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1、卫生管理系 主讲：田肖,2019/10/19,计算机网络技术与应用,南阳医学高等专科学校,第3章 网络的体系结构和协议,本章详细介绍了两种网络体系结构模型：OSI参考模型和TCP/IP参考模型。TCP/IP参考模型目前是业界的标准，在此基础上介绍了IP地址以及子网掩码概念与组成。,3.2 ISO/OSI参考模型,Return,教学目标,了解: 1984年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型（OSI/RM）。 掌握:开放系统互连参考模型（OSI/RM）中七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，各层的功能、原理。,第3章 网络的体系结构和协
2、议,3.2 ISO/OSI参考模型,20世纪80年代初期，国际标准化组织（ISO）认识到，需要一个网络模式来帮助厂商实现网络间的相互操作，于是ISO研究了各类计算机网络体系结构，并于1984年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型（OSI/RM）。 这里的“开放”是指任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。,1. 分层通信,图3-2 【OSI参考模型】,OSI参考模型中的数据流动过程：,在OSI参考模型中，当一台主机需要传送用户的数据时，数据首先通过应用层的接口进入应用层。在应用层，用户
3、的数据被加上应用层的报头（application header，AH），形成应用层协议数据单元，然后被递交到下一层表示层。表示层并不“关心”上层（应用层）的数据格式，而是把整个应用层递交的数据包看成是一个整体进行“封装”，即加上表示层的报头（presentation header，PH），然后递交到下层会话层。同样，会话层、传输层、网络层、数据链路层也都要分别给上层递交下来的数据加上自己的报头，分别是会话层报头（session header，SH）、传输层报头（transport header，TH）、网络层报头（network header，NH）和数据链路层报头（data link hea
4、der，DH）。其中，数据链路层还要给网络层递交的数据加上数据链路层报尾（data link termination，DT），形成最终的一帧数据。,同样，网络层、传输层、会话层、表示层、应用层也要做类似的工作。最终，原始数据被递交到目标主机的具体应用程序中。OSI参考模型中的数据流动过程如图所示。,（1） 物理层（Physical Layer） 物理层是OSI的最低层，它建立在物理通信介质的基础上，作为通信系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间透明的比特（bit）流传输。为建立、维持和拆除物理连接，物理层规定了传输介质的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。,（2） 数据链路层（Dat
5、a Link Layer） 数据链路层从网络层接收数据，并加上有意义的比特位形成报文头部和尾部（用来携带地址和其他控制信息）。这些附加了信息的数据单元称为帧。数据链路层负责将数据帧无差错地从一个站点送达下一个相邻的站点，即通过一些数据链路层协议完成在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。,（3） 网络层（Network Layer） 网络层关心的是通信子网的运行控制，主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题，这就需要在通信子网中进行路由选择。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际
6、互连的问题。,（4） 传输层（Transport Layer） 传输层的主要任务是向会话层提供服务，服务内容包括传输连接服务和数据传输服务。前者是指在两个传输层用户之间负责建立、维持和在传输结束后拆除传输连接；后者则是要求在一对用户之间提供互相交换数据的方法。传输层的服务，使高层的用户可以完全不考虑信息在物理层、数据链路层和网络层通信的详细情况，方便了用户使用。,（5）会话层（Session Layer） 会话层是网络对话控制器，它建立、维护和同步通信设备之间的交互操作，保证每次会话都正常关闭而不会突然中断，使用户被挂在一旁。会话层建立和验证用户之间的连接，包括口令和登录确认；它也控制数据交换
7、，决定以何种顺序将对话单元传送到传输层，以及在传输过程的哪一点需要接收端的确认。,（6） 表示层（Presentation Layer） 表示层保证了通信设备之间的互操作性。该层的功能使得两台内部数据表示结构不同的计算机能实现通信。它提供了一种对不同控制码、字符集和图形字符等的解释，而这种解释是使两台设备都能以相同方式理解相同的传输内容所必须的。表示层还负责为安全性引入的数据加密和解密，以及为提高传输效率提供必需的数据压缩及解压等功能。,（7） 应用层（Application Layer） 应用层是OSI参考模型的最高层，它是应用进程访问访问网络服务的窗口。这一层直接为网络用户或应用程序提供各
8、种各样的网络服务，它是计算机网络与最终用户之间的界面。应用层提供的网络服务包括文件服务、打印服务、报文服务、目录服务、网络管理以及数据库服务等。 在上述的七层中上五层一般由软件实现，而下面的两层由硬件和软件实现。,2. 信息格式,图3-3 【信息在各层之间的传递】,Return,具有五层协议的体系结构,TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构 。,3.1 网络的体系结构,五层协议的体系结构,应用层(application layer
9、) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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 PDU,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层 PDU 再传送到运
10、输层,加上运输层首部，成为运输层报文,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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）,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,IP 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,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,数据链路层帧再传送到物
11、理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,主机 1,AP2,AP1,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,主机 2,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主
12、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,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程,
13、3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 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,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,1010
14、0110100101 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,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,H2,T2,3.1 网络的体系结构,H3,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层,3.1 网络的体系结构,H4,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1
15、,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层,3.1 网络的体系结构,应 用 程 序 数 据,H5,应 用 程 序 数 据,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,3.1 网络的体系结构,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,3.1 网络的体系结构,实体、协议、服务和服务访问点,实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,3.1 网络的体系结构,实体、协议、服务和服务访问点,本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。 服务是“垂直的”，即服务是由下层
