計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)單元3網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議1osi參考模型-PPT課件

1、單元3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議 模塊一 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和OSI參考模型【知識目標(biāo)】掌握OSI參考模型；掌握TCP/IP分層模型；掌握IP編址的基礎(chǔ)知識及子網(wǎng)劃分；掌握傳輸層協(xié)議TCP和UDP；掌握Ping、Tracert等基本的網(wǎng)絡(luò)命令?！灸芰δ繕?biāo)】具備IP地址應(yīng)用與配置的能力；具備子網(wǎng)劃分與應(yīng)用的能力；具備應(yīng)用端口區(qū)分不同應(yīng)用的能力；具備使用網(wǎng)絡(luò)命令排除簡單網(wǎng)絡(luò)故障的能力。教學(xué)目標(biāo)1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由各種不同的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過不同的通信線路連接在一起的復(fù)雜系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)中，涉及到網(wǎng)絡(luò)的硬件體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)、各種不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信技術(shù)。 為保證這些異質(zhì)系統(tǒng)之間

2、的正常通信，保證不同廠商產(chǎn)品的兼容性，減少系統(tǒng)開發(fā)的難度，就有必要統(tǒng)一信息編碼、統(tǒng)一報文格式、統(tǒng)一傳輸命令、統(tǒng)一控制序列，簡化通信過程，以便在不同系統(tǒng)之間實現(xiàn)無縫銜接。 因此國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1978年設(shè)立了一個專門的委員會，研究網(wǎng)絡(luò)通信的體系結(jié)構(gòu)，提出了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM.體系機(jī)構(gòu)的分層設(shè)計分層的含義分層模型（ layering model）是一種用于開發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計方法。本質(zhì)上，分層模型描述了把通信問題分為幾個小問題（稱為層次）的方法，每個小問題對應(yīng)于一層（例如IP地址的問題對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)層）。體系機(jī)構(gòu)的分層設(shè)計層次結(jié)構(gòu)特點：上層是服務(wù)請求者，也是用戶，下層是服務(wù)提供者

3、。層與層之間通過接口完成服務(wù)請求和服務(wù)提供。郵政系統(tǒng)傳遞信件過程 運(yùn)輸規(guī)則運(yùn)輸規(guī)則鐵路信紙信信袋長沙求職過程地址、郵編、分發(fā)規(guī)則發(fā)信人郵局南京站收信人郵局長沙站上海站長沙信紙信信袋鐵路南京長沙郵政系統(tǒng)模型郵政系統(tǒng)的幾點啟示：寄信人不是直接將信提交給收信人，南京郵局不是直接將信提交給長沙郵局。層與層之間存在接口，上一層向下一層請求服務(wù)，最終由最低層實現(xiàn)信件的實際運(yùn)輸過程。每一層都需要重新封裝，封裝的目的是適合這一層傳輸。兩端同一層是對等的，對等層之間有約定，與其它層無關(guān)。郵局寄信人火車站郵政系統(tǒng)必須分層的原因 提出服務(wù)請求提供服務(wù)提供服務(wù)提出服務(wù)請求通信雙方必須要經(jīng)過郵政系統(tǒng)才能完成通信，必須按

4、郵政系統(tǒng)要求的規(guī)范來封裝信件。郵政系統(tǒng)完成投遞過程，寄信人和郵局之間存在接口。郵局雙方必須要借助鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)來運(yùn)輸信件，郵局必須按照鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的要求來封裝信袋。鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)完成信袋運(yùn)輸過程，郵局和火車站之間存在接口。N+1層N層N-1層 通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器的過程 運(yùn)輸規(guī)則運(yùn)輸規(guī)則鐵路信紙信信袋長沙求職過程地址、郵編、分發(fā)規(guī)則發(fā)信人郵局南京站收信人郵局長沙站上海站長沙信紙信信袋鐵路南京長沙郵政系統(tǒng)傳遞信件過程TCP/IP體系結(jié)構(gòu)對N層來說，N+1層的用戶直接使用的是N層提供的服務(wù)，而事實上N+1層的用戶是通過N層提供的服務(wù)享用到了N層內(nèi)的所有層的服務(wù)。分層結(jié)構(gòu)的好處有：各層相對獨立、功

5、能簡單、層內(nèi)的變化互不影響、即適應(yīng)性強(qiáng)、易于實現(xiàn)和維護(hù)。2 OSI/RM七層模型 若主機(jī)A要發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)B數(shù)據(jù)將由主機(jī)A的應(yīng)用層向下傳遞，在傳遞過程中逐層添加協(xié)議包裝，最后通過物理層的網(wǎng)絡(luò)電纜將數(shù)據(jù)傳送出去；主機(jī)B在接收數(shù)據(jù)時，則是從物理層向上傳遞，在傳遞過程中逐層去掉協(xié)議包裝，最后在應(yīng)用層獲取到的是與主機(jī)A應(yīng)用層發(fā)送出來的完全相同的數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)鏈協(xié)議用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議

6、傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)鏈協(xié)議物理協(xié)議各層數(shù)據(jù)單元的關(guān)系對等層是指在體系結(jié)構(gòu)中處于同一地位，起相同作用的功能層。與分層有關(guān)的術(shù)語對等層實體實體是每一層中實際完成該層功能的軟件或硬件。 服務(wù)和協(xié)議是完全不同的概念。服務(wù)是一個系統(tǒng)內(nèi)部各層向它上層提供的一組原語，服務(wù)定義了相鄰兩層的接口。（垂直的概念）協(xié)議是定義不同系統(tǒng)的對等層實體之間交換的幀、分組和報文的格式及意義的一組規(guī)則。 只要不改變提供給用戶的服務(wù)，實體可以任意改變它們的協(xié)議。（水平的概念） 與分層有關(guān)的術(shù)語協(xié)議與服務(wù)17在層次化結(jié)構(gòu)中，每一層都可能有若干個協(xié)議。在兩個(N)實體之間相互合作，共同完成(N)功能時，是受著一個或幾個局部于(N)層的

7、協(xié)議(簡稱（N)協(xié)議)所支配。(N)協(xié)議精確地規(guī)定(N)實體應(yīng)如何利用(N-1)服務(wù)協(xié)同工作去完成(N)功能，以便向(N+1)實體提供(N)服務(wù)；換言之，(N)協(xié)議規(guī)定了(N)實體在執(zhí)行(N)功能時的通信行為。假設(shè)上面的(N)是網(wǎng)絡(luò)層復(fù)習(xí)分層結(jié)構(gòu)的特點是什么？開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM有哪七層？哪一層是直接與傳輸介質(zhì)相連的？什么是對等層？一個主機(jī)與一個中繼系統(tǒng)能否稱為一對對等實體？（中繼系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的中間設(shè)備）只有兩個端系統(tǒng)的通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的封裝與拆封過程如何？增加一個或多個中繼系統(tǒng)之后呢？（端系統(tǒng)是因特網(wǎng)上的所有主機(jī)，末端的意思）什么是服務(wù)？什么是協(xié)議？2.1 物理層

8、物理層是OSI模型的最低層或第一層，它利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。物理鏈路可能是雙絞線、同軸電纜、光纖、衛(wèi)星、微波和無線電波等。網(wǎng)絡(luò)物理問題，如電纜斷開，將影響物理層。在物理連接上，數(shù)據(jù)一般都是串行傳輸，即一個一個比特按時間順序傳輸。物理層要保證信息按比特傳輸?shù)恼_性（即比特同步），并向數(shù)據(jù)鏈路層提供一個透明的比特傳輸。物理層不提供檢錯和糾錯服務(wù)，檢錯和糾錯任務(wù)由數(shù)據(jù)鏈路層及以上層次完成。2.1 物理層的功能描述物理層的主要功能是完成相鄰結(jié)點之間原始比特流的傳輸，通過完成物理連接和數(shù)據(jù)傳輸為數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)。物理層協(xié)議關(guān)心的典型問題是：使用什么樣的物理信號來表示數(shù)據(jù)“ 1”和“ 0

9、”；一個比特持續(xù)的時間多長；數(shù)據(jù)傳輸是否可同時在兩個方向上進(jìn)行；最初的連接如何建立；完成通信后連接如何終止；（例如10M以太網(wǎng)開始7個字節(jié)10101010+一個字節(jié)10101011）物理接口（插頭和插座）有多少針以及各針的用處。 總的來說物理層關(guān)心的是鏈路的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。2.2 數(shù)據(jù)鏈路層（如果多點傳輸，由于物理層不編址，目的節(jié)點如何接收？ 傳輸過來的數(shù)據(jù)如何保證正確性？）數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是如何在不可靠的物理線路上進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠傳輸，完成的是網(wǎng)絡(luò)中相鄰結(jié)點之間可靠的數(shù)據(jù)通信。編址（物理地址，唯一的，例如網(wǎng)卡地址）封裝成幀：為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，發(fā)送方把用戶數(shù)據(jù)封裝成幀（fr

10、ame），并按順序傳送各幀。（對二進(jìn)制位流增加控制信息）差錯控制由于物理線路的不可靠，因此發(fā)送方發(fā)出的數(shù)據(jù)幀有可能在線路上發(fā)生差錯或丟失（所謂丟失實際上是數(shù)據(jù)幀的幀頭或幀尾出錯），從而導(dǎo)致接收方不能正確接收到數(shù)據(jù)幀。 為了保證能讓接收方對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確判斷，接收方要進(jìn)行正確應(yīng)答。發(fā)送方為每個幀加入檢錯碼，一旦接收方通過計算發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)有錯，則發(fā)送方必須重傳這一幀數(shù)據(jù)。然而，相同幀的多次傳送也可能使接收方收到重復(fù)幀。比如，接收方給發(fā)送方的確認(rèn)幀被破壞后，發(fā)送方也會重傳上一幀，此時接收方就可能接收到重復(fù)幀。數(shù)據(jù)鏈路層必需解決由于幀的損壞、丟失和重復(fù)所帶來的問題。 進(jìn)行流量控制，保證收發(fā)雙

11、方的速率匹配；數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用總結(jié)數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是：通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和鏈路控制規(guī)程，在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。主要包括：進(jìn)行差錯檢測；進(jìn)行流量控制，保證收發(fā)雙方的速率匹配；幀的封裝；幀定界。2.3 網(wǎng)絡(luò)層（數(shù)據(jù)通信中不能保證所有節(jié)點都是直接相連，所以引入網(wǎng)絡(luò)層，實現(xiàn)源節(jié)點的數(shù)據(jù)能夠送到目的節(jié)點。）網(wǎng)絡(luò)層通信子網(wǎng)的最高層。代表通信子網(wǎng)向高層提供服務(wù)。（通信子網(wǎng)關(guān)心的核心問題是數(shù)據(jù)的傳輸，差錯、擁塞、找不到目的地址怎么辦？不同的網(wǎng)絡(luò)層處理方式是不一樣的。）主要功能：進(jìn)行路由選擇，目的是完成網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)間的數(shù)據(jù)包傳輸。首先要解決統(tǒng)一編址（邏輯地址）的問題。分組轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)數(shù)

12、據(jù)包不得不跨越兩個或多個網(wǎng)絡(luò)時，又會產(chǎn)生很多新問題。例如第二個網(wǎng)絡(luò)的尋址方法可能不同于第一個網(wǎng)絡(luò)；第二個網(wǎng)絡(luò)也可能因為第一個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包太長而無法接收；兩個網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議也可能不同，等等。網(wǎng)絡(luò)層必須解決這些問題，使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠互連。在廣域網(wǎng)中，這包括產(chǎn)生從源端到目的端的路由，并要求這條路徑經(jīng)過盡可能少的中間交換節(jié)點。如果在子網(wǎng)中同時出現(xiàn)過多的數(shù)據(jù)包，子網(wǎng)可能形成擁塞，必須加以避免，而擁塞控制和流量控制也屬于網(wǎng)絡(luò)層的內(nèi)容。在單個局域網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層是冗余的，因為數(shù)據(jù)是以幀的方式直接從一臺計算機(jī)傳送到另一臺計算機(jī)的，因此基本不需要使用網(wǎng)絡(luò)層所提供的功能。2.4 傳輸層傳輸層（transport lay

13、er）的主要功能是完成網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)上的用戶進(jìn)程之間可靠的數(shù)據(jù)通信。傳輸層要決定對會話層用戶，最終對網(wǎng)絡(luò)用戶，提供什么樣的服務(wù)。最好的傳輸連接是一條無差錯的、按順序傳送數(shù)據(jù)的管道，即傳輸層連接是真正端到端的。換言之，源端主機(jī)上的某進(jìn)程，利用報文頭和控制報文與目標(biāo)主機(jī)上的對等進(jìn)程進(jìn)行對話。2.4 傳輸層的功能屏蔽通信子網(wǎng)的通信細(xì)節(jié)彌補(bǔ)通信子網(wǎng)不能滿足資源子網(wǎng)需求的差異，例如視頻點播提供進(jìn)程級的通信能力注意：在傳輸層下面的各層中，協(xié)議是每臺機(jī)器與它的直接相鄰機(jī)器之間（主機(jī)- 交換節(jié)點、交換節(jié)點-交換節(jié)點）的協(xié)議，而不是最終的源端主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)之間（主機(jī)-主機(jī)）的協(xié)議。在它們中間，可能還隔著多個交換

14、節(jié)點。即1至3層的協(xié)議是點到點的協(xié)議，而4至7層的協(xié)議是端到端的協(xié)議。2.5會話層會話層最主要的目的是在傳輸層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上增加一些協(xié)調(diào)對話的功能，以便對上一層提供更好的服務(wù)。會話的同步功能。一個會話連接持續(xù)的時間可能很長，在此時間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)連接或傳輸連接都可能出現(xiàn)故障。若故障出現(xiàn)在會話連接即將結(jié)束時，則整個會話活動必須全部重復(fù)一遍，這顯然是非常不合理的。為解決這樣的問題，會話層在一個會話連接中設(shè)置一些同步點，這樣，一旦傳輸連接出現(xiàn)故障，會話活動可在出故障前的最后一個同步點開始重復(fù)，而不需要全部重復(fù)一遍。2.6 表示層表示層（ presentation layer）完成某些特定的功能，表示層以

15、下各層只關(guān)心從源主機(jī)到目標(biāo)主機(jī)可靠地傳送比特，而表示層關(guān)心的是所傳送的信息的語法和語義。表示層服務(wù)的一個典型例子是對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。大多數(shù)用戶程序之間并非交換隨機(jī)的比特，而是交換諸如人名、日期、貨幣數(shù)量和發(fā)票之類的信息。表示層保證數(shù)據(jù)在經(jīng)過傳遞后意義不會發(fā)生變化。另外，表示層還涉及數(shù)據(jù)壓縮和解壓、數(shù)據(jù)加密和解密等工作。表示層數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換舉例視頻音頻2.7 應(yīng)用層唯一與終端用戶打交道的一層。給用戶提供了調(diào)用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的接口。連網(wǎng)的目的在于支持運(yùn)行于不同計算機(jī)中的進(jìn)程之間進(jìn)行通信，而這些進(jìn)程是為用戶完成不同任務(wù)而設(shè)計的?？赡艿膽?yīng)用是多方面的，不受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的限制。應(yīng)用層（ application

16、layer）包含大量人們普遍需要的協(xié)議。由于每個應(yīng)用有不同的要求，應(yīng)用層的協(xié)議集在ISO/OSI模型中并沒有定義，但是，有些確定的應(yīng)用層協(xié)議，包括虛擬終端、文件傳輸、和電子郵件等都可作為標(biāo)準(zhǔn)化的候選。 OSI模型各層次功能總結(jié)應(yīng)用層（報文）負(fù)責(zé)用戶任務(wù)的描述，即相當(dāng)于：做什么？表示層（報文）解決用戶信息的語法表示，即相當(dāng)于：任務(wù)怎么描述？會話層（報文）會話的管理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，即相?dāng)于：從何時、何處開始？傳輸層（報文）建立一條運(yùn)輸?shù)倪B接，即相當(dāng)于：對方在何處？網(wǎng)絡(luò)層（分組或包）選擇合適的路由，即相當(dāng)于：走哪條路可到達(dá)該處？數(shù)據(jù)鏈路層（幀）在鏈路上無差錯地傳送幀，即相當(dāng)于：每一步應(yīng)該怎樣走？物

17、理層（比特）將比特流送到物理媒體上傳送，即相當(dāng)于：怎樣利用物理媒體？數(shù)據(jù)封裝當(dāng)用戶輸入要瀏覽的網(wǎng)站信息后就由應(yīng)用層產(chǎn)生相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過表示層轉(zhuǎn)換成為計算機(jī)可識別的ASCII碼，再由會話層產(chǎn)生相應(yīng)的主機(jī)進(jìn)程傳給傳輸層。傳輸層將以上信息作為數(shù)據(jù)并加上相應(yīng)的端口號信息以便目的主機(jī)辨別此報文，得知具體應(yīng)由本機(jī)的哪個任務(wù)來處理；在網(wǎng)絡(luò)層加上IP地址使報文能確認(rèn)應(yīng)到達(dá)具體某個主機(jī)，再在數(shù)據(jù)鏈路層加上MAC地址，轉(zhuǎn)成bit流信息，從而在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。以用戶瀏覽網(wǎng)站為例數(shù)據(jù)解封報文在網(wǎng)絡(luò)上被各主機(jī)接收，數(shù)據(jù)鏈路層通過檢查報文的目的MAC地址判斷是否是自己需要處理的報文，如果發(fā)現(xiàn)MAC地址與自己不一致，則丟棄該報文，一致，就去掉MAC信息送給網(wǎng)絡(luò)層判斷其IP地址；然后傳輸層根據(jù)報文的目的端口號確定是由本機(jī)的哪個進(jìn)程來處理，這就是報文的解封裝