ISO~OSI參考模型綜述

衛(wèi)生管理系主講：田肖2024/10/21《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用》南陽醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校第3章網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議

本章詳細(xì)介紹了兩種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型：OSI參考模型和TCP/IP參考模型。TCP/IP參考模型目前是業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上介紹了IP地址以及子網(wǎng)掩碼概念與組成。

3.2ISO/OSI參考模型

[Return]教學(xué)目標(biāo)了解:

1984年正式公布了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型作為國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）。掌握:開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）中七層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層，各層的功能、原理。第3章網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議

3.2ISO/OSI參考模型20世紀(jì)80年代初期，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）認(rèn)識到，需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模式來幫助廠商實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的相互操作，于是ISO研究了各類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并于1984年正式公布了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型作為國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）。這里的“開放”是指任何兩個(gè)遵守OSI/RM的系統(tǒng)都可以進(jìn)行互連，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)能按OSI/RM與另一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，就稱該系統(tǒng)為開放系統(tǒng)。1.分層通信

圖3-2【OSI參考模型】OSI參考模型中的數(shù)據(jù)流動(dòng)過程：在OSI參考模型中，當(dāng)一臺(tái)主機(jī)需要傳送用戶的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)首先通過應(yīng)用層的接口進(jìn)入應(yīng)用層。在應(yīng)用層，用戶的數(shù)據(jù)被加上應(yīng)用層的報(bào)頭（applicationheader，AH），形成應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元，然后被遞交到下一層——表示層。表示層并不“關(guān)心”上層（應(yīng)用層）的數(shù)據(jù)格式，而是把整個(gè)應(yīng)用層遞交的數(shù)據(jù)包看成是一個(gè)整體進(jìn)行“封裝”，即加上表示層的報(bào)頭（presentationheader，PH），然后遞交到下層——會(huì)話層。同樣，會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層也都要分別給上層遞交下來的數(shù)據(jù)加上自己的報(bào)頭，分別是會(huì)話層報(bào)頭（sessionheader，SH）、傳輸層報(bào)頭（transportheader，TH）、網(wǎng)絡(luò)層報(bào)頭（networkheader，NH）和數(shù)據(jù)鏈路層報(bào)頭（datalinkheader，DH）。其中，數(shù)據(jù)鏈路層還要給網(wǎng)絡(luò)層遞交的數(shù)據(jù)加上數(shù)據(jù)鏈路層報(bào)尾（datalinktermination，DT），形成最終的一幀數(shù)據(jù)。

同樣，網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層也要做類似的工作。最終，原始數(shù)據(jù)被遞交到目標(biāo)主機(jī)的具體應(yīng)用程序中。OSI參考模型中的數(shù)據(jù)流動(dòng)過程如圖所示。（1）物理層（PhysicalLayer）物理層是OSI的最低層，它建立在物理通信介質(zhì)的基礎(chǔ)上，作為通信系統(tǒng)和通信介質(zhì)的接口，用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體間透明的比特（bit）流傳輸。為建立、維持和拆除物理連接，物理層規(guī)定了傳輸介質(zhì)的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。（2）數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）數(shù)據(jù)鏈路層從網(wǎng)絡(luò)層接收數(shù)據(jù)，并加上有意義的比特位形成報(bào)文頭部和尾部（用來攜帶地址和其他控制信息）。這些附加了信息的數(shù)據(jù)單元稱為幀。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)幀無差錯(cuò)地從一個(gè)站點(diǎn)送達(dá)下一個(gè)相鄰的站點(diǎn)，即通過一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議完成在不太可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。（3）網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）網(wǎng)絡(luò)層關(guān)心的是通信子網(wǎng)的運(yùn)行控制，主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越通信子網(wǎng)從源傳送到目的地的問題，這就需要在通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對流入的分組數(shù)量進(jìn)行控制。當(dāng)分組要跨越多個(gè)通信子網(wǎng)才能到達(dá)目的地時(shí)，還要解決網(wǎng)際互連的問題。（4）傳輸層（TransportLayer）傳輸層的主要任務(wù)是向會(huì)話層提供服務(wù)，服務(wù)內(nèi)容包括傳輸連接服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。前者是指在兩個(gè)傳輸層用戶之間負(fù)責(zé)建立、維持和在傳輸結(jié)束后拆除傳輸連接；后者則是要求在一對用戶之間提供互相交換數(shù)據(jù)的方法。傳輸層的服務(wù)，使高層的用戶可以完全不考慮信息在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層通信的詳細(xì)情況，方便了用戶使用。

（5）會(huì)話層（SessionLayer）會(huì)話層是網(wǎng)絡(luò)對話控制器，它建立、維護(hù)和同步通信設(shè)備之間的交互操作，保證每次會(huì)話都正常關(guān)閉而不會(huì)突然中斷，使用戶被掛在一旁。會(huì)話層建立和驗(yàn)證用戶之間的連接，包括口令和登錄確認(rèn)；它也控制數(shù)據(jù)交換，決定以何種順序?qū)υ拞卧獋魉偷絺鬏攲?，以及在傳輸過程的哪一點(diǎn)需要接收端的確認(rèn)。（6）表示層（PresentationLayer）表示層保證了通信設(shè)備之間的互操作性。該層的功能使得兩臺(tái)內(nèi)部數(shù)據(jù)表示結(jié)構(gòu)不同的計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)通信。它提供了一種對不同控制碼、字符集和圖形字符等的解釋，而這種解釋是使兩臺(tái)設(shè)備都能以相同方式理解相同的傳輸內(nèi)容所必須的。表示層還負(fù)責(zé)為安全性引入的數(shù)據(jù)加密和解密，以及為提高傳輸效率提供必需的數(shù)據(jù)壓縮及解壓等功能。（7）應(yīng)用層（ApplicationLayer）應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，它是應(yīng)用進(jìn)程訪問訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的窗口。這一層直接為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供各種各樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終用戶之間的界面。應(yīng)用層提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)包括文件服務(wù)、打印服務(wù)、報(bào)文服務(wù)、目錄服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)等。在上述的七層中上五層一般由軟件實(shí)現(xiàn)，而下面的兩層由硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。2.信息格式

圖3-3【信息在各層之間的傳遞】[Return]

具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。因此往往采取折中的辦法，即綜合

OSI和

TCP/IP

的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(applicationlayer)運(yùn)輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層

PDU3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用層PDU再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2IP數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)應(yīng)用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體主機(jī)

1AP2AP1電信號（或光信號）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層主機(jī)

23.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

210100110100101比特流110101110101計(jì)算機(jī)2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)實(shí)體(entity)表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。協(xié)議是控制兩個(gè)對等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的。協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實(shí)體之間通信的規(guī)則。服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。同一系統(tǒng)相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點(diǎn)SAP(ServiceAccessPoint)。3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

協(xié)議很復(fù)雜協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計(jì)到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的?？匆粋€(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，而且還必須非常仔細(xì)地檢查這個(gè)協(xié)議能否應(yīng)付各種異常情況。3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

著名的協(xié)議舉例【例1-1】占據(jù)東、西兩個(gè)山頂?shù)乃{(lán)軍1和藍(lán)軍2與駐扎在山谷的白軍作戰(zhàn)。其力量對比是：單獨(dú)的藍(lán)軍1或藍(lán)軍2打不過白軍，但藍(lán)軍1和藍(lán)軍2協(xié)同作戰(zhàn)則可戰(zhàn)勝白軍?，F(xiàn)藍(lán)軍1擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計(jì)算機(jī)發(fā)送電文給藍(lán)軍2。但通信線路很不好，電文出錯(cuò)或丟失的可能性較大（沒有電話可使用）。因此要求收到電文的友軍必須送回一個(gè)確認(rèn)電文。但此確認(rèn)電文也可能出錯(cuò)或丟失。試問能否設(shè)計(jì)出一種協(xié)議使得藍(lán)軍1和藍(lán)軍2能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定（即100%而不是99.999…%）取得勝利？

3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

明日正午進(jìn)攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………這樣的協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)！3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

結(jié)論這樣無限循環(huán)下去，兩邊的藍(lán)軍都始終無法確定自己最后發(fā)出的電文對方是否已經(jīng)收到。沒有一種協(xié)議能夠藍(lán)軍能100%獲勝。3.1網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

1.7.5TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò)

2網(wǎng)絡(luò)

1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運(yùn)輸層和應(yīng)用層。沙漏計(jì)時(shí)器形狀的

TCP/IP協(xié)議族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDP