第2讲OSI参考模型

1、2021-5-22 第2讲OSI参考模型 1 cch 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 2 2.1内容简介 2.2 OSI参考模型概述 ： OSI参考模型的分层结构 两个系统如何通过OSI模型进行通信 2.3 OSI模型的七层功能及其关系 2.4 数据封装的过程 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 3 OSI（开放系统互联）参考模型是应用在局域网 （LAN）和广域网（WAN）的一套普遍适用 的规范集合，以使得全球范围的计算机平台 可进行开放式通信，它由国际标准化组织 ISO(International Standards Organization)定义， OSI参考模型说明了网络

2、的架构体系和标准， 并描述了网络中信息是如何传输的。多年以 来OSI模型极大地促进了网络通信的发展，也 充分体现了为网络软件和硬件实施标准化做 出的努力。本章介绍了OSI参考模型的结构， 每一层的功能，并介绍了在此基础之上的 TCP/IP层次模型。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 4 l2.2.1 OSI参考模型的产生 l2.2.2 OSI参考模型的层次结构 l2.2.3 层次间的关系 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 5 1、 OSI参考模型的产生之前群雄并起、 互不兼容、各大厂商纷纷推出自己的网 络硬件设备与自己的协议，如IBM的 SNA，NOVELL的IPX/SPX，A

3、PPLE的 Apple Talk协议，DEC的DECNET，及广 泛流行的TCP/IP，后果就是网络越来越 复杂、相互通信很困难。 2、1984年ISO提出了开放系统互联参考模 型OSI/RM，仅仅是理论模型。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 6 3、OSI七层参考模型的优点 （1）简化了相关的网络操作 （2）提供即插即用的兼容性和不同厂商 之间的标准接口 （3）使各厂商能够设计出具备互操作性 的网络设备，加快数据通信网络发展 （4）防止一个区域网络的变化移向另一 个区域的网络，每一个区域的网络都能 单独快速升级 （5）把复杂的网络问题分解为小的简单 问题，易于学习和操作 2021-

4、5-22 第2讲OSI参考模型 7 4、OSI是怎么做到标准化的？ OSI仅仅是理论模型，他是怎么做到统一 标准，解决网络兼容性，促进网络间通 信的呢？ 它是将现有的标准进行优化，提升到国际 标准的高度，公开接口，让后来的厂商 按照标准来生产以达到促进网络兼容的 目标。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 8 1 2 3 4 5 6 7 应用层（应用层（Application Layer） 表示层（表示层（Presentation Layer） 会话层（会话层（Session Layer） 传输层（传输层（Transport Layer） 网络层（网络层（Network Layer） 数

5、据链路层数据链路层（Data Link Layer） 物理层（物理层（Physical Layer） 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 9 1、每一层都定义了所实现的功能，完成特 定的通信任务，并只与紧邻了上层和下层 进行数据的交换。 怎么完成任务？ 按规定的格式对数据封装，直至数据包到 达物理层，然后通过网络传输线路到目标。 怎么理解？先看例子 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 10 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 11 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 数据链路层数据链路层 物理层物理层 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层

6、 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 主机A 主机B 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 12 2、协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit) 为了更准确地表示出当前讨论的是哪一层的数 据，OSI提出了协议数据单元的概念，即哪一 层封装的数据就是该层的协议数据单元。 应用层（APDU，Application protocol data Unit) 表示层（PPDU，Presentation protocol data Unit) 会话层（SPDU，session protocol Data Unit) 传输层-段，网络层-包，数据链路层-帧，

7、物理 层-比特流(Bit) 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 13 3、对等层（同层）通信 在网络通信中，通过传输该层的PDU到对 方的同一层，以实现通信，在各个对等 层间建立逻辑信道，对等层使用功能相 同的协议实现对话，同时，同层之间不 同协议也不能通信，但通信的实质还是 通过物理传输线路进行通信的。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 14 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 数据链路层数据链路层 物理层物理层 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 数据链路层数据链路层 物理层物理层 应用层协议 表示层协议 会

8、话层协议 传输层协议 网络层协议 数据链路层协议 实际上所有数据都是通过物理层传输 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 15 2.3.1 物理层(Physical Layer) 2.3.2数据链路层（Data Link Layer) 2.3.3 网络层（Network Layer) 2.3.4 传输层（Transport Layer) 2.3.5 会话层 (Session Layer) 2.3.6 表示层 (Presentation Layer) 2.3.7 应用层 (Application Layer) 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 16 物理层 （第一层） 传输的是 比特

9、流 （bit） 物理层定义了物理媒 体的特性。连接器， 针，针的使用，电气 参数，编码和光的调 制等都是物理层规范 的一部分。即： 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性 EIA/TIA-232, EIA/TIA-499, V.35, V.24, RJ45, Ethernet, 802.3, 802.5, FDDI, NRZI, NRZ, B8ZS 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 17 1 机械特性机械特性 机械特性规定了物理连接所需接插件的规格尺 寸、针脚数量和排列情况等。如：EIA RS- 232C标准规定的D型25针接口，ITU-T X.21标 准规定的15针接口等。 2 电气

10、特性电气特性 电气特性规定了在物理信道上传输比特流时 信号电平的大小、数据的编码方式、阻抗大 小、传输速率和距离限制等，比如：双绞线 不能大于100m，RS-232接口传输距离不大于 15m，最大速率为19.2kbps 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 18 3 功能特性功能特性 功能特性定义了各个信号线的确切含义， 即各个信号线的功能。比如：双绞线每 根都有自己的作用。 4 规程特性规程特性 规程特性定义利用信号线进行比特流传 输的一组操作规程，是指在物理连接的 建立、维护和交换信息时数据通信设备 之间交换数据顺序。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 19 lRJ45定义了连

11、接器的形状和电缆芯/针的 数量。Ethernet和802.3定义了1，2，3， 6芯/针的使用。所以一根给Ethernet使用 的带有RJ45连接器的5类电缆，同时应 用了Ethernet和802.3物理层规范。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 20 数据链路 层（第二 层） 传输单位 是帧 数据链路层规范主要 关心数据如何在一种 特定连接或媒体上传 输。 Frame Relay, HDLC, PPP, IEEE 802.3/802.2, FDDI, ATM, IEEE 802.5/802.2 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 21 l仲裁，什么时候可以使用媒体传输。 l地址

12、，能让正确的接收者接收和处理被 发送的数据。 l错误检测，能够知道数据是否在媒体中 正确传输。 lNotification（通报），能够确定数据链 路头后面的头类型。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 22 l仲裁仅在当发送者想知道什么时刻适合 在媒体上发送数据，什么时候不适合发 送数据才需要。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 23 l以太网使用载波监听/冲突监测 （CSMA/CD）算法来进行仲裁。 监听媒体上是否有帧正在传输。 如果没有帧传输，发送！ 如果有真正在传输，等待，再监听。 当传输中发生碰撞，停止，等待，再监听。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 24 l

13、令牌环采用另外一种完全不同的方式。 监听经过的令牌。 如果令牌忙，等待下一次令牌经过。 如果令牌空闲，标记令牌为忙，在其后附 加数据，然后将数据发送到环上。 当标记为忙的令牌环绕环一周回到发送者 时，发送者去掉令牌后的数据。 发送者可以发送另外一个忙令牌和更多的 数据，或者发送一个空闲令牌帧。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 25 l不需要仲裁： HDLCHDLC是点到点的连接，通常是 全双工电路。就是说，任何一段可以在任 何时候发送。 Frame Relay使用专线连接路由器和帧 中继交换机。通常也是全双工的连接，所 以也不需要仲裁。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 26

14、 802.3 802.2 Data 802.3HDLC Data HDLC F.R.DataF.R.802.3 802.2 Data 802.5 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 27 l对以太网和令牌环来说，地址是非常相 似的。他们都是使用媒体访问控制地址 （MAC）6个字节，用十六进制表 示。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 28 局域网地址术语说明 MACMedia Access Control. 802.3 (Ethernet) and 802.5 (Token Ring) are the MAC sublayers of these two LAN data-lin

15、k protocols. Ethernet address, NIC address, LAN address, Token Ring address,card address Other names often used for the same address refer to as a MAC address. Burned-in-address由制造商再制造网卡市分配的。通常固化在网卡的 ROM或EERPOM里面。 Locally administered address 通过配置替代固化地址使用的地址。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 29 Unicast Address

16、（单播地 址） 特指MAC，表示一个单独的局域网界面。 Broadcast Address （广播 地址,ff:ff:ff:ff:ff:ff ） 所有局域网中设备都能接收到的地址。 Multicast Address （组播 地址） 令牌环上不存在。在以太网上，一个组播地址 包含局域网上设备的一个子集。 Functional Address以太网上不存在。令牌环上使用。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 30 lHDLC包含一个没有意义的地址字段， 因为HDLC只再点到点专线使用。如果 一个设备发送出一个帧，另外一个设备 是唯一可能的接收者。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型

17、31 S S S Frame Relay Network Timbuktu East Egypt kalamazoo 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 32 l对帧中继来说，一个物理电路通常包含 了许多叫做虚电路（VCs）的逻辑电路。 帧中继中的地址子段定义为data-link connection identifer（DLCI），用来区分 每个虚电路。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 33 l错误检测是对帧传输过程中是否发生位 的错误进行一个简单的检测。通常是在 帧里包含一个frame check sequence (FCS)或者Cyclical redundancy ch

18、eck (CRC)的域。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 34 l错误检测并不进行错误恢复。大多数的 数据链路层协议，包括802.5令牌环和 802.3以太网，都不提供错误恢复。然而 在上面两种情况中，在802.2协议中有一 个选项，叫做LLC type 2，提供了错误 恢复。SNA和NetBIOS是典型需要LLC2 服务的高层协议。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 35 Netware Client FTP Client Data Link Novell Server PC1 Sun 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 36 802.3 E0 DSAP E0 SSA

19、P CTLIPX Data802.3 802.3 AA DSAP AA SSAP CTLIP DataOUI802.3 0800 Type 以太网和令牌环都在他们的头中提供了一个字段来区分数据 段内容类型。 141111 4 14 1 11 324 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 37 Sun FTP Server NetWare Server PC1 Point-to-Point Sun FTP Server NetWare Server PC1 Frame Relay R1R2 R1R2 典型的广域网环境典型的广域网环境 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 38 FlagC

20、ontrolAddress Protocol Type DataFCS FlagControlAddressNLPIDPad L2 PID L3 PID SNAP Data FCS HDLC Frame Relay 2134 OptionalOptional 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 39 Data-Link ProtocolFieldHeader It Is Found InSize Ethernet and Token RingDSAP802.2 Header1 byte Ethernet and Token RingSSAP802.2 Header1 byte Ether

21、net and Token RingProtocol TypeSNAP header2 bytes Ethernet (DIX)EtherTypeEthernet header2 bytes HDLCCisco proprietary id field Extra Cisco header2 bytes Frame Relay RFC 1490NLPIDRFC14901 bytes Frame Relay RFC 1490L2 or L3 Protocol id Q.9332 bytes each Frame Relay RFC 1490SNAP Protocol Type SNAP Head

22、er2 bytes 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 40 功能以太网令牌环HDLC帧中继 仲裁CSMS/CD算法令牌传递N/AN/A 地址源和目标MAC 地址 源和目标 MAC地址 一个1字节的 地址；在点 到点连接并 不重要 用DLCI来区分虚电 路 错误检测 尾部的FCS尾部的FCS尾部的FCS尾部的FCS 区分数据 内容 802.2 DSAP,SNAP头， 或者Ethertype 802.2 DSAP, 或者SNAP 头 Proprietary Type RFC1490头，包括 NLPID，L2和L3协 议ID或者SNAP头 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 41 网络

23、层 （第四层） 寻径 分段重组 网络层提供了端到端的 包传递。网络层定义了 逻辑地址，所以任何端 点都可以被唯一的标识。 它也定义了路由如何工 作和如何学习。网络层 还定义了如何对数据报 分片来适应较小的最大 传输单元。 IP，IPX， AppleTalk DDP 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 42 A B E E D F 4 8 3 6 7 5 7 2 6 如图：要找到A-F 的最优路径是什么 呢？ 答案是：A-B-F 要考虑的问题有： 网络的拥塞程度、 服务质量、线路的 花费、线路的有效 性等诸多因素 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 43 Fred R1 Bunche

24、s Of Routers R2 Barnery Step1 Step2 Step3 将数据从源计算机发送到最近的路油器。 将数据投递到离目标最近的路由器。 将数据从离目标最近的路由器投递到最终路由器。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 44 l因为路由器需要重新构建数据链路头， 新的头包含数据链路层地址，所以路由 器必须有一种方法能够确认使用哪一个 数据链路层地址。 lTCP/IP 中使用ARP（Address Resolution Protocol）来对应IP和DL地址。 lIPX最后48位就是MAC地址。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 45 F.R.

25、PC1目标地址在另外 一组；发送到最 近的路由器。 Eth.IP Packet R1 HDLC IP Packet R2 我的路由显示那 一组需要从串口 连接出去。 FRIP Packet 我的路由显示那 一组需要从帧中 继连接出去。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 46 F.R. PC2 直接发 送到目 标 FRIP Packet TRIP Packet 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 47 l地址应该足够大，足够设计者能够想象 的这个协议能够被使用的最大范围。 l地

26、址应该具有唯一性，应该有非常小或 者更本没有重复的地址。 l地址结构应该具有某种组的属性，可以 让很多地址被认为是同一组。 l在某种情况下可以进行动态的地址分配。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 48 协议地址位数组字段的名字和 大小 本地地址的名字和子段大 小 IP32网络号或者子网 （变长8-30位） 主机号（变长，2-24位） IPX80网络号（32位） 节点号（48位） AppleTalk24网络号（16位） 节点号（8位） OSI变长各种格式，各种 大小 DSP（典型是56位，包括 NSAP） 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 49 lRouted Protocol

27、 能够被路由的协议，例如IP，IPX，OSI。 lRouting Protocol 能够快速准备路由需要的信息的协议，例 如RIP，IGRP，OSPF，NLSP等。 lRouting Table 放置路由需要的信息，可以由路由协议创 建，被路由进程用来转发可以路由的协议。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 50 3000字 节数据 3000字 节数据 1000字 节数据 1000字 节数据 1000字 节数据 图中3000字节的数据经过了处理最大数据单元长度 为1000字节的网络，就被分成了3段，到达目标后 就根据网络层的信息将它们重组。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 51

28、 lTCP提供了一个4200字节的数据段给IP 进行投递。如果某种媒体不能传输4200 个字节的包，那么IP将对数据进行分片。 这样，接收端的TCP也许就会接收到3个 不同的1400字节的段。并且，接收段可 能按照和发送不同的顺序接收，所以它 需要记录接收的段，并将它们重组为 4200字节的段。然后将数据送给上一层。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 52 传输层 （第四层） 单位是： 段 第四层包括协议的选 择提供和不提供 出错处理。保证在不 同子网的两台设备间 数据包可靠、顺序、 无错地传输，处理端 到端的通信，与数据 的分段/重组（与网络 层的分段重组不同）。 TCP，UDP，

29、SPX 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 53 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 数据链路层数据链路层 物理层物理层 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 数据链路层数据链路层 物理层物理层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 54 需要强调的是，这里的分段/重组和网络 层的分段/重组是完全不同的两个概念。 网络层的分段是指将数据根据数据帧的 大小建行分段(片)，而传输层分段是指 把上层数据分割成更小的逻辑片（如一 个大的文件），这样做的好处是实现传 输层的流量控

30、制，提高网络资源的利用 率，在接收方进行重组，还原成为原先 完整的数据，包括排序所有收到的数据 与验证所有的分组是否都已经收到。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 55 会话层 （第五层） 会话层定义了如何开始， 控制，结束对话。会话 层确认对话的顺序，确 保每一个步骤按顺序进 行。 RPC，SQL， NFS， NetBios names， AppleTalk ASP， DECnet SCP 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 56 l从ATM提款机提款时，需要插卡、输入 密码、输入提款金额、提取现金。每一 步都需要上一步确认。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 57 表

31、示层 （第六 层） 表示层的主要作用是定义 了数据格式，例如， ASCII文本，EBCDIC文 本，binary，BCD和JPEG。 加密也被OSI定义为一个 表示层服务。 TIFF，GIF， JPEG， PICT， ASCII， EBCDIC， encryption， MPEG， MIDI， HTML 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 58 网络 6a 7b 8c EBCDIC码 “good” a2 d4 f3 b6 ASCII “good” 基于EBCDIC编码 基于ASCII编码 IBM的大型机 Windows 主机 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 59 lFTP允许你

32、选择binary和ASCII两种传输 方式。如果是binary方式，发送端就不 会改变文件的内容。如果是ASCII方式， 发送端就会先把内容从发送端的字符集 转换成标准的ASCII码再发送。接受端 再从ASCII码转换为本地的字符集。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 60 层功能介绍例子 应用层 （第七 层） 一个同其他计算通讯 的应用便实现了OSI 应用层的原理。应用 层给应用提供通讯服 务。 FTP，WWW浏 览器，Telnet， NFS，SMTP gateways， SNMP，X.400， FTAM 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 61 l例如一个没有通讯功能的字处理

33、程序当 然不会去编写通讯代码，程序员也不必 关心OSI第七层。然而，如果增加一个 传输文件的选项，程序员就不得不实现 OSI第七层（或者其他协议中等价的 层）文件传输服务。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 62 在了解了OSI层次参考模型每一层的功能 后，我们来学习层次间是如何实现数据 传递的。 使用数据封装来识别数据。 何为封装？就是将要传送的数据用特定的 协议头打包，来传送数据，有时也可能 在数据尾部加上报文，OSI的每一层都 对数据进行封装。 2021-5-22 第2讲OSI参考模型 63 应用层 表示层 对话层 传输层 网络层 数据 链路层 物理层 应用层 表示层 对话层 传输层 网络层 数据 链路层 物理层 2 1 3 L2HL3 L4 L5 L6 L7 Data