3.2 OSI参考模型（课件） -《计算机网络技术基础》同步教学(上海交通大学出版社)

计算机网络技术基础 网络体系结构 壹 第三章 章节导读 计算机网络是一个庞大的、多样化的复杂系统，涉及多种通信介质、多厂商和异种机互连、高级人机接口等各种复杂的技术问题。要使这样一个系统高效、可靠地运转，网络中的各个部分都必须遵守一套合理而严谨的网络标准。这套网络标准就是网络体系结构。 本章主要介绍网络体系结构的基本概念，以及开放式系统互连（OSI）参考模型和TCP/IP参考模型的分层结构及各层功能。 3 学 习 目 标 了解分层设计的思想和网络协议的概念。 掌握OSI参考模型的分层结构及各层功能。 掌握OSI参考模型中数据传输的过程。 掌握TCP/IP参考模型的分层结构及各层功能。 理解OSI参考模型和TCP/IP模型的区别。 4 3.2 OSI参考模型 世界上第一个网络体系结构是1974年由IBM公司提出的“系统网络体系结构（System Network Architecture，SNA）”。此后，许多公司纷纷推出了各自的网络体系结构。虽然这些体系结构都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配及采用的技术均不相同。随着信息技术的发展，不同结构的计算机网络互联已成为迫切需要解决的问题。 为此，许多标准化机构积极开展了网络体系结构标准化方面的工作，其中最为著名的就是国际标准化组织ISO提出的开放系统互连参考模型，即OSI参考模型。 OSI参考模型并不是一个特定的硬件设备或一套软件例程，而是一种严格的理论模型，是厂商在设计硬件和软件时必须遵循的通信准则。OSI模型是一个开放式系统模型，它的目的就是在不需要改变不同系统的软硬件逻辑结构的前提下，使不同系统之间可以通信。 OSI参考模型从下到上由物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层组成，如图3-3所示。低层（物理层、数据链路层）执行的功能与物理通信相关，如构建帧、传输含有包的信号；中间层（网络层、传输层、会话层）协调结点间的网络通信，如确保通信会话无中断、无差错地持续进行；高层（表示层、应用层）的工作直接影响软件应用和数据表示，包括数据格式化、加密以及数据与文件传输管理。 图3-3 OSI参考模型的结构 3.2 OSI参考模型 3.2.1 物理层 物理层是OSI参考模型的最低层，主要为通信提供物理链路，并在两个网络设备之间透明地传输比特流。物理层的数据服务单元是比特，它可以通过同步或异步的方式进行传输；但是物理层并不关心这些比特的实际意义和结构。 物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特流传输的物理连接定义了机械、电气、功能和规程特性。 3.2 OSI参考模型 机械特性：规定了物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，连接器中引脚的数量与排列情况等。 电气特性：规定了在物理连接上传输二进制比特流时线路上信号电平高低、阻抗及阻抗匹配、传输速率与距离限制。早期的标准定义了物理连接边界点上的电气特性，而较新的标准定义了发送和接收器的电气特性，同时给出了互联电缆的有关规定。新的标准更有利于发送和接收电路的集成化工作。 功能特性：规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为数据线、控制线、定时线和地线。 规程特性：定义了信号线进行二进制比特流传输时的一组操作过程，包括各信号线的工作规则和时序。 3.2 OSI参考模型 物理层硬件接口主要包括各种传输介质或传输设备的接口，常用的物理接口有RJ-45（网线接口）和RS-485（串口）。由于传输介质和传输设备的种类繁多，因此物理层接口的标准也非常多。不同物理层接口标准在以上四个重要特性上都不尽相同。 3.2.2 数据链路层 数据链路层是OSI参考模型的第二层，其作用主要是负责将由物理层传来的数据封装成数据帧（Frame），并保证帧在计算机之间进行无差错地传输。 数据链路层分为MAC和LLC两个子层。MAC（介质访问控制）子层的功能包括数据帧的封装/拆封，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等；LLC（逻辑链路层控制）子层负责为上层提供服务，如从上层接收包并发送到MAC层。 工作在数据链路层的设备包括二层交换机、网桥等。此外，网卡既工作在物理层，也工作在数据链路层，负责传输介质之间的物理连接，帧的发送与接收、封装与拆封等。 3.2 OSI参考模型 数据链路层的定义 1 知识库 物理线路与数据链路是网络中常用的术语，它们的含义是不同的。 在通信技术中，人们常用链路（link）这个术语来描述一条点对点的线路段，这条线路段中间是没有任何交换结点的。因此从这种意义上说，链路一般是指物理线路。当需要在一条链路上传送数据时，除了必须具有一条物理线路之外，还必须有一些规程或协议来控制这些数据的传输，以保证被传输数据的正确性。实现