OSI参考模型

第七课OSI参考模型学习目标什么是OSI模型？OSI参考模型又是如何工作的？每层的功能又是什么？学习完本课程，您应该能够：课程内容计算机网络体系结构物理层：二进制传输数据链路层：介质访问网络层：确定地址和最佳路径传输层：端到端连接会话层：互连主机通信表示层：数据表示应用层：为应用程序提供网络服务应用层：计算机网络体系结构网络的体系结构计算机网络的各层以及其协议的结合，称为网络的体系结构。换言之，计算机网络的体系结构即是对计算机网络及其部件所应该完成的功能的精确定义。即计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义,至于功能如何实现，则不属于网络体系结构讨论的范围。换句话说，网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构，不涉及每层硬件和软件的组成，也不涉及这些硬件或软件的实现问题。OSI参考模型70年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但都属于专用的。为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范围的网络体系结构标准。国际标准化组织ISO于1981年正式推荐了一个网络系统结构——开放系统互连模型(OpenSystemInterconnectionreferencemodel)OSI/RM,简称OSI。由于这个标准模型的建立，使得各种计算机网络向它靠拢，大大推动了网络通信的发展。“开放”这个词表示：只要遵循OSI标准，一个系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接。计算机网络的分层模型一个功能完善的计算机网络需要制定一套复杂的协议集合，对于这种协议集合，最好的组织方式是层次结构模型。这样分层的好处在于：每一层都实现相对的独立功能，因而可以将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。计算机网络的分层模型在网络互连中，有两个标准可以考虑：合法的和事实的。合法的意味着用权力或法律建立。事实的意味着用实际的事实建立。尽管没有得到官方或法律上的承认，但TCP/IP为网络协议创建了一个事实标准，尽管它在得到广泛接受之前并没有成为标准。OSI参考模型是一个合法的标准。国际标准化组织(ISO)创建了OSI模型，并在1984年发布，为供应商提供一个网络模型，这样它们的产品可以在网络上协调工作。计算机网络协议网络协议定义：即网络中（包括互联网）传递、管理信息的一些规范。如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。网络协议三个要素：语法：即数据与控制信息的结构或格式。语义：即需要发出何种控制信息、完成何种协议以及做出何种应答。同步：即事件实现顺序的详细说明。解决通信的异质性(heterogeneity)问题：语言层解决不同种语言的相互翻译问题(汉-日)媒介层解决信息传递:语音(电话)/文字(传真)分层模型的优点高层屏蔽低层细节问题概念层只关心会话内容,不关心语种和会话方式语言层只关心语种,不关心会话内容和方式媒介层只关心信息的传递,不关心信息的内容分层模型的优点设计实现每个层次向上一层次提供服务每个层次向下一层次请求服务上层是为下层指引方向的，下次为上层提供更好的服务。分层模型的优点降低协议设计的复杂性：各层相对独立，各层不必关心其它层的具体实现，只需知道上下层接口；标准化接口：任何一层发生修改，只要接口关系不变，其它层均不受影响；分层模型的优点模块化结构：结构分层，各层都可独立实现；便于网络模型的设计；保证技术的互操作性：各层向下单向依赖，易于实现和维护最重要的一点是不同厂商生产设备时有一个共同操作的标准，使不同产商设备互相兼容。分层模型的优点OSI模型概述传输层数据链路层网络层物理层会话层表示层应用层应用层（高层）高层的功能为处理用户接口、数据格式及应用访问。主要由操作系统实现数据流层（低层）定义了数据如何在网络传输介质之间传送，及数据如何通过网线和网络设备传输到期望的终端OSI参考模型的第4层及其以上各层为高层协议，实现资源子网的功能，其中的实体为进程。实现端到端的通信。下3层协议实现通信子网的功能，其中的实体为网络互联设备和网络通信介质，实现点到点的通信。OSI模型概述通信子网和资源子网通信子网：由所有通信线路、网络互连设备和相应通信协议软件组成，承担不同主机之间数据传输的任务；资源子网：网络中所有的主机、通信协议和各种应用系统。路由器仅有低3层协议，包含在通信子网中；主机有7层协议，但属于资源子网范围。路由器主机网络系统通信线路通信子网资源子网按各网络单元功能分割76543217654321321321OSI环境网络环境数据通信网计算机A计算机B实系统环境应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程物理层数据链路层网络层主机A主机B路由器路由器物理层数据链路层网络层通信子网物理介质物理介质物理通信物理通信：是通信进行的真实路径，从发送主机的上层逐层向下传递，经通信介质和通信子网送达目标主机，然后在目标主机中逐层向上传递。物理通信是由主机和网络设备中的逐层通信及通信子网中的逐点通信组合而成，因此物理通信具有间接通信属性。网络通信子系统应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程接收进程应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议物理层数据链路层网络层主机A主机B路由器路由器物理层数据链路层网络层通信子网物理介质物理介质逻辑通信网络层协议2链路层协议2物理层协议2逻辑通信：位于不同主机和网络设备中同层通信实体间的对话，对话遵循某一特定协议，且每层协议各不相同；传输层及以上层不同主机通信实体间的逻辑通信是直接点对点的通信，下3层中主机与路由器和路由器与路由器之间的通信也是直接通信，且同层通信协议不尽相同。网络层协议1网络层协议3链路层协议1链路层协议3物理层协议1物理层协议3L7数据L7数据H6L6数据H5L5数据H4L4数据H3L3数据H2T2010101010111111001010101234567L7数据L7数据H6L6数据H5L5数据H4L4数据H3L3数据H2T2010101010111111001010101234567传输媒体信息的流动过程对等层通信在分层模型中，对等是一个很重要的概念，因为只有对等层才能相互通信，一方在某层上的协议是什么，对方在同一层次上也必须是什么协议。两个网络在物理层就相同，使用中继器就可以连起来；如果两个网络物理层不同，链路层相同，使用桥接器可以连起来；如果两个网络物理层、链路层都不同，而网络层相同，使用路由器可以互连；如果两个网络协议完全不同，使用协议转换器（网关）可以互连。OSI参考模型的分层禁止了不同主机间的对等层之间的直接通信。因此主机A的每一层必须依靠主机A相邻层提供的服务来与主机B的对应层通信。假设主机A的第四层必须与主机B的第四层通信，那么主机A的第四层就必须使用主机A的第三层所提供的服务。第三层通过一个服务接入点（SAP）给第四层提供服务，这些服务接入点使得第四层能要求第三层提供服务主机B的第四层怎么知道主机A第四层想要什么呢？数据封装和解封装数据封装：OSI模型的每一层用其自己的协议与目的设备的相同层进行通信。为了交换信息，每层都使用协议数据单元（PDU）。PDU包括控制信息和用户数据。比如，帧是一个除上层控制信息和数据外还包含了数据链路层控制信息的PDU。将控制信息添加到一个PDU的过程称作封装。当一个层收到PDU时，它为该PDU添加一个头和尾，并将封装后的PDU传送到下一层。添加到PDU上的控制信息将被远端设备的相同层所解读。数据封装和解封装数据解封装：当一个远端设备收到一串比特数据时，它将它们传送给数据链路层进行帧操作。当数据链路层收到一个帧时，它完成以下工作：读出同层源设备提供的控制信息，从帧中剥离控制信息，将帧传给上一层，同时执行在帧的控制域给出的指令。这样，将控制信息从PDU剥离的过程就称作解封装。数据封装PPDU传输层数据链路层物理层网络层上层数据上层数据传输层控制信息数据网络层控制信息数据逻辑链路子层控制信息0101110101001000010数据表示层应用层会话层段包比特帧FCSFCS介质访问控制子层控制信息SPDUAPDU数据解封装上层数据逻辑链路控制子层控制信息+网络层控制信息+传输层控制信息+上层数据网络层控制信息+传输层控制信息+上层数据传输层控制信息+上层数据上层数据0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层数据封装和解封装多层通信示例：国际外交中国教师德国教师翻译翻译秘书秘书消息“你好”“HALLO”“HELLO”“HELLO”传真传真2/3接口1/2接口2/3接口1/2接口P3P1P2对交谈内容的共识用英语对话使用传真通信多层通信示例计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层PDU5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体计算机1向计算机2发送数据应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机2计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层计算机1向计算机2发送数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据54321543