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1、关于开放系统互连参考模型关于开放系统互连参考模型OSI/RM只要遵循只要遵循 OSI OSI 标准，一个系统就可以和位于世标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。何系统进行通信。在市场化方面在市场化方面 OSI OSI 却失败了。却失败了。 OSI OSI 的专家们在完成的专家们在完成 OSI OSI 标准时没有商业驱动力；标准时没有商业驱动力； OSI OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低； OSI OSI 标准的制定周期太长，因而使得按标准的制定周期太长，因
2、而使得按 OSI OSI 标准生标准生产的设备无法及时进入市场；产的设备无法及时进入市场； OSI OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。次中重复出现。 两种国际标准两种国际标准法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。TCP/IP TCP/IP 常被称为常被称为事实上的事实上的( (de factode facto) ) 国际标国际标准准。1.7.2 划分层次的必要性划分层次的必要性计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 这些规则明确规定了所交
3、换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。 网络协议的组成要素网络协议的组成要素 语法 数据与控制信息的结构或格式 。 语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 同步 事件实现顺序的详细说明。 划分层次的概念举例划分层次的概念举例 主机 1 向主机 2 通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分。第一类工作与传送文件直接有关。确信对方已做好接收和存储文件的准备。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。双方协调好一致的文件格式。两
4、个主机将文件传送模块作为最高的一层 。剩下的工作由下面的模块负责。两个主机交换文件两个主机交换文件 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络
5、接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。分层的好处分层的好处 各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。 层数多少要适当层数多少要适当 若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。 OSI的七层模型的七层模型OSI模型简版模型简版7.7.应用层：是最靠近用户的应用层：是最靠近用户的OSIOSI层。这一层为用层。这一层为用户的应用程序户的应用程序( (例如电子邮件、文件传输和终端例如电子邮件、文件传输和终端仿真仿真) )提供网络服
6、务。提供网络服务。6.6.表示层：可确保一个系统的应用层所发送的信表示层：可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。例如，息可以被另一个系统的应用层读取。例如，PCPC程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码使用扩展二一十进制交换码(EBCDIC)(EBCDIC)，而另一台，而另一台则使用美国信息交换标准码（则使用美国信息交换标准码（ASCIIASCII）来表示相）来表示相同的字符。如有必要，表示层会通过使用一种通同的字符。如有必要，表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。（代码到格式来实
7、现多种数据格式之间的转换。（代码到编码）编码）OSI模型简版模型简版 5.5.会话层：通过传输层会话层：通过传输层( (端口号：传输端口与接收端口端口号：传输端口与接收端口) )建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求者接受会话请求( (设备之间需要互相认识可以是设备之间需要互相认识可以是IPIP也可以也可以是是MACMAC或者是主机名或者是主机名) )。 4.4.传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号(WWW(WWW端端口口8080等等) )，如：，如：TCP(TCP(传输控制协议
8、，传输效率低，可靠传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据) )，UDP(UDP(用户数据报协议，与用户数据报协议，与TCPTCP特性恰恰相反，用于传输特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高，数据量小的数据，如可靠性要求不高，数据量小的数据，如QQQQ聊天数据就是聊天数据就是通过这种方式传输的）。通过这种方式传输的）。 主要是将从下层接收的数据进主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。一层数据叫做段。 OSI模型简版模型简版3
9、.3.网络层：在位于不同地理位置的网络中的两个网络层：在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。主机系统之间提供连接和路径选择。InternetInternet的的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加，而网络层正是管理这种连接的层。加，而网络层正是管理这种连接的层。2.2.数据链路层：定义了如何让格式化数据以进行数据链路层：定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输
10、。靠传输。OSI模型简版模型简版1.物理层：主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 计算机网络的计算机网络的体系结构体系结构(architecture)(architecture)是计算是计算机网络的各层及其协议的集合。机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的成的功能的精确定义精确定
11、义。实现实现(implementation)(implementation)是遵循这种体系结构的是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。正在运行的计算机硬件和软件。 1.7.3 具有五层协议的体系结具有五层协议的体系结构构 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 。
12、 五层协议的体系结构五层协议的体系结构 应用层(application layer) 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 物理层主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1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主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输
13、层加上运输层首部，成为运输层报文主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1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）主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 应用层(applicati
14、on layer) 5432154321物理传输媒体主机 1AP2AP1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主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机主机 1 向主机向主机 2
15、 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1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主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入
16、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链路层尾部主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 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H3H4H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧
17、尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1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H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1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应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主
18、机 1AP2AP1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主机主机 1 向主机向主机 2 发送数据发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！1.7.4 实体、协议、服务实体、协议、服务和服务访问点和服务访问点 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。 实体、协议、服务实体、协议、服务和服务访问点（续）和服务访问点（续） 本层的服务用户只
19、能看见服务而无法看见下面本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。的协议。下面的协议对上面的服务用户是下面的协议对上面的服务用户是透明透明的。的。 协议是协议是“ “水平的水平的” ”，即协议是控制对等实体之，即协议是控制对等实体之间通信的规则。间通信的规则。服务是服务是“ “垂直的垂直的” ”，即服务是由下层向上层通，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。过层间接口提供的。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为为服务访问点服务访问点 SAPSAP (Service Access Point) (Service Access Point)。
20、实体、协议、服务实体、协议、服务和服务访问点（续）和服务访问点（续） 协议(n + 1)SAPSAP交换原语交换原语实体(n + 1)服务提供者第 n 层第 n + 1 层实体(n + 1)服务用户实体(n)实体(n)协议(n)协议很复杂协议很复杂 协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。 著名的协议举例著名的协议举例【例例1-1】 占据东、西两个山顶的蓝军占据东、西两个山顶的蓝军1 1和蓝军和蓝军2 2与驻扎在与驻扎在山谷的白军作战。其力量对
21、比是：单独的蓝军山谷的白军作战。其力量对比是：单独的蓝军1 1或蓝军或蓝军2 2打不过白军，但蓝军打不过白军，但蓝军1 1和蓝军和蓝军2 2协同作战协同作战则可战胜白军。现蓝军则可战胜白军。现蓝军1 1拟于次日正午向白军发拟于次日正午向白军发起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军2 2。但通。但通信线路很不好，电文出错或丢失的可能性较大信线路很不好，电文出错或丢失的可能性较大（没有电话可使用）。因此要求收到电文的友（没有电话可使用）。因此要求收到电文的友军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可能出错或丢失。试问能否设计出一种
22、协议使得能出错或丢失。试问能否设计出一种协议使得蓝军蓝军1 1和蓝军和蓝军2 2能够实现协同作战因而一定（即能够实现协同作战因而一定（即100 %100 %而不是而不是99.999%99.999%）取得胜利？）取得胜利？ 明日正午进攻，如何？明日正午进攻，如何？同意收到收到“ “同意同意” ”收到：收到“同意”这样的协议无法实现！结论结论这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。没有一种协议能够蓝军能 100% 获胜。1.7.5 TCP/IP的体系结构的体系结构应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层运输层网际层网络接口层网际层网
23、络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。 沙漏计时器形状的沙漏计时器形状的TCP/IP协议族协议族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上【例例1-2】客户进程和服务器进程客户进程和服务器进程使用使用 TCP/IP 协议进行通信协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层 客户发起连接建立请求 服务器接受连接建立请求应用层应用层因特网客户客户服务器服务器以后就逐级使用下层提供的服务(使用 TCP 和 IP）功能较强的计算机功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程可同时运行多个服务器进程 数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 3服务器服务器11服务器服务器22数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 1客户 1数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 2客户 2因特网
