2.1.2OSI参考模型(课件）-《计算机网络技术基础》同步教学（高教版）

OSI参考模型 1 网络体系架构 01 OSI参考模型 02 OSI模型通信示例 03 目录 CONTENTS 2 01 网络体系架构 网络体系结构 体系结构定义：描述了一组用于计算机及其通信设施之间互连的标准和规范的集合。遵循这组规范可以方便地实现计算机设备之间的通信。 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的，“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。 灵石县第一职业高级中学 计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多并且性质各不相同，所以人们在设计网络时，提出了“分层次”的思想。在计算机网络设计中，可以将网络总体要实现的功能分配到不同的模块中，并对每个模块要完成的服务及服务实现过程进行明确的规定，每个模块就叫做一个层次。这种划分可以使不同的网络系统分成相同的层次，不同系统的同等层具有相同的功能，高层使用低层提供的服务时不需知道低层服务的具体实现方法，从而大大降低了网络的设计难度。 　　在计算机网络层次结构中，各层有各层的协议。网络协议对计算机网络是不可缺少的，一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集。对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型。 在此，我想到了计算机世界非常非常有名的一句话，这里分享一下： 计算机科学领域的任何问题都可以通过增加一个间接的中间层来解决，计算机整个体系从上到下都是按照严格的层次结构设计的。 4 02 OSI参考模型 OSI 参考模型---分层原则 网中各结点都具有相同的层次 不同结点的同等层具有相同的功能 同一结点内相邻层之间通过接口通信 每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务 不同结点的对等层通过协议来实现对等层次之间的通信 灵石县第一职业高级中学 随着网络规模和数量的迅猛增长，它们之间的互连变得越来越复杂，为解决这个问题，国际标准化组织（ISO）研究了许多网络方案，认识到需要建立一种可以有助于网络建设、通信和协同工作的网络模型，因此在 1984 年公布了 OSI 参考模型：OSI RM（Open System Interconnection Reference Model，开放系统互连参考模型）。后来，OSI 参考模型很快成为了计算机网络通信的基础模型。 首先来说osi参考模型也是实现分层的，那么它的分层原则呢？如PPT所示。首先，网络中的各个节点都具有相同的层次，这是第一个要求。第二个呢， 要求不同的节点在同等层次中要具有相同的功能。第三点要求在同一节点内部相邻的层次之间，需要通过接口来实现通讯。第四说每层可以使用下层次所提供的服务。并且呢，向它的上层提供服务。最后，不同的节点，它的对等层次，需要通过协议来实现这个对等层次之间的通讯。 6 OSI 参考模型 灵石县第一职业高级中学 如PPT，我们可以看出，虽然通信流程垂直通过各层次，但每一层都在逻辑上能够直接与远程计算机系统的对等层使用本层协议进行通信。 OSI 参考模型将网络协议提供的服务分成 7 层，并定义每一层的服务内容，实现每一层服务的是协议，协议的具体内容是规则。上下层之间通过接口进行交互，同一层之间通过协议进行交互。OSI 参考模型只对各层的服务做了粗略的界定，并没有对协议进行详细的定义，但是许多协议都对应了 7 个分层的某一层。 接下来，我们按照从上到下，依次学习OSI模型中，每一层级的作用。 7 应用程序和网络之间的接口，直接向用户提供服务。应用层协议有电子邮件、远程登录等协议。 应用层 灵石县第一职业高级中学 应用层（Application Layer）是OSI参考模型的最高层，它是计算机用户，以及各种应用程序和网络之间的接口，其功能是直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。它在其他6层工作的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用者之间的联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外，该层还负责协调各个应用程序间的工作。 8 负责数据格式的互相转换，如编码、数据格式转换和加密解密等。保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。 表示层 灵石县第一职业高级中学  表示层（Presentation Layer）是OSI模型的第六层，它对来自应用层的命令和数据进行解释，对各种语法赋予相应的含义，并按照一定的格式传送给会话层。其主要功能是“处理用户信息的表示问题，如编码、数据格式转换和加密解密”等。 9 主要是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。 会话层 灵石县第一职业高级中学 会话层（Session Layer）是OSI模型的第5层，是用户应用程序和网络之间的接口，主要任务是：向两个实体的表示层提供建立和使用连接的方法。将不同实体之间的表示层的连接称为会话。因此会话层的任务就是组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。 会话层用于确保会话保持打开的时长足以传输所有交换数据，而后立即关闭会话以避免浪费资源。 会话层还负责同步数据传输与检查点。例如，如果传输一个 100MB 的文件，会话层可以每 5MB 设置一个检查点。如果在传输了 52MB 后连接断开或崩溃，可以从最后一个检查点恢复会话，也就是只需再传输 50MB 数据。若未设置检查点，则必须从头开始传输整个文件。 10 建立维护主机间端到端的链接，为上层协议提供通信主机间的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。 常见的协议有TCP 和UDP 。 传输层 建立 灵石县第一职业高级中学 传输层（Transport Layer）是OSI模型的第4层。因此该层是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起到承上启下的作用。该层的主要任务是：向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输。传输层的作用是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文。 常见的协议有TCP 和UDP 11 网络层负责促进两个不同网络之间的数据传输。在网络上将数据传输到目的地址，主要负责寻址和路由选择。 常见协议： IP、ICMP 路由协议：OSPF等 网络层 灵石县第一职业高级中学 网络层（Network Layer）是OSI模型的第三层，它是OSI参考模型中最复杂的一层，也是通信子网的最高一层。它在下两层的基础上向资源子网提供服务。其主要任务是：通过路由选择算法，为报文或分组通过通信子网选择最适当的路径。该层控制数据链路层与传输层之间的信息转发，建立、维持和终止网络的连接。 主要使用的协议就是IP协议，主要工作在网络层的设备有路由器、三层交换机。 12 数据链路层与网络层十分相似，但数据链路层用于促进同一网络上两台设备之间的数据传输。数据链路层从网络层提取数据包并将数据包分解成更小的部分（称为帧）。与网络层一样，数据链路层也负责网络内部通信流量控制和错误控制（传输层仅负责网络间通信流量控制和错误控制）。 数据链路层 灵石县第一职业高级中学 数据链路层（Data Link Layer）是OSI模型的第二层，负责建立和管理节点间的链路。该层的主要功能是：通过各种控制协议，将有差错的物理信道变为无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路。在计算机网络中由于各种干扰的存在，物理链路是不可靠的。因此，这一层的主要功能是在物理层提供的比特流的基础上，通过差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变为无差错的数据链路，即提供可靠的通过物理介质传输数据的方法。 13 介质访问控制（MAC） 为数据帧的封装/卸装，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 逻辑链路控制（LLC） 为传输可靠性保障和控制，数据包的分段与重组，数据包的顺序传输。 常见协议： 以太网：Ethernet、IEEE802.3 广域网：PPP 常用设备： 二层交换机、网卡 网桥（已淘汰） 数据链路层功能 灵石县第一职业高级中学 该层通常又被分为介质访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）两个子层。其中只有 MAC 子层与具体的物理介质有关，LLC 子层则起着屏蔽局域网类型的作用。 14 物理层则将数据的 0、1 转换为电压和脉冲光，并利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。 常见介质： 同轴电缆（监控） 双绞线、光纤 常用设备： 集线器（HUB，已淘汰） 物理层 灵石县第一职业高级中学 在OSI参考模型中，物理层（Physical Layer）是参考模型的最低层，也是OSI模型的第一层。物理层的主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。物理层的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。使其上面的数据链路层不必考虑网络的具体传输介质是什么。“透明传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化，对传送的比特流来说，这个电路好像是看不见的。 15 OSI 参考模型总结 建立、维护、管理端到端连接 7 6 5 4 3 2 1 为应用程序提供网络服务 数据格式化，加密、解密 建立、维护、管理会话连接 IP寻址和路由选择 控制网络层与物理层之间通信 比特流传输 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 灵石县第一职业高级中学 以上，就是OSI各个层次的基本功能。 综上，我们可以看出OSI参考模型具有以下优点：简化了相关的网络操作；提供了不同厂商之间的兼容性；促进了标准化工作；结构上进行了分层；易于学习和操作。 16 03 OSI模型通信示例 OSI 参考模型通信示例 假设使用主机 A 的用户向使用主机 B 的用户发送一封邮件。 灵石县第一职业高级中学 下面举例说明 OSI 参考模型的功能。假设使用主机 A 的用户向使用主机 B 的用户发送一封邮件。 18 应用层 灵石县第一职业高级中学 应用层 用户 A 在主机 A 上新建一封邮件，指定收件人为 B，并输入邮件内容为 “早上好”。用户确认发送时，开始进入应用层协议的处理。该协议在传送数据的前端附加一个首部信息。主机 B 在收到主机 A 发送至的数据后，分析其数据首部与数据正文，并将邮件存入本地。 19 表示层 灵石县第一职业高级中学 表示层会将数据从“某个计算机特定的数据格式”转换为“网络通用的标准数据格式”后再发送出去。接收端主机收到数据以后将这些网络标准格式的数据恢复成“该计算机特有的数据格式”，然后在进行相应的处理。 此例中，“早上好”这段文字根据编码格式被转换成了“统一的网络数据格式”。由于文字的编码格式非常多，如：UTF-8、UTF-16、Unicode 等，如果未能按照特定格式编码，那么在接收端收到的邮件可能就是乱码。 20 会话层 会话层 灵石县第一职业高级中学 假如用户 A 新建了 5 封邮件准备发送给用户 B。这 5 封邮件的发送顺序可以有多种： 每发一封邮件时建立一次连接，随后断开连接 一旦建立连接后，将 5 封邮件连续发送给对方 同时建立 5 个连接，将 5 封邮件同时发送给对方 会话层的主要责任就是决定采用何种连接方式。 类似应用层、表示层，会话层在其收到的数据前端附加首部之后再转发给下一层。这些首部中 记录着数据传送顺序的信息。 21 传输层 灵石县第一职业高级中学 会话层只对何时建立连接、何时发送数据等问题进行管理，并不具备实际传输数据的功能。真正负责在网络上传输数据的是会话层以下的分层。 主机 A 确保与主机 B 之间的通信并准备发送数据。该过程称为“建立连接”。连接建立后即可使主机 A 发送的邮件到达主机 B。传输结束之后，有必要将连接断开。 上述两个主机之间创建逻辑上的通信连接是传输层的主要作用。此外，传输层为确保数据到达目标地址，会在通信两端的主机之间进行确认，如果数据没有到达，则负责进行重发。 示例中，如果主机 A 将“早上好”发送给主机 B，由于网络异常等原因导致只有部分数据到达目标地址。假设主机 B 只收到“早上”这部分数据，那么它会将没有收到“早上”之后那部分数据的事实告诉主机 A，主机 A 得知后会将“好”重新发送给主机 B，并再次确认对端是否收到。 因此，保证数据传输的可靠性是传输层的一个重要作用。为了确保可靠性，传输层也会对所要传输的数据附加首部以识别这一分层的数据。然而，实际上将数据传输给对端的处理是由网络层完成的。 22 网络层 灵石县第一职业高级中学 网络层的作用是在网络与网络互连的环境中，将数据从发送端主机发送到接收端主机。如图所示，两端主机之间虽然有众多数据链路，但是能够将数据从主机 A 发送到主机 B 也都是网络层的功劳。 网络层的数据发送通过目标地址选择对应的计算机，因此目标地址是网络中唯一指定的序号，类似于电话号码。 23 数据链路层和物理层 灵石县第一职业高级中学 通信传输本质上是通过物理的传输介质实现的。数据链路层的作用就是在这些通过介质互连的设备之间进行数据处理。 物理层则将数据的 0、1 转换为电压和脉冲光传输给物理的传输介质，而相互直连的设备之间使用地址实现传输。这种地址被称为 MAC 地址。采用 MAC 地址，目的是为了识别连接同一传输介质上的设备。物理层会将包含 MAC 地址的信息的首部附加到同网络层转发过来的数据上，并将其发送到网络中。 网络层与数据链路层都是基于目标地址将数据发送给接收端，其区别在于： 网络层负责将整个数据发送给最终的目标地址 数据链路层只负责发送一个分段内的数据 24 感谢聆听！ $$