計(jì)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(shí)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(shí)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(jiǎn)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由各種不同的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)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(bào)文格式、統(tǒng)一傳輸命令、統(tǒng)一控制序列，簡(jiǎn)化通信過(guò)程，以便在不同系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。 因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1978年設(shè)立了一個(gè)專門的委員會(huì)，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(jì)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(jì)方法。本質(zhì)上，分層模型描述了把通信問(wèn)題分為幾個(gè)小問(wèn)題（稱為層次）的方法，每個(gè)小問(wèn)題對(duì)應(yīng)于一層（例如IP地址的問(wèn)題對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)層）。體系機(jī)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上層是服務(wù)請(qǐng)求者，也是用戶，下層是服務(wù)提供者

3、。層與層之間通過(guò)接口完成服務(wù)請(qǐng)求和服務(wù)提供。郵政系統(tǒng)傳遞信件過(guò)程 運(yùn)輸規(guī)則運(yùn)輸規(guī)則鐵路信紙信信袋長(zhǎng)沙求職過(guò)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(zhǎng)沙站上海站長(zhǎng)沙信紙信信袋鐵路南京長(zhǎng)沙郵政系統(tǒng)模型郵政系統(tǒng)的幾點(diǎn)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(zhǎng)沙郵局。層與層之間存在接口，上一層向下一層請(qǐng)求服務(wù)，最終由最低層實(shí)現(xiàn)信件的實(shí)際運(yùn)輸過(guò)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(duì)等的，對(duì)等層之間有約定，與其它層無(wú)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(qǐng)求提供服務(wù)提供服務(wù)提出服務(wù)請(qǐng)求通信雙方必須要經(jīng)過(guò)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(lái)封裝信件。郵政系統(tǒng)完成投遞過(guò)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(lái)運(yùn)輸信件，郵局必須按照鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的要求來(lái)封裝信袋。鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)完成信袋運(yùn)輸過(guò)程，郵局和火車站之間存在接口。N+1層N層N-1層 通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)Web服務(wù)器的過(guò)程 運(yùn)輸規(guī)則運(yùn)輸規(guī)則鐵路信紙信信袋長(zhǎng)沙求職過(guò)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(zhǎng)沙站上海站長(zhǎng)沙信紙信信袋鐵路南京長(zhǎng)沙郵政系統(tǒng)傳遞信件過(guò)程TCP/IP體系結(jié)構(gòu)對(duì)N層來(lái)說(shuō)，N+1層的用戶直接使用的是N層提供的服務(wù)，而事實(shí)上N+1層的用戶是通過(guò)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(duì)獨(dú)立、功

5、能簡(jiǎn)單、層內(nèi)的變化互不影響、即適應(yīng)性強(qiáng)、易于實(shí)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(guò)程中逐層添加協(xié)議包裝，最后通過(guò)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(shí)，則是從物理層向上傳遞，在傳遞過(guò)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(lái)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(huì)話協(xié)議用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(duì)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(yǔ)對(duì)等層實(shí)體實(shí)體是每一層中實(shí)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(gè)系統(tǒng)內(nèi)部各層向它上層提供的一組原語(yǔ)，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(duì)等層實(shí)體之間交換的幀、分組和報(bào)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(shí)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(yǔ)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(gè)協(xié)議。在兩個(gè)(N)實(shí)體之間相互合作，共同完成(N)功能時(shí)，是受著一個(gè)或幾個(gè)局部于(N)層的

7、協(xié)議(簡(jiǎn)稱（N)協(xié)議)所支配。(N)協(xié)議精確地規(guī)定(N)實(shí)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(shí)體提供(N)服務(wù)；換言之，(N)協(xié)議規(guī)定了(N)實(shí)體在執(zhí)行(N)功能時(shí)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(diǎn)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(duì)等層？一個(gè)主機(jī)與一個(gè)中繼系統(tǒng)能否稱為一對(duì)對(duì)等實(shí)體？（中繼系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的中間設(shè)備）只有兩個(gè)端系統(tǒng)的通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的封裝與拆封過(guò)程如何？增加一個(gè)或多個(gè)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(wú)線電波等。網(wǎng)絡(luò)物理問(wèn)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(gè)一個(gè)比特按時(shí)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(gè)透明的比特傳輸。物理層不提供檢錯(cuò)和糾錯(cuò)服務(wù)，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)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(diǎn)之間原始比特流的傳輸，通過(guò)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(wèn)題是：使用什么樣的物理信號(hào)來(lái)表示數(shù)據(jù)“ 1”和“ 0

9、”；一個(gè)比特持續(xù)的時(shí)間多長(zhǎng)；數(shù)據(jù)傳輸是否可同時(shí)在兩個(gè)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(gè)字節(jié)10101010+一個(gè)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(lái)說(shuō)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(diǎn)傳輸，由于物理層不編址，目的節(jié)點(diǎn)如何接收？ 傳輸過(guò)來(lái)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(diǎn)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(duì)二進(jìn)制位流增加控制信息）差錯(cuò)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(cuò)或丟失（所謂丟失實(shí)際上是數(shù)據(jù)幀的幀頭或幀尾出錯(cuò)），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(duì)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(gè)幀加入檢錯(cuò)碼，一旦接收方通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)有錯(cuò)，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(huì)重傳上一幀，此時(shí)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(lái)的問(wèn)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(guò)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(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。主要包括：進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)；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(diǎn)都是直接相連，所以引入網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)能夠送到目的節(jié)點(diǎn)。）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(wèn)題是數(shù)據(jù)的傳輸，差錯(cuò)、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(wèn)題。分組轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)數(shù)

12、據(jù)包不得不跨越兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生很多新問(wèn)題。例如第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)的尋址方法可能不同于第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)也可能因?yàn)榈谝粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包太長(zhǎng)而無(wú)法接收；兩個(gè)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(wèn)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(guò)盡可能少的中間交換節(jié)點(diǎn)。如果在子網(wǎng)中同時(shí)出現(xiàn)過(guò)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(gè)局域網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層是冗余的，因?yàn)閿?shù)據(jù)是以幀的方式直接從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送到另一臺(tái)計(jì)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(duì)會(huì)話層用戶，最終對(duì)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(wú)差錯(cuò)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(bào)文頭和控制報(bào)文與目標(biāo)主機(jī)上的對(duì)等進(jìn)程進(jìn)行對(duì)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(diǎn)播提供進(jìn)程級(jí)的通信能力注意：在傳輸層下面的各層中，協(xié)議是每臺(tái)機(jī)器與它的直接相鄰機(jī)器之間（主機(jī)- 交換節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn)-交換節(jié)點(diǎn)）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(gè)交換

14、節(jié)點(diǎn)。即1至3層的協(xié)議是點(diǎn)到點(diǎn)的協(xié)議，而4至7層的協(xié)議是端到端的協(xié)議。2.5會(huì)話層會(huì)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(duì)話的功能，以便對(duì)上一層提供更好的服務(wù)。會(huì)話的同步功能。一個(gè)會(huì)話連接持續(xù)的時(shí)間可能很長(zhǎng)，在此時(shí)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(huì)話連接即將結(jié)束時(shí)，則整個(gè)會(huì)話活動(dòng)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(wèn)題，會(huì)話層在一個(gè)會(huì)話連接中設(shè)置一些同步點(diǎn)，這樣，一旦傳輸連接出現(xiàn)故障，會(huì)話活動(dòng)可在出故障前的最后一個(gè)同步點(diǎn)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(yǔ)法和語(yǔ)義。表示層服務(wù)的一個(gè)典型例子是對(duì)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(guò)傳遞后意義不會(huì)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(jì)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(jì)的。可能的應(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(gè)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(méi)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(bào)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(bào)文）解決用戶信息的語(yǔ)法表示，即相當(dāng)于：任務(wù)怎么描述？會(huì)話層（報(bào)文）會(huì)話的管理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，即相?dāng)于：從何時(shí)、何處開始？傳輸層（報(bào)文）建立一條運(yùn)輸?shù)倪B接，即相當(dāng)于：對(duì)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(wú)差錯(cuò)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(guò)表示層轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的ASCII碼，再由會(huì)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(hào)信息以便目的主機(jī)辨別此報(bào)文，得知具體應(yīng)由本機(jī)的哪個(gè)任務(wù)來(lái)處理；在網(wǎng)絡(luò)層加上IP地址使報(bào)文能確認(rèn)應(yīng)到達(dá)具體某個(gè)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(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上被各主機(jī)接收，數(shù)據(jù)鏈路層通過(guò)檢查報(bào)文的目的MAC地址判斷是否是自己需要處理的報(bào)文，如果發(fā)現(xiàn)MAC地址與自己不一致，則丟棄該報(bào)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(bào)文的目的端口號(hào)確定是由本機(jī)的哪個(gè)進(jìn)程來(lái)處理，這就是報(bào)文的解封裝