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1、00:44,计算机网络技术及应用,主讲：莫卫东 教授,高等院校专业基础课,E-mail：,第2章 网络基本原理,2.1 OSI模型概要 2.2 OSI物理层网络解决方案 2.3 OSI数据链路层网络解决方案 2.4 OSI网络层网络解决方案 2.5 OSI传输层网络解决方案 2.6 OSI会话层网络解决方案 2.7 OSI表示层网络解决方案 2.8 OSI应用层网络解决方案,2.1.1 OSI模型概述 为使现有的计算机方便地入网，并易于实现异构机和异构网的网际互联，以达到相互交换信息和共享资源的目的，推动计算机网络向更加统一、更大规模、更高阶段发展，需要对计算机网络实行标准化。为此，国际标准化
2、组织 ISO 于1979年提出了开放系统互联参考模型 OSI ，并于1983年正式公布了基于此模型的一系列互联标准。OSI模型通常可以被称为ISO / OSI标准。,2.1 OSI模型,OSI采用分层体系结构，将计算机网络的功能划分为七个层次，由低到高依次为： 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层,OSI模型定义的是一个抽象的结构，并非对具体实现的描述。OSI模型定义的网络体系结构是计算机网络功能的一个概念性框架，其目的是为协调计算机网络系统的互联标准提供一个共同理论基础。为什么要建立这样一个OSI模型呢？,计算机网络是由多立的计算机通过通信线路连接起来的。计算机网络发展
3、到今天，已经演变成一种复杂多样的庞大系统。一般情况下，在同类计算机之间实现通信相对比较容易，而不同类型计算机之间的通信不同结构的网络之间的通信将会困难得多。 为了能够真正地掌握计算机网络技术的发展和应用，对这些问题的研究是十分必要的。OSI模型正是为解决上述问题而提出并建立的有关计算机网络结构与通信的理论框架。,2.1.2 OSI模型分层原理 在计算机网络中，使两个实体间进行通信，首先要求两个实体必须能够相互理解，共同遵守相应的接收和发送的规则，这些规则的集合被称为协议。 为了简化问题、减少协议设计的复杂性，大多数网络协议都是按照层次结构化的方式来组织并架构的，因此，基于OSI所创建的协议也都
4、是分层次定义并实现的。OSI模型作为一个功能性准则，对通信任务进行划分。,1. 分层协议的共同特点 经过分层的协议有以下共同的特点：每一层都建立在其下层之上；享用下层提供的服务；为上层提供一定的服务；屏蔽所提供服务实现的细节。 2. 协议堆栈 要完成一个基本的网络通信任务，仅仅靠一个协议是不够的，需要多个协议承担不同层次功能共同完成任务，同时各层协议互相协作，构成一个整体，这些相互关联的协议通常被称为“协议堆栈（Protocol Family）”或“协议套 （Protocol Suite）”。,3. 对等实体间的通信方 不同系统中的相同层实体叫对等实体( Peers )。对等实体间通信必须遵守
5、同层协议。 实际上，数据并不是在两个对等实体间直接传送，而是由发送方实体将数据逐层传递给它的下一层，直至最下层通过物理介质实现实际通信，到达接收方；又由接收方最下层逐层向上传递直至对等实体，完成对等实体间的通信。,4. 高层与低层协议 如上所述，协议有高低层次之分，低层协议直接描述物理网络上的通信，高层协议描述较复杂、较抽象的功能。通信双方以各自的高层调用自己低层为它提供的服务来完成通信功能。不仅如此，各部分之间还必须要相互识别要交换的数据格式。从应用层到物理层是一种由抽象到具体、自上而下的单向依赖关系，而从物理层到应用层则是一个逐渐抽象和完善的过程。,5. 协议接口 相邻层之间有一个预先定义
6、的界面，称之为接口。接口定义了各种操作和下层向上层提供的服务。 如果网络中每一层都有一个定义明确的功能集合，相邻层之间有一个定义清晰的接口，就能尽量减少必须在相邻层间传递的信息数量。同时，要修改某层的功能也不会影响到其他层。也就是说，只要能向上层提供完全相同的服务集合，改变下层功能的实现方式并不影响上层 。,6. OSI中的数据流 OSI模型中的数据流遵从计算机网络层次化体系结构的要求。在OSI模型中，数据流并不在两个同等层(不同网络设备上的对应层)之间直接流动，而是在同一机器上相邻的两层间流动，如第N层向第N+1层流动或第N-1层向第N层流动。用于数据流动的相邻层之间的界面称为接口。 数据流
7、在OSI层之间流动时并不是简单的数据传输。假设A端某个设备把数据传输给B端某个设备，其基本的过程如下：,A端用户(进程)数据进入第7层（应用层），装上第7层协议的控制信息后作为第6层数据送给第6层（表示层），在第6层上装上第6层协议控制信息后作为第5层数据送给第5层（会话层），依此进行下去，数据在每一层都附加上该层协议的控制信息后作为数据送给下一层，一直到第l层（最低层，物理层）后，通过网络传输媒介发送给B端设备。,B端设备接收到数据后，先将有关物理层的第1层的协议控制信息去掉后作为第2层数据（数据链路层）向上送往第2层，在第2层又去掉对方第2层控制信息后作为第3层数数据向上送往第3层，依此进
8、行下去，直到去掉第7层协议控制信息后，将发送方A端原用户数据送给接收方的机器（B端）用户或进程。,图2.3 OSI模型的数据流,从上述的描述可以看出，在OSI的每一层，数据均不含有低层协议控制信息，各层的数据均保持相对独立。从而保证了当低层数据处理的方法发生变化时，只要相邻层之间的接口关系不变，将不会影响相邻层（主要是高一层）的功能的执行或实现。,7. OSI模型分层原则 为了能达到上述OSI模型所要实现的目的，网络设计者不仅依据网络的逻辑功能的需要来划分网络层次，并使每一层的实现有一个定义明确的功能集合，尽量做到相邻层间接口简单清晰。分层原则如下：,原则1：着眼于协议的标准化：在模型层次的划
9、分应充分考虑到未来协议的建立的标准化，并能包容现有的有关国际标准网络通信与管理协议。以保证网络向着全开放、互兼容和标准化的方向健康发展 。,原则2：有利于优化相邻层次的接口：层次的划分依据的是功能特点，而层次间的通信并不能隔离。因此，要求层次的划分应有利于相邻层之间的接口关系的建立，以保证接口之间的通信量最小。,原则3：按功能抽象分类层次：对模型层次的划分是以功能为依据的。特别是哪些完成相同任务的一组功能，就必须抽象为一个层次上的功能，也就是说，这些功能应单独占用一个层次。,原则4：层次描述的完整性 ：所划分模型结构的层次，都应有一个明确而完整的定义和适当的表述，从而保证数据流在该层的独立性
10、。,原则5：层次不能太多 ：模型结构的层次多，有利于管理和应用。但层次不能太多，以免系统结构的繁冗。若层次过多，必然导致不便于系统的开发，也不便对层次描述和整合，综合开销大。,原则6：层次不能太少 ：模型结构的层次少，有利于精炼协议。但若层次过少，将迫不得已使完全不同的功能硬凑在一个层次内，从而造成对层次的描述、开发和整合过于复杂，反而使整个系统的结构变得混沌不清 。,8. OSI模型基本术语 （1）开放系统互联环境 所谓“开放”是强调对OSI标准的遵从，并不是指特定系统实现具体的互联技术或手段，而是对于使用标准的共同认识和支持。系统是开放的，是指它可与世界上任何地方的遵守相同标准的其他系统通
11、信。 所谓“互联”是指将不同的系统互相联接起来，以达到相互交换信息、共享资源、分布应用和分布处理的目的。然而，种类繁多的网络体系结构会给互联带来极大的困难。,（2）OSI环境 在OSI环境中，要研究的只是有关互联通信这一方面的内容。OSI环境是实系统互联通信环境的抽象。通过这个抽象，可以舍去实系统内部与通信无关的功能，而集中于实系统之间互联通信有关的问题。 因此研究 OSI参考模型时，必须弄清它描述的范围，这个范围就是 OSI环境。在 OSI环境中，各互联开放系统所涉及到的系统处理、软硬件功能等，都用抽象的概念予以表述，使之具有一般性。,在 OSI环境中的另一个重要概念是“应用进程”，它是实系
12、统处理功能的抽象，是开放实系统中的一个元素。一个应用进程为一个特定的应用完成信息处理功能，它是通信要求的提出者，也是OSI环境中通信服务的使用者。,（3）子系统 如前所述，OSI体系结构是一种分层结构，对每一个开放系统可按7个层次来划分，其中每个划分叫做一个子系统。每个子系统完成该层所担负任务的一部分，相邻层中的子系统通过层间接口进行通信。,对于任何一个子系统，只和其上邻子系统与下邻子系统交互作用(最高层的上面是应用进程，最底层的下面是传输介质)。不同的开放系统由于复杂程度不同，所以拥有的子系统数不尽相同，但两个正在互相通信的开放系统之间必定使用相同的子系统。 每个子系统内可以包含一个或多个实
13、体。不过实体和子系统并不等同，该子系统所承担的处理任务都是由相应的实体来完成的。,（4）对等实体及通信 处于同一层的实体称之为该层对等实体，如第N层实体。对等实体之间的通信是在该层协议控制下进行，并决定了实现该层功能实体的通信行为：,(1)如果两个同层实体没有使用相同的协议，它们虽然处于同一层内，但它们之间不能进行通信。(2)在同一层中通常有多个协议，分别控制本层实体间进行不同目的通信。(3)两个对等实体并不能“水平地”直接进行通信，而是逐层向下或向上的过程。,（5）服务、连接和中继 服务：第N层实体通过执行第N层的动作，来向第N1层提供服务，这种服务被称为第N层服务。接收服务的是上一层实体，
14、即第N十l实体。一般单个第N层实体是不能独立地完成向第N十1层提供所请求的服务，都需要或要求其他第N层实体的合作。,（5）服务、连接和中继 连接：为了在两个或多个第N十l层实体之间交换信息，需要在第N层利用第N层协议为这些第N十1层实体建立一个互相的联系，这种联系被称之为第N层连接。第N层连接的两端称为第N层连接端点(CEP，Connection End Point)。,（5）服务、连接和中继 中继：中继是OSI层中的一个功能，第N层实体利用该层的中继功能，可以把从一个对接第N层实体收到的数据转发到另一个对接的第N层实体中去。公共数据网中的存储转发功能就是这种抽象的中继功能的具体表现。,（6）
15、连接服务,单向服务关系：在OSI模型的层次结构中，层与层之间的服务关系为单项服务，即服务与被服务的单向依赖关系。具体为：下层向上层提供服务，而上层则调用下层的服务。下层被称之为服务提供者，上层为服务调用者 。,连接服务方式：在OSI模型中，上下层之间提供的服务存在两种基本方式：面向连接服务方式和无连接服务方式。,面向连接服务方式是类似于电话系统的服务模式的抽象。每一次完整的数据传输都必须经过建立连接、使用连接和释放连接三个过程，类似于使用电话时的拨号、通话、挂断。其特点是收发的数据不仅内容一致，而且顺序一致，并能即时纠错和调整流量。,无连接服务方式是类似于邮政系统的服务模式的抽象。数据的传输用
16、分组的方式，每一个数据分组均带有完整的目标地址，各个数据分组在系统中独立传送，从而它们可能经过了不同的路径，所以无法保证数据分组在发送时的顺序。可见，无连接服务不能保证收发数据的顺序一致，但具有纠错和流量控制能力。,（7）服务访问点(SAP，Service Access Point) 服务访问点是第N层服务向第N1层实体提供的某个接口，即，第N层服务访问点，表示第N层实体和第N1层实体之间的逻辑接口。 第N1层实体将通过一个第N层的服务访问点向第N层实体请求第N层服务，并通过该第N层服务访问点与第N层实体交互。为此要求通过一个第N层服务访问点联系起来的第N层实体和第N1层实体必须处在同一系统。,（8）服务原语(Service Primitive) 服务原语是OSI模型中相邻层之间建立相互作用并完成服务与被服务的工具与过程，其作用是： 第N1层实体通过使用第N层的服务原语来向第N层实体要求第N层服务。 在OSI模型中，服务原语一共划分了4类：,1）请求(Request)：服务调用者请求服务提供者提供某种服务,2）提示(I
