。,数据封装和解封装,数据封装,PPDU,SPDU,APDU,数据解封装,数据封装与解封装(拆封),Data,Data,第7层头,+,第7层头,+,第6层头,Data,第7层头,第6层头,+,第5层头,Data,第7层头,第6层头

13、,第5层头,+,第4层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,+,第3层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,第3层头,+,第2层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,第3层头,第2层头,+,第1层头,Data,第2层头,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,二进制的数据流,第1层头,Data,第2层头,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第6层头,第7层头,Dat

14、a,第7层头,封装,解封装,多层通信示例：国际外交,多层通信示例,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,6,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为应用层协议数据单元PDU,2,7,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,6,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层协议数据单元再传送到表示层,加上表示层首部，成为表示层协议数据单元PDU,2,7,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,6,1,计算机 1,AP2,AP1,计算

15、机 2,表示层协议数据单元再传送到会话层,加上会话层首部，成为会话层协议数据单元PDU,2,7,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,计算机 1,会话层协议数据单元再传送到传输层,加上传输层首部，成为传输层数据段,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,传输层数据段再传送到网络层,加上网络层首部，成为 IP 数据包（或分组）,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,5,4,3,6,1,AP1,2,7,计算机 1,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发

16、送数据,计算机 1,IP 数据包再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,5,4,3,6,1,AP1,2,7,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,计算机 1,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,5,4,3,6,1,AP1,2,7,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,物理传输媒体,计算机 1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,5,4,3,6,1

17、,AP1,2,7,计算机 1 向计算机 2 发送数据,计算机 1,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层,计算机 1,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,网络层剥去首部，取出数据部分上交给传输层,计算机 1,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,计算机

18、 1 向计算机 2 发送数据,传输层剥去首部，取出数据部分上交给会话层,计算机 1,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,物理传输媒体,会话层剥去首部，取出数据部分上交给表示层,计算机 1,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,计算机 1 向计算机 2 发送数据,物理传输媒体,表示层剥去首部，取出数据部分上交给会话层,计算机 1,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,计算机 1 向计算机 2 发送数据,物理传输媒体,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应

19、用进程,计算机 1,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,计算机 1 向计算机 2 发送数据,物理传输媒体,计算机 1,5,4,3,6,1,AP1,2,7,AP2,计算机 2,5,4,3,6,1,2,7,计算机 1 向计算机 2 发送数据,AP2收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,物理传输媒体,物理层,物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等 物理层介质： 同轴电缆（coaxial cable）：细缆和粗缆 双绞线（twisted pair）：UTP、STP 光纤（fiber）：单模、多模 无线（wireless）：红外线、蓝牙Blue T

20、ooth、WLAN技术,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,物理层是OSI参考模型的最低层，与传输媒体直接相连，主要作用是建立、保持和断开物理连接，以确保二进制比特流的正确传输。,物理层特性,机械特征： 规定线缆与网络接口卡的连接头的形状、几何尺寸、引脚线数、引线排列方式、锁定装置等一系列外形特征。 电气特征： 规定了在传输过程中多少伏特的电压代表“1”，多少伏特代表“0”。 功能特征： 规定了连接双方每个连接线的作用：用于传输数据的数据线、用于传输控制信息的控制线、用于协调通信的定时线、用于接地的地线。 规程特征： 具体规定了通信双方的通信步骤。,物理层主要功能示意图

21、,典型物理层标准和设备,物理层介质 双绞线、同轴电缆、光纤、无线电信号等 局域网物理层 常见标准：10Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX 常见设备：中继器、集线器 广域网物理层 常见标准：RS-232、V.24、V.35 常见设备：Modem,数据链路层,数据链路层的功能： 编帧和识别帧 数据链路的建立、维持和释放 传输资源控制 流量控制 差错验证 寻址 标识上层数据 局域网数据链路层分为LLC子层和MAC子层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,数据链路层,主要负责数据链路的建立、维持和拆除，确保在一段物理链路

22、上数据帧的正确传输，将有差错的物理链路转化成对网络层来说是没有传输错误的数据链路:差错检测和数据流量控制。 该层用于建立相邻结点之间的数据传输；它将不可靠的物理信道处理为可靠的通道，使高层不必考虑物理介质的具体特性；该层的数据单元为帧(frame)；IEEE标准将该层又分为介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层( LLC ) 。,物理层只负责传输无结构的原始比特流，是不可靠的。数据链路层将不可靠的物理连接（数据电路）转换成（对网络层来说）可靠的数据链路。为实现转换： 首先，必须将物理层的无结构原始比特流划分成一定长度的结构数据单元帧（frame） 其次，对帧进行差错控制（error cont

23、rol），实现检错/纠错功能。 最后，通过合适的流量控制（flow control）协议保证收发双方的传输同步，为网络层提供透明可靠的服务。,数据链路层,数据链路层数据封装示意图,典型数据链路层标准,局域网数据链路层标准 IEEE802.1 基本局域网问题 IEEE802.2 定义LLC子层 IEEE802.3 以太网标准 IEEE802.4 令牌总线网 IEEE802.5 令牌环网 广域网数据链路层标准 HDLC PPP Frame Relay,网络层,编址 路由 拥塞控制 异种网络互连,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层主要作用是将从高层传送下来的数

24、据分组打包，再进行必要的路由选择、流量控制、差错控制、顺序检测等处理，使数据正确无误地传送到目的端。 将网络逻辑地址转换成物理机器地址： IP=MAC。 决定服务质量(如消息的优先权)， 从发送者到接收者之间存在多条线路径时,还需要进行路由选择： 路由选择。 当数据包的大小比数据链路层允许的最大数据帧还要大时,网络层将其分成多个数据段，在接收端负责将多个数据段组合数据包：包的拆分和重组。,网络层数据封装示意图,网络层,网络层地址,网络层地址通常由两部分组成 网络地址 主机地址 网络层地址是全局唯一的,IP 地址,IPX 地址,网络地址,主机地址,10.,8.2.48,网络地址,主机地址,1ac

25、eb0b1.,0000.0c00.6e25,IP网络,IP网络,路由协议与可路由协议,可路由协议（routed protocol）定义数据包内各个字段的格式和用途，对数据进行网络层封装 路由协议（routing protocol）在路由器之间传递信息，计算路由并形成路由表，为可路由协议选择路径,,,可路由协议：IP 路由协议： RIP、OSPF、BGP,,RIP,OSPF,BGP,面向连接和无连接的服务,面向连接的服务 通信之前先建立连接，通信完成后断开连接 有序传递 应答确认 差错重传 适合于对可靠性要求高的应用 无连接的服务 尽力而为的服务 无需建

26、立连接 无序列号机制，无确认机制，无重传机制 适合于对延迟敏感的应用,网络层协议操作,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,表示层,会话层,传输层,应用层,RTA,RTB,RTC,RTD,RTE,RTA,RTB,RTC,网络层,数据链路层,物理层,表示层,会话层,传输层,应用层,HostA,HostB,HostA,HostB,传输层,传输层功能： 分段上层数据 建立端到端连接 透明、可靠传输 流量控制 传输层协议： 主要有TCP/IP协议族的TCP协议和UDP协议，以及IPX/SPX协议组的SPX协议等。,应用层,表示层

27、,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,传输层的主要作用是为利用通信子网进行通信的两个主机，提供可靠的、透明的端-端多路数据传输服务。 本层提供了两个实体之间端对端的通信，掩盖了通信网服务的差别。传输层向高层用户屏蔽了通信子网的细节。该层的数据单元是段（Segment)，该层通常提供两种服务：面向连接的服务和面向无连接的服务。主要协议包括Internet的TCP、UDP，Novell的SPX等。,传输层,传输层的功能: 端对端通信： 传输层用于网络内两实体间建立端到端的通信信道用于传输信息或报文分组。传输层不关心路径选择。 传输层服务： 传输层提供端点间的可靠、透明数据传输、执行

28、端点间的差错检测和恢复、顺序控制流量控制，管理多路复用。,传输层数据封装及功能示意图,传输层,会话层、表示层和应用层,应用层协议： 为应用程序进程（比如文字处理、邮件、电子表格）提供网络服务 SQL、NFS、RPC等 表示层协议： 定义数据格式与结构 协商上层数据格式 ASCII、MPEG、JPEG等 会话层协议： 主机间通信 建立、维护、终结应用程序之间的会话 文字处理、邮件、电子表格等,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,会话层,管理不同主机上各进程间的对话。该层使应用进程之间能够建立、维护会话的连接；会话层可以通知进程之间实现同步通信： 管理和控制会话连接 会话连接同步 数据交换 会话交互管理 异常报告,会话层,会话层,传送报文,为通信的两个进程建立会话连接，进行交换,会话管理,令牌管理,同步管理,会话层数据封装及功能示意图,表示层,为上下层之间提供对数据或信息的语法和语义的转换。该层完成某些特定的功能，它提供了一种公共语言，可以使不同类型的计算机相互通信、相互理解；该层还能够提供数据压缩、解压缩的服务，以及加密解密的服务： 转换信息的格式和编码 数据压缩和数据加密、解密 表示层连接管理机制 为应用层提供表示连接服务原语,表示层,表示