第3章 网络标准及OSI模型

1、2022-1-121构建中小型企业局域网 第 3 章 网络标准和OSI模型 2022-1-122上章回顾v 网络拓扑结构v 常见的网络传输介质 双绞线 制作RJ-45接头 光纤 同轴电缆v 主要网络设备 网络接口卡 中继器 集线器 交换机 路由器2022-1-123本章内容v 网络标准化组织及IEEE802标准v OSI参考模型 同层之间协议相同 下层对上层提供服务 OSI参考模型每一层的名称与功能 数据封装与拆封装的过程v 数据链路层与以太网v TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型每一层的名称与功能 TCP/IP参考模型与OSI模型的对比2022-1-124网络标准化组织 3-1v所谓

2、标准即是文档化的协议中包含推动某一特定产品或服务应如何被设计或实施的技术规范或其他严谨标准。通过标准，不同的生产厂商可以确保产品、生产过程以及服务适合他们的目的。v由于目前网络界所使用的硬件、软件种类繁多，标准尤其重要。如果没有标准，可能由于一种硬件不能与另一种兼容。v由于计算机工业发展迅速，许多不同的组织都开发自己的标准。2022-1-125v ANSI（美国国家标准协会）是由1000多名来自工业界和政府的代表组成的组织，负责制定电子工业的标准，此外也制定其他行业的标准，如化学和核工程、健康和安全以及建筑行业的标准。ANSI也代表美国制定国际标准。v EIA（电子工业联盟）是一个商业组织，其

3、代表来自全美各电子制造公司。EIA包括几个下属组织：电信工业协会（TIA）；用户电子生产商协会（CEMA）；电子部件、组装、设备与供应协会（ECA）；联合电子设备工程委员会（JEDEC）；固态技术协会；政府处以及电子信息组（EIG）。v IEEE（电气与电子工程师学或称为I-3-E），是一个由工程专业人士组成的国际社团，其目的在于促进电气工程和计算机科学领域的发展和教育。IEEE技术论文和标准在网络专业受到高度重视。v ISO（国际标准化组织）是一个代表了130个国家的标准组织的集体。ISO的权威性不仅限于信息处理和通信工业。事实上，在ISO的大约12,000标准中，仅有大约500个应用于计算

4、机相关的产品和功能中。v ITU（国际电信同盟）是联合国特有的管理国际电信的机构，它管理无线电和电视频率、卫星和电话的规范、网络基础设施、全球通信所使用的关税率。 ITU过去常被称为CCITT (国际电报电话协商委员会)。网络标准化组织 3-22022-1-126网络标准化组织 3-32022-1-127IEEE802 网络规范v 802.1 网间互连包括路由、网桥、网间互连通信v 802.2 逻辑链路控制关于数据帧的错误控制及流控制v 802.3 Ethernet 局域网包括Ethernet介质和接口所有形式v 802.4 Token Bus 局域网包括Token Bus介质和接口所有形式v

5、 802.5 Token Ring 局域网包括Token Ring介质和接口所有形式v 802.6 MAN（城域网）包括MAN技术、编址和服务v 802.7 宽带技术咨询组织包括宽带网络介质、接口和其他设备v 802.8 光纤技术咨询组织包括光纤介质使用以及不同网络类型技术的使用v 802.9 声音/数据集成网络包括声音和数据通过单一的网络介质传输的集成v 802.10 网络安全性包括网络访问控制、加密、验证或其他安全主题v 802.11 无线网络对于多种广播频率及技术的无线网络标准v 802.12 高速网络包括100BASEVG-AnyLAN在内的各种100Mbpst技术2022-1-128

6、什么是协议v 什么是协议？ 为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需要“讲”相同的“语言” 描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是协议 例如：两个人交谈，必须使用相同的语 言，如果你说汉语，他说阿拉伯语v 数据通信协议的定义 决定数据的格式和传输的一组规则或者一组惯例#&$2022-1-129协议分层 21v 网络通信的过程很复杂 数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机，然后转换成最初的形式，以便接收者能够阅读 为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分层设计2022-1-1210协议分层 22v分层设计的意义 用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信

7、硬件接口的差别 而通信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同例如：文件传输或电子邮件服务模块的设计，不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线2022-1-1211服务与服务访问点v服务 是网络中各层向其相邻上层提供的一组操作v服务访问点（SAP） N+1层实体是通过N层的SAP来使用N层所提供的服务 SAP相当于相邻层之间的接口2022-1-1212服务类型v 面向连接的服务 先建立连接再传输数据，之后再断开连接 数据传输过程中，数据包不需要携带目的地址 保证数据传输的可靠性v 无连接的服务 不需要事先建立连接，直接发送数据 每个报文都带有完整的目的地址 不保证报文传输的可靠性202

8、2-1-1213服务元素元素意义举例请求（Request）用户请求建立一个连接用户拨号指示（Indication）服务提供者向被呼叫方示意有人请求建立连接被呼叫用户电话振铃响应（Response）被呼叫方用来表示接受建立连接的请求被呼叫方摘机确认（Confirm）服务提供者通知呼叫方建立连接的请求已被接受呼叫方听到拨号音停止，对方摘机v面向连接的服务在建立连接和断开连接过程中，使用以下几个服务元素2022-1-1214服务元素举例11112222拨号2222，请求建立连接振铃，得到建立连接的指示摘机，对连接请求的响应听到振铃音停止，得到建立连接的确认连接已建立，这时可以通电话了关于面向连接和无

9、连接的服务，在传输层协议中将有应用2022-1-1215OSI 协议模型通信协议协议分层OSI7层模型通信的双方需要“讲”相同的语言网络通信的过程很复杂，为了降低复杂性1974年，ISO组织发布了OSI参考模型v OSI(Open System Internetwork)是开放的通信系统互联参考模型2022-1-1216邮局实例 2-1写信人邮局运输部门收信人邮局甲地乙地2022-1-1217邮局实例 2-2v邮局对于写信人来说是下层v运输部门是邮局的下层 下层为上层提供服务v写信人与收信人之间使用相同的语言v邮局之间的约定 同层次之间使用相同的协议2022-1-1218OSI的七层框架 2-

10、1物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层协议数据链路层协议网络层协议传输层协议会话层协议表示层协议应用层协议 比特 帧 报文TPDUSPDUPPDUAPDU1 接口2 接口3 接口4 接口5 接口6 接口主机A主机B数据单元层2022-1-1219OSI的七层框架 2-2名称功能实例应用层用户接口HTTPTelnet表示层数据的表现形式、特定功能的实现如-加密ASCII、EBCDICJPEG会话层对应用会话的管理、同步操作系统/应用读取传输层可靠与不可靠的传输、传输前的错误检测、流控TCP、UDP网络层提供逻辑地址、选路IP数据链路层

11、成帧、用MAC地址访问媒介、错误检测与修正802.3 / 802.2HDLC物理层设备之间的比特流的传输、物理接口、电气特性等EIA/TIA-232V.352022-1-1220数据的封装与解封装过程 3-1InternetHello!2022-1-1221IP包头数据的封装与解封装过程 3-2Hello物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层 比特 帧 报文段PDUHelloTCP/UDP头HelloIP包头LLC子层TCP/UDP头HelloIP包头LLC子层MAC子层TCP/UDP头HelloTCP/UDP头高层数据MAC子层LLC子层FCS2022-1-1222IP包头数据的封装

12、与解封装过程 3-3Hello物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层 比特 帧 报文段PDUHelloTCP/UDP头HelloIP包头LLC子层MAC子层TCP/UDP头HelloIP包头LLC子层MAC子层FCSTCP/UDP头HelloTCP/UDP头高层数据LLC子层2022-1-1223物理层网络的基础v物理层是TCP/IP模型的最底层v物理层为数据传输提供可靠环境 物理层是网络的基础，正如同公路是汽车通行的基础一样2022-1-1224物理层概述v 物理层是TCP/IP五层模型的最底层，它为数据通信的介质提供规范和定义v 直接面向实际承担数据传输的物理媒体v 传输单位为比特

13、，主要讨论的是在通信线路上比特流的传输问题2022-1-1225物理层的功能v功能一：为数据端设备提供传送数据的通路v功能二：传输数据 物理层关心的是信号、接口和传输介质2022-1-1226物理层关心的是什么机械特性指明通信实体间硬件连接接口的机械特点 电气特性规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电路的特性 功能特性指明物理接口各条信号线的用途（用法） 规程特性指明利用接口传输位流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序 为了传输信号，物理层规定了那些特性？2022-1-1227物理层的机械特性示例2022-1-1228数据链路层的功能 2-1v数据链路层 位于网络层与物理层之间物理层

14、物理层数据链路层数据链路层网络层网络层数据链路层协议 比特（Bit） 帧（Frame）包(Packet）主机A主机B数据单元2022-1-1229数据链路层的功能 2-2v数据链路层的功能 数据链路的建立、维护与拆除 帧包装、帧传输、帧同步 帧的差错恢复 流量控制2022-1-1230以太网v以太网主要工作在数据链路层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层协议数据链路层协议网络层协议 比特 帧 包12主机A主机B数据单元层以太网2022-1-1231什么是以太网v我们平常使用的局域网就是以太网如果中间的线路是共享的，这条链路在同一时间由谁来使用呢？如何来保证这些主机能有序的使用共享

15、线路，不发生数据的冲突？ 如果主机A发出一个数据包给主机B，如何标识主机A和主机B呢？这就是主机的地址问题。 主机之间发送的数据，需要保证双方互相都能读懂，那么它们发送的数据的格式，是不是需要有一个统一的规范呢？2022-1-1232以太网采用CSMA/CDv CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问v 以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突v 工作原理 发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。 在发送时，边发边继续监听 若监听到冲突，则立即停止发送 等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试2022-1-1233以太网MAC地址v以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一

16、组设备 例如：00061be3936c 000d28beb642IBMCISCO24比特（供应商标识）24比特（供应商对网卡的唯一编号）对于目的地址：0物理地址（单播地址）1逻辑地址（组播地址）2022-1-1234以太网帧格式v802.3 以太网帧格式数据链路层封装7字节6字节6字节前导码目的地址源地址类型/长度数据帧校验序列461500字节4字节1字节2字节帧启始定界符物理层封装大于0600H表示类型，小于0600H表示长度2022-1-1235以太网标准物理层数据链路层逻辑链路控制子层（LLC)介质访问控制子层（MAC)以太网IEEE802.2IEEE802.32022-1-1236MA

17、C子层与LLC子层 2-1v 介质访问控制（MAC）子层（802.3） 将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过程，将帧拆卸)； 实现和维护介质访访问控制协议，例如CSMA/CD； 比特差错检测； MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被哪个站哪些站接收（目的站）。2022-1-1237MAC子层与LLC子层 2-2v逻辑链路控制（LLC）子层（802.2） 建立和释放数据链路层的逻辑连接； 提供与上层的接口； 给帧加上序号。2022-1-1238MAC与LLC 名 称MAC子层规范LLC子层规范其它说明以太网第2版（DIX）以太网以太网不采用此规范为Digital，I

18、ntel与Xerox所拥有IEEE以太网IEEE 802.3IEEE 802.2通常被称为802.3以太网，构建在DIX以太网基础上IEEE令牌环IEEE 802.5IEEE 802.2在IEEE接管之前IBM帮助开发ANSI FDDIANSI X3T9.5IEEE 802.2ANSI喜欢802.2，所以它参考IEEE的这一规范2022-1-1239以太网标准 2-1 标 准 MAC子层规范电缆最大长度 电缆类型所需线对10BASE-5 802.3 500m 50粗缆 -10BASE-2 802.3 185m 50粗缆 -10BASE-T 802.3 100m 3、4或5类双绞线 210BAS

19、E-FL802.3 2000m 光纤 1100BASE-TX 802.3u 100m5类双绞线 2100BASE-T4 802.3u 100m3类双绞线 42022-1-1240以太网标准 2-2标准 MAC子层规范电缆最大长度 电缆类型所需线对100BASE-T2 802.3u 100m 3、4或5类双绞线 2100BASE-Fx 802.3u 400/2000m 多模光纤 110BASE-Fx 802.3u 10000m 单模光纤 11000BASE-Sx 802.3z 220-550m 多模光纤 11000BASE-Lx 802.3z 550-3000m 单模或多模光纤 11000BAS

20、E-Cx 802.3z 25m 屏蔽铜线 21000BASE-T 802.3ab 100m5类双绞线 22022-1-1241以太网交换机v 交换机是用来连接局域网的主要设备 交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层 交换机分割冲突域，实现全双工通信2022-1-1242单工、半双工与全双工v 单工 只有一个信道，传输方向只能是单向的v 半双工 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输v 全双工 双信道，同时可以有双向数据传输ABABAB例如：寻呼机例如：对讲机例如：电话2022-1-1243冲突与冲突域v如果冲突过多，则传输效率就会降低. . . . . .

21、主机A主机B主机C冲突域2022-1-1244分割冲突域v为了提高传输效率，分割冲突域. . . . . .冲突域1冲突域2冲突域32022-1-1245交换机背板交换矩阵结构v交换机的每个端口访问另一个端口时，都有一条专有的线路，不会产生冲突。2022-1-1246冲突域与广播域v 广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分v 交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所有端口属于同一个广播域. . . .广播域 广播域冲突域冲突域广播2022-1-1247网络层的功能v定义了基于IP协议的逻辑地址v连接不同的媒介类型v选择数据通过网络的最佳路径2022-1-1248TCP/IP协议参考模型v TCP/IP是20世纪70年代中期美国国防部为ARPANET开发的网络体系结构网络接口层互联网层传输层应用层TCP/IP 4层模型物理层数据链路层网络层OSI 7层模型会话层表示层应用层传输层互联网层传输层应用层物理层数据链路层TCP/IP 5层模型2022-1-1249TCP/IP 第1层：网络接口层第1层：网络接口层(Network Interface)网络接口层对应OSI物理层和数据链路层并实现与它们相同的功能，其中包括LAN和WAN的技术细节。这一层也称为主机到网