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1、第1章 OSI/RM模型与TCP/IP协议体系,1.1.1 OSI/RM的形成 。,OSI规定了可以互联的计算机系统之间的通信协议， 遵从OSI协议的网络通信产品都是所谓的开发系统， 也就是意味着可以与其他网络系统进行互联,1.1.2OSI/RM层次结构 1网络分层的必要性,网络分层和优点,层 layer：描述了所有需求的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上的组叫做层 分层的优点： 各层间相互独立，把网络操作分成低复杂性单元 灵活性好。某一层变化不会影响到别层，设计者可专心设计和开发模块功能。 促进标准化工作 定义了用于即插即用兼容性的标准接口，使网络易于维护和实现,2OSI/RM的层次结构,封
2、装与解封装,封装 （ encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫-封装解封装：上述的逆向过程,3OSI/RM的数据封装拆封,传输层,数据链路层,物理层,网络层,上层数据,上层数据,TCP 头,数据,IP 头,0101110101001000010,数据,Frame头,表示层,应用层,会话层,段,包,比特,帧,PDU,封装数据,上层数据,IP + TCP +上层数据,Frame 头,TCP+上层数据,IP 头,上层数据,TCP 头,0101110101001
3、000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,解封装数据,数据传输过程,二、ISO/OSI参考模型,1.物理层 （1）物理层的功能物理层的主要功能是完成相临节点之间原始比特流的传输，控制数据怎样被放置到通信介质上。物理层协议关心的典型问题是使用什么样的物理信号来表示数据 “1” 和 “0” ；一位持续的时间多长；数据传输能否在两个方向上进行；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止，物理接口（插头和插座）有多少针以及各针的用处。属于物理层定义的典型规范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。,二、ISO/OSI
4、参考模型,1.物理层 （2）物理层的主要网络设备 A.中继器双绞线理论上的最大传输距离是 100m，如果超过 100m，由于信号的衰减，很难保证信息传输的正确性，可以使用中继器来延长传输的距离。中继器仅适用于以太网，可将两段或两段以上（使用多个中继器）的以太网互联起来，是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。,二、ISO/OSI参考模型,1.物理层 （2）物理层的主要网络设备 B.集线器集线器相当于多端口的中继器，也可以把信号整形、放大后发送所有的节点上。,二、ISO/OSI参考模型,1.物理层
5、（2）物理层的主要网络设备 B.集线器基于集线器的网络仍然是一个共享介质的局域网，即共享带宽。虽然各结点与集线器的连接有各自独立的通道，但在集线器内部却只有一个共同的通道，上行、下行数据都必须通过这个共享通道发送和接收，这样就类似单车道一样，当上、下行同时有数据发送时，就出现塞车现象。正因为集线器的这一不足之处，所以它不能单独应用于较大网络中（通常是与交换机等设备一起分担小部分的网络通信负荷），就像在大城市中心不能有单车道一样，因为网络越来，出现网络碰撞现象的机会就越大。也正因如此，集线器的数据传输效率是比较低的，因为它在同一时刻只能有一个方向的数据传输，也就是所谓的“单工“方式。如果器网络中
6、要选用集线器作为单一的集线设备，则网络规模最好在10台以内，而且集线器带宽应为10/100Mbps以上。,二、ISO/OSI参考模型,1.物理层 （2）物理层的主要网络设备 B.集线器集线器除了共享带宽这一不足之处外，还有一个方面在选择集线器时必须要考虑到，那就是它的广播方式。因为集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有“智能记忆“能力，更别说“学习“能力了。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。这种广播发送数据方式有两方面不足：（
7、1）用户数据包向所有节点发送，很可能带来数据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数据包；（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，加上以上所介绍的共享带宽方式，就更加可能造成网络塞车现象，更加降低了网络执行效率。,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （1）数据链路层的功能数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层，数据的单位称为帧（frame）。数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （2）数据链路层的
8、主要网络设备在局域以太网中，数据链路层通过 MAC 地址负责主机之间数据的可靠传输。数据链路层的设备必须能够社别出数据链路层的地址，即MAC地址。一个设备如果能识别 MAC 地址，该设备至少是数据链路层以上的设备。数据链路层的网络设备主要有网卡、网桥和交换机。,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （2）数据链路层的主要网络设备 A.网卡网卡也叫“网络适配器”，英文全称为“Network Interface Card”，简称“NIC”，网卡是局域网中最基本的部件之一，它是连接计算机与网络的硬件设备。无论是双绞线连接、同轴电缆连接还是光纤连接，都必须借助于网卡才能实现数据的通信。网卡的主要
9、工作原理是整理计算机上发往网线上的数据，并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。对于网卡而言，每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM（只读存储芯片）中的，我们把它叫做MAC地址（物理地址），且保证绝对不会重复。,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （2）数据链路层的主要网络设备 A.网卡网卡的功能主要有两个:一是将电脑的数据封装为帧，并通过网线(对无线网络来说就是电磁波)将数据发送到网络上去;二是接收网络上其它设备传过来的帧，并将帧重新组合成数据，发送到所在的电脑中。网卡能接收所有在网络上传输的信号，但正常情况下只接受发送到该电脑的帧和广播帧
10、，将其余的帧丢弃。然后，传送到系统CPU做进一步处理。当电脑发送数据时，网卡等待合适的时间将分组插入到数据流中。接收系统通知电脑消息是否完整地到达，如果出现问题，将要求对方重新发送。目前网卡按其传输速度来分可分为10M网卡、10100M自适应网卡以及千兆(1000M)网卡。如果只是作为一般用途，如日常办公等，比较适合使用10M网卡和10100M自适应网卡两种。如果应用于服务器等产品领域，就要选择千兆级的网卡。,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （2）数据链路层的主要网络设备 B.网桥网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，根据MAC地址来转发帧，可以看作一个“低层的路由器”（路由器
11、工作在网络层，根据网络地址如IP地址进行转发）。远程网桥通过一个通常较慢的链路（如电话线）连接两个远程LAN，对本地网桥而言，性能比较重要，而对远程网桥而言，在长距离上可正常运行是更重要的。,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （2）数据链路层的主要网络设备 B.网桥,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （2）数据链路层的主要网络设备 C.交换机集线器作为第一类广泛应用的网络集线设备，当时在各大局域网中应用非常广泛。但随着网络传输媒体类型的日益丰富，图形、图像及各种流媒体等多媒体内容的出现，人们对高网络数据传输速度和传输性能的要求日益提高。集线器由于它的共享介质传输、单工数据操
12、作和广播数据发送方式等都先天决定了很难满足用户的上述速度和性能要求。在用户的需求下、在全球各大网络设备开发商的努力下，一种更新、更实用的集线设备交换机出现了。交换机完全克服了集线器的上述种种不足之处，所以在短时间内得到业界广泛的认可和应用。交换机技术也得到了飞速发展，数据传输速度的发展也是一日千里。目前最快的以太网交换机端口带宽可达到10Gbps，千兆（G位）级的交换机在各企业骨干网络中早已得到广泛应用。,二、ISO/OSI参考模型,2.数据链路层 （2）数据链路层的主要网络设备 C.交换机由交换机构建的网络称之为交换式网络，每个端口都能独享带宽，所有端口都能够同时进行通讯，并且能够在全双工模
13、式下提供双倍的传输速率。而集线器构建的网络称之为共享式网络，在同一时刻只能有两个端口（接收数据的端口和发送数据的端口）进行通讯，所有的端口分享固有的带宽。,二、ISO/OSI参考模型,交换机通过网络中的帧来学习网络设备的MAC地址并将其保存在自己的地址表中，实现MAC与接口的对应关系,二、ISO/OSI参考模型,3.网络层 （1）网络层的功能网络层主要功能是完成网络中主机间的报文传输，根据采用的路由协议，选择最优路径，对子网间的数据包进行路由选择。在这一层，数据的单位称为数据包（packet）。网络层协议的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。,二、ISO/OSI参考模型,3.网络层 （
14、1）网络层的设备路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。它与前面所介绍的集线器和交换机不同，它不是应用于同一网络的设备，不同网络之间的设备，属网际设备。路由器之所以能在不同网络之间起到“翻译”的作用，是因为它不再是一个纯硬件设备，而是具有相当丰富路由协议的软、硬结构设备，如RIP协议、OSPF协议、EIGRP、IPV6协议等。这些路由协议就是用来实现网络之间的相互“理解”。,二、ISO/OSI参考模型,3.网络层 （1）网络层的设备路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网
15、络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。它与前面所介绍的集线器和交换机不同，它不是应用于同一网段的设备，而是应用于不同网段或不同网络之间的设备，属网际设备。路由器之所以能在不同网络之间起到“翻译”的作用，是因为它不再是一个纯硬件设备，而是具有相当丰富路由协议的软、硬结构设备，如RIP协议、OSPF协议、EIGRP、IPV6协议等。这些路由协议就是用来实现不同网段或网络之间的相互“理解”。在局域网接入广域网的众多方式中，通过路由器接入互联网是最为普遍的方式。,二、ISO/OSI参考模型,4.传输层 （1）传输层的功能传输层是第一个端到端，即
16、主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。在这一层，数据的单位称为数据段（segment）。传输层相关的协议有：TCP和UDP，它们涉及服务使用的端口号，主机根据端口号识别服务（WWW服务端口号80，Telnet端口号23等）；根据源IP、源端口号、目标IP、目标端口号，四者共同标识一个会话。对于一些常用的服务，在文件“C:WINDOWSsystem32driversetcservice”中记录了服务名、所使用的协议、默认端口号等。识别不同应用程序所使用服务端口的方法：c:netstat -n传输层协议的
17、代表包括：TCP、UDP、SPX等。,二、ISO/OSI参考模型,5.会话层会话层允许不同机器上的用户之间建立会话关系，并可以对用户之间的会话进行管理、终止等对话控制。同步是会话层的一种服务，如果在平均每小时出现一次大故障的网络上，两台机器要进行一次两小时的文件传输，想想会出现什么样的问题？每一次传输中途失败后，都不得不重新传送这个文件。当网络再次出现大故障时，可能又会半途而废。为了解决这个问题，会话层提供了一种方法，即在数据中插入同步点（利用在数据中插入校验点来实现数据的同步），每次网络出现故障后，仅仅重传最后一个同步点以后的数据。会话层协议的代表包括：NetBIOS、ZIP（AppleTalk区域信息协议）等。,
