专题三 OSI参考模型体系（讲义）《计算机网络基础》（河北科学技术出版社）高考备考讲练测（河北省）

专题三 OSI参考模型体系（讲义） ---《计算机网络基础》专题复习讲练测 [考纲要求] 1.掌握OSI／RM的结构 2.掌握分层涉及的重要概念，如协议、服务、接口、协议数据单元等 3.掌握OSI参考体系各层的特点及功能 4.掌握网络数据在层间传递时封装与解封的过程 5.了解计算机网络体系结构的发展过程 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、网络分层相关概念 1.网络协议 协议是通信双方为了实现通信而进行的约定或制定的对话规则，是“水平”的——限制对等层实体之间的通信。 2.协议的三个要素 （1）语法：数据与控制信息的结构或格式 ，即怎么进行通信； （2）语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应，即定义了什么是通信； （3）同步/定时：事件实现顺序的详细说明，即何时进行通信； 3. 分层结构中的相关概念 （1）实体：第n层中的活动元素称为n层实体；同一层的实体叫对等实体 （2）协议：控制对等实体之间通信的规则，是水平的 （3）服务：下层为相邻上层提供的功能调用，是垂直的 （4）接口（SAP）：上层使用下层服务的入口 （5）SDU（服务数据单元）:为完成用户功能而传送的数据 （6）PCI（协议控制信息）：控制协议操作的信息（如头部信息） （7）PDU（协议数据单元）：对等层次之间传送的数据单位 = PCI + SDU 二、OSI参考模型各层特点及功能 国际标准化组织ISO提出的一个开放系统互联（OSI）基本参考模型的标准，即OSI/RM（简称OSI模型）。OSI/RM整个模型共分7层，从下往上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层都具有清晰的功能。 1. 物理层 （1）单位：比特（bit） （2）设备：中继器、集线器 （3）功能： ①机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、尺寸、外观、引脚数目、引脚数量和排列情况等； ②电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等； ③功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途； ④过程特性（规程特性）：定义各条物理线路的工作规程和时序关系，即不同功能的出现顺序； 2.数据链路层 （1）单位：帧（Frame） （2）设备：网桥、二层交换机 （3）功能： ①数据链路层封装成帧的方法 ·字符计数法； ·零比特填充法/带位填充的首尾标志法； ·带字符（节）填充法； ·物理层违规编码法 ②差错控制 ·帧错误：接收端收到的数据出现比特差错（1→0或0→1） ·帧丢失：发送方发出的数据接收方没有收到。 ·帧重复：同一个帧收到两次。 ③流量控制 数据链路层中发送方与接收方通过滑动窗口协议来处理相邻节点之间的流量控制。 ④链路管理 链路管理主要完成数据链路层的建立、维持和释放，实现面向连接的服务。 3.网络层 （1）单位：分组/包（Packet） （2）设备：路由器、三层交换机 （3）功能：网络层的主要功能包括寻址、路由选择、拥塞控制及网络互联等。网络层提供的两种服务：①面向连接的虚电路服务；②无连接的数据报服务 4.传输层 （1）单位：数据报 （2）功能：传输层负责端口到端口的通信。传输层可提供两大类型服务： ①面向连接的服务：是一种可靠的服务，它需要建立、维持和拆除连接，可提供流量控制、差错控制和序列控制； ②面向无连接的服务：即数据报服务，只能提供不可靠的服务； 5.会话层 （1）单位：报文 （2）功能 ①建立、维护和终止会话； ②管理会话的同步和异步传输； ③提供数据完整性和可靠性保证； ④支持多种会话类型，如全双工、半双工和单工会话； 6.表示层 （1）单位：报文 （2）功能：负责将应用层的数据转换为适合网络传输的格式，并对数据进行加密、压缩等处理。 7.应用层 （1）单位：报文 （2为网络用户提供各种应用服务；是用户与网络的界面 三、数据的封装与解封 1.封装过程（发送端，自上而下） 应用层：原始数据 ↓ 加上应用层头部 表示层：应用层数据 + 表示层头部 ↓ 加上表示层头部 会话层：表示层数据 + 会话层头部 ↓ 加上会话层头部 传输层：会话层数据 + 传输层头部（含源端口、目的端口）→ 数据段（Segment） ↓ 加上传输层头部 网络层：传输层数据 + 网络层头部（含源IP、目的IP）→ 分组/包（Packet） ↓ 加上网络层头部 数据链路层：网络层数据 + 数据链路层头部（含源MAC、目的MAC）+ 尾部 → 帧（Frame） ↓ 加上数据链路层头部和尾部 物理层：将帧转换为比特流，通过传输介质发送 2.解封过程（接收端，自下而上） 物理层：接收到比特流，还原为数据帧 ↓ 去掉数据链路层头部和尾部 数据链路层：检查MAC地址，去掉帧头帧尾 → 得到网络层数据包 ↓ 去掉网络层头部 网络层：检查IP地址，去掉IP头 → 得到传输层数据段 ↓ 去掉传输层头部 传输层：检查端口号，去掉TCP头 → 得到会话层数据 ↓ 继续向上... 会话层 → 表示层 → 应用层：最终还原为原始数据 3.封装与解封的对比 发送端（封装） 接收端（解封） 方向 自上而下（应用层→物理层） 自下而上（物理层→应用层） 操作 逐层加头部信息 逐层去掉头部信息 物理层 将数据转换为比特流发送 将比特流还原为数据 [限时练习] 1.OSI参考模型中，实现“透明地传输比特流”功能的是（ ） A. 物理层 B. 网络层 C. 数据链路层 D. 传输层 【答案】A 【解析】物理层是OSI参考模型的最低层，负责在传输介质上透明地传输原始的比特流。物理层的数据服务单元是比特。 2. 在OSI参考模型中，负责为网络用户提供分布式应用环境和编程环境的是（ ） A. 表示层 B. 会话层 C. 应用层 D. 传输层 【答案】C 【解析】应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的界面，为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。 3. 以下关于网络协议的描述中，错误的是（ ） A. 协议是“水平”的，用于控制对等实体之间的通信 B. 协议的三要素包括语法、语义和时序 C. 协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准 D. 在同一结点内，相邻层之间通过协议进行通信 【答案】D 【解析】在同一结点内，相邻层之间通过接口通信，而非通过协议。 4. 在OSI参考模型中，以下关于“接口”的描述正确的是（ ） A. 接口是不同结点对等层之间进行通信的规则 B. 接口也称为服务访问点，是上层使用下层服务的入口 C. 接口位于不同结点的同一层之间 D. 接口定义了数据在物理介质上的传输方式 【答案】B 【解析】接口（也称为服务访问点SAP）是在同一结点内，上层使用下层服务的入口，或下层向上层提供服务的出口。 5. 在OSI参考模型中，若主机A向主机B发送数据，数据在主机A各层传递时，以下描述正确的是（ ） A. 数据从物理层开始封装，逐层向上直到应用层 B. 只有网络层和传输层需要添加头部信息，其他层不需要 C. 各层之间无需添加控制信息，直接传递原始数据 D. 数据从应用层开始封装，逐层向下，每层增加控制信息，最终到达物理层 【答案】D 【解析】在发送端主机A中，数据从应用层开始，逐层向下传递到物理层。每一层都会在从上层接收到的数据基础上添加本层的控制信息（头部，必要时加尾部），这个过程称为封装。 6. 数据链路层将网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧，其中“帧”的数据部分长度上限称为（ ） A. MTU B. SDU C. PDU D. PCI 【答案】A 【解析】MTU（Maximum Transfer Unit，最大传送单元） 是每一种链路层协议规定的所能传送的帧的数据部分长度上限。 7. 在OSI参考模型中，表示层的功能不包括（ ） A. 数据编码与解码 B. 数据加密与解密 C. 文件传输与访问 D. 数据压缩与解压缩 【答案】C 【解析】表示层的主要功能包括：数据编码与解码、数据加密与解密、数据压缩与解压缩，以及对数据格式进行转换，保证一个主机应用层信息可被另一个主机的应用程序理解。 8. OSI参考模型中，网络层提供的核心服务是（ ） A. 在相邻结点之间可靠地传送数据帧 B. 在通信子网中进行路由选择和数据转发 C. 为应用程序提供网络服务接口 D. 透明地传输比特流 【答案】B 【解析】网络层的核心功能是路由选择和数据转发，即确定数据分组从源端到目的端的最佳路径，并通过中间路由器逐跳转发。 9. OSI参考模型中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信。（ ） 【答案】对 【解析】OSI中的“开放（Open）”指的是：任何遵循OSI标准的系统，都能与世界上任何地方的、同样遵循OSI标准的其他系统进行通信，而不需要改变系统的软硬件逻辑结构。 10.在OSI参考模型中，数据传输时，各层只与同一结点的相邻层发生关系，且对等层之间在逻辑上有一条直接信道，表现为不经过下层就把信息传送到对方。（ ） 【答案】对 【解析】在分层结构中，同一结点内相邻层之间通过接口交换信息；同时，不同结点上的对等层在逻辑上有一条直接信道，表现为“对等层之间不经过下层就把信息传送到对方”。 11.在OSI参考模型中，数据链路层的数据传输单位是_______。 【答案】帧 【解析】数据链路层将比特流组合成帧，并添加首部和尾部。 12.网络协议的三要素是_______________、_______________和_______________。 【答案】语法；语义；时序（同步） 【解析】协议三要素：①语法：规定数据的格式和结构；②语义：规定协议元素（控制信息、动作及响应）的含义；③时序（同步）：规定事件执行的顺序。 [内容小结] 1.OSI参考模型速记口诀：七层顺序：“物数网传会表应”分别对应物理层→数据链路层→网络层→传输层→会话层→表示层→应用层 2.掌握每层数据单位：比特→帧→分组→数据段→报文 3.熟记各层设备：物理层（中继器/集线器）、数据链路层（交换机/网桥）、网络层（路由器） 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $