第三章-网络体系结构

朱婵QQ：359620172TEL：[phone]第三章网络体系结构学习目标了解计算机网络开放系统互联/参考模型（OSI/RM）7层协议结构；弄清层与层之间的关系，包括相邻层、对等层之间的关系，层间通信等；了解各层的主要功能和提供的服务，以及实现这些功能和服务各层所采用的技术。了解其他著名网络体系结构2021年3月15日9时57分23.1OSI参考模型2021年3月15日9时57分3什么是OSI？概述：国际标准化组织的简称，该组织成立于1947年4月，其成员为各国在标准化方面最有代表性的团体，是国际上最大的标准化机构之一。成立目的：促使标准化工作的进展，方便国际物资交流和互助。OSI/RM：开放系统互联/参考模型定义：由OSI提出的计算机网络体系结构的参考模型，该模型定义和描述了一组用于计算机及其通信设施之间互联的规范和标准。作用：规范不同公司开发的网络产品，提高产品的兼容性和互操作性。优点：用户能够根据性价比灵活选择不同厂商的设备；厂家可获得更广阔的市场空间。3.1OSI参考模型2021年3月15日9时57分4OSI/RM的确立目标：支持异种计算机之间的互连和通信支持多种通信介质（不同的通信规程、线制和通信要求）支持多种业务处理（交互式分时处理、远程批处理、联机处理）支持高级的人机界面（图形用户界面、文字处理、语音识别等）具有可扩充能力（扩充的应用要求、新工艺、新技术等）目前OSI模型的推广不如人意标准化组织仅提供了标准，厂家才是具体实施者各厂家更希望标准也能适用于自己的早期产品，导致分歧巨大标准的要求覆盖到各个方面，厂家从自身利益出发仅实现了部分标准标准推出前已有得到认可的工业标准3.1OSI参考模型实际的使用标准是：TCP/IP协议族TCP/IP协议族为四层协议，是七层OSI协议的简化版2021年3月15日9时57分53.2OSI参考模型的设计原理分解（计算机网络是分层的体系结构）分层的必要性协议设计的复杂性关于协议的举例：蓝军白军对战网络构成的复杂性不同的网路结构不同的网络设备不同的应用程序……6如何为这样一个复杂的体系结构设计行为规范呢？答案是：分层即：将大问题划分为无数个简单的小问题2021年3月15日9时57分分层的网络体系结构邮政系统分层模型7用户（写信人）用户间的约定用户（收信人）用户子系统用户/邮局约定邮局邮局之间的约定邮局邮政子系统邮局/运输部门约定运输部门运输部门之间的约定运输部门运输子系统甲地实际运输乙地分层:每层实现一个服务通过它自己本层的具体实现仅依赖于下层提供的服务2021年3月15日9时57分分层的网络体系结构分层的好处（原则）：各层之间是独立的某一层不需要知道下一层的服务方式，只需要知道它提供什么服务。灵活性好任何一层变化时，只要层间接口关系不变，则其他层均不受影响。结构上可分割开各层都可以采用最合适的技术来实现基于分层原则的OSI/RM特点：互连的系统必须具有相同的层次结构只有相同层次的实体才能进行有意义的通信，并且只能借助于下层的服务来实现82021年3月15日9时57分OSI的层次2021年3月15日9时57分9七层OSI协议物理层：确定物理设备结构，提供“点—点”的比特流传输的物理链路数据链路层：利用差错处理技术，提供“点—点”的可靠传输的数据链路网络层：利用路由技术，实现用户数据的“端—端、网—网”传输运输层：屏蔽子网、用户要求和网络服务间的差异。即实现“进程—进程”的传输会话层：提供控制会话和数据传输的手段表示层：解决异种系统之间的信息表示问题，屏蔽系统间在数据表示方面的差异应用层：利用下层服务，满足具体的应用需求OSI的层次2021年3月15日9时57分10OSI/RM与快递服务的类比物理层：交通工具（汽车、火车、飞机、轮船）数据链路层：司机（保证本段传输过程的安全性和可靠性）网络层：快递集散中心（接收、存储、转发包裹，具备指路功能）运输层：电商购物平台（完成不同买卖双方的信息沟通，确认传输方式）会话层、表示层、应用层：买卖双方在实际的TCP/IP协议中会话层、表示层、应用层直接划分为应用层，由应用程序借助指定协议(如HTTP、FTP等)内容完成这部分工作。OSI参考模型示意图2021年3月15日9时57分11示例主机A与主机B通过7层协议实现网络互连主机A主机B网络互连拓扑图路由器A路由器B交换机网络A网络BOSI参考模型示意图2021年3月15日9时57分12协议模型应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层主机A主机B中继系统数据链路层物理层进程到进程的传送点到点的传送网到网的传送1-13报文数据段分组帧源主机applicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMM目的主机applicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMMnetworklinkphysicallinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnHlM路由器交换机在五层协议模型中的数据传输2021年3月15日9时57分3.3OSI层与层之间的通信2021年3月15日9时57分14OSI层的基本概念在OSI参考模型中，层是开放系统的逻辑划分，代表功能上相对独立的一个子系统。N层表示协议层次结构中的任一层；N+1层表示特定层次的上邻层；N-1层表示特定层次的下邻层。层中包含层功能和层服务层功能：本层具有的通信功能层服务：本层向上邻层提供的服务（N）服务=（N）功能+（N-1）服务3.3OSI层与层之间的通信2021年3月15日9时57分15OSI层间通信两类层间通信相邻层层间通信：独立系统内部的通信，特定N层次依赖于下邻N-1层服务实现N层功能，从而其上邻N+1层提供服务。对等层层间通信：不同开放系统间相同层之间的通信，从而实现数据的实际通信过程。就整体数据通信而言：相邻层之间的通信是手段，对等层之间的通信是目的3.3OSI层与层之间的通信2021年3月15日9时57分16数据的封装与分解（组包和拆包）N层封装好的数据包由N层的控制数据和N+1层的数据包构成。N+1层数据包被称为服务数据单元（SDU）N层的控制数据称为协议数据单元（PDU）由于每层都需要实现自身独立的功能内容，因此需要在数据中加入某些控制数据方便其他开发系统的对等层读取。例如：当你通过电商平台购物时，你的包裹会通过以下方式到达你的手中：商家从仓库按顾客要求的款式、数量取货并包装，包装中一般会附上清单或发票。发出地快递公司揽货，确认寄件人和收件人信息后再次包装商品并附上快递单。顾客收到商品，拆开快递包装及商品包装，根据商家清单及事先约定确认商品是否符合要求。所以有：(N)层SDU=(N)层PDU+(N+1)层SDU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链路层尾部数据封装过程2021年3月15日9时57分17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应用程序数据数据拆解过程2021年3月15日9时57分18H3H4H5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应用程序数据数据拆解过程2021年3月15日9时57分19H4H5应用程序数据H3H4H5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网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层数据拆解过程2021年3月15日9时57分20H5应用程序数据H4H5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运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层数据拆解过程2021年3月15日9时57分21应用程序数据H5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应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程数据拆解过程2021年3月15日9时57分22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！数据拆解过程2021年3月15日9时57分23OSI数据传输方式2021年3月15日9时57分24两种传输方式面向连接的传输：虚电路服务面向无连接的传输：数据报服务OSI参考模型的物理映射物理层、数据链路层、网络层：实现通信子网的服务，常见设备：传输介质（光纤、电缆、无线电波）、路由器、交换机会话层、表示层、应用层：直接面向用户，协助用户合理使用各类资源，利用下层协议实现数据传送，常见设备：终端运输层：屏蔽通信子网性能和用户对网络性能的需求差异，常见设备：终端3.4物理层2021年3月15日9时57分25物理层的作用：物理层用于屏蔽各类通讯设备和传输媒体带来的传输差异，使链路层可以接收到等效的服务。物理层的服务：规定网络设备之间和物理接口的特征及通信规则接收链路层的数据帧，执行物理层协议：建立连接，按序传输比特流（维持），释放连接。物理层协议机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义规程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序2021年3月15日9时57分26物理设备之间的连接2021年3月15日9时57分27两类物理设备数据终端设备（DTE）：指希望通过网络互连的设备，即入网设备，包括计算机、手机等终端。数据电路终接设备（DCE）：指网络中的通信设备，即网内设备，包括调制解调器、交换机、路由器等。数据终端设备DTE数据电路终接设备利用RS-232C接口实现的设备互连RS-232-C接口1973年由美国电子工业协会（EIA）提出的串行通信接口标准，用于数字设备间的数据传送。特性：机械特性：9针、15针、25针，两头使用螺栓固定电气特性：使用负逻辑，1为负电平、0为正电平功能特性：规定了每个针脚的作用过程特性：规定了如何协调使用各针脚的功能共同完成数据传输任务。2021年3月15日9时57分281569利用RS-232C接口实现的设备互连2021年3月15日9时57分29RS-232-C接口9针脚功能说明DB-9插针功能说明标记1信号检测DCD2接收数据RD3发送数据SD4数据终端就绪DTR5信号地SG6数据传输设备就绪DSR7请求发送RTS8允许接收CTS9振铃提示RI利用RS-232C接口实现的设备互连2021年3月15日9时57分30DTE-DCE(直线连接、标准接法)123456789DTE123456789DTE利用RS-232C接口实现的设备互连2021年3月15日9时57分31DTE-DTE(交叉线连接、非标准接法)123456789DTE123456789DTE利用RS-232C接口实现的设备互连2021年3月15日9时57分32DTE-DTE(两终端间通过多台DCE连接)利用RS-232C接口的直连实现串口连接网线连接补充RJ-45接口该接口通常用于数据