ISO/OSI网络体系结构

1. ISO/OSI网络体系结构：即开放系统互联参考模型（Open System Interconnect Reference Model）。是ISO（国际标准化组织）根据整个计算机网络功能将网络分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层七层。也称"七层模型"。每层之间相对独立，下层为上层提供服务。 物理层（Physics Layer） 1. 物理层是网络的最底层。实现的物理实体主要是通信媒体（线路）和通信接口，其主要指实现传输原始比特流的物理连接的各种特性（手段）。 物理层的概念：（1）OSI:在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需物理连接的激活、保持和去活提供的机械的、电气的、功能特性和规程特性的手段。 (2) CCITT(国际电话与电报顾问委员会):利用物理的、电气的、功能和规程特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。 信道实体的特性：物理特性（特性），电气特性，功能特性，规程特性。 2．物理的功能： （1） 实现各节点之间的位传输。保证位传输的正确性，并向数据链路层提供一个透明的位流传输。 （2） 在DTE,DCE之间完成对数据链路的建立、保持和拆除操作。 3. 解决的主要问题： 物理层负责一个节点（主机、工作站）与下一节点之间的比特流（位）传输。包括传输介质的接口，数据信号的编码，电压或电压放大，接头尺寸，形状及输出针，以及与位流的物理传输相关的其它任何东西。 4.物理层的四个特性：物理特性（机械特性），电气特性，功能特性，规程特性。 (1) 机械特性（物理特性）：指通信实体间硬件连接接口的机械特点。 如：接口的形状、大小；接口引脚的个数、功能、规格、引脚的分布；相应通信媒体的参数和特性。 （2） 电气特性：线路连接方式、信号电平、传输速率、电缆长度和阻抗。 （3） 功能特性：接口电路的功能，物理接口各条信号线的用途（用法）。包括：接口线功能规定方法，和接口线功能分类：数据、控制、定时、接地。 （4） 规程特性：利用接口传输位流的全过程及事件发生的合法顺序。包括：事件执行顺序，数据传输方式。 5. EIA RS-232简介：由美国电子工业协会制定的串行接口的电子与电缆链接特性标准。反映在具体的接口上是：计算机的异步通信接口（COM1,COM2 9口）;许多电子设备都有RS-232接口。 机械特性：在RS-232C中，规定采用的连接器接口有25根针，接口形状为D形接口。 电气特性：RS-232C规定，对数据信号，以+12V或+8V表示"0"，-12V或-8V表示"1"，对控制信号，"0"表示"开"，"1"表示"断"，数据速率0-20Kbps(比特每秒),连接电缆传输距离最大为15M。 功能特性：如RS-232-C的第二根针是用于发送数据的，第三根针是用于接收数据的，第四根针表示请求发送，第五根针表示允许发送。 规程特性。例如，RS-232-C的一段规程为：第四根针置位->请求发送第五根针置位，允许发送->数据通过第二根针发送。 6. 其它物理层标准 （1） RS449,RS423-A,RS422-A:针对RS 232数据传输率低和距离近的缺点，提高接口性能。 RS423-A 10M-----300Kbps 100M------------10Kbps RS422-A 10m-----10Mbps 1000M------------100Kbps （2） CCITT的V系列（V.24,V.25,V.20）:通过电话线传输数据。 （3） CCITT的X系列（X.75,X.25,X.20,X.21）:通过公用数据网传输数据。 数据链路层(DATA LINK LAYER) 数据链路层任务：负责提供相邻节点之间的可靠数据传输,提供传输数据位的帧（或包）并保证此帧可靠传递到下一节点的机制，包括帧的编址和帧的差错控制。 1. 链路（LINK），通路，数据链路 链路：数据传输的相邻两节点之间的物理线路。 通路：从信源到信宿经过的节点和链路串。 数据链路：完成数据传输的线路及其软、硬件控制。 2. 帧(FRAME)与报文(MESSAGE) 包：网络系统通常把数据分成小块单独传送，这种小块称为包。 帧：在网络各低层中传输的一个完整的消息组的信息单位。是通信链路上传送的一组信息。低层中的数据包。在数据链路层中生成并传输。 报文：用户在网上传输的按一定规则编制的数据信息。高层中的数据包。 它们都是信息传送的基本单位。都是信息数据单元。（高层）报文按通信规程分成若干（低层）帧进行传输。报文一般较大。 报文的格式：正文信息（正文报文）和监控信息（监控报文、控制报文） 帧的格式：帧起始标志、接收站标识、控制段、帧校验序列、数据信息（报文信息）。 1. 信息数据单元:信息传递的基本单元。分为协议数据单元，接口数据单元，服务数据单元。 (1) 协议数据单元（PDU）：在不同站点的各层对等实体之间，实现该层协议所交换的信息单位。 由用户数据（UD）与协议控制信息(PCI)两部分组成。正文信息+头、尾。 (2) 接口数据单元（IDU） (3) 服务数据单元（SDU） 2. 数据链路层的功能： 1> 同步：接收方应当从收到的比特流中准确区分帧的开始和终止。 2> 链路管理：数据链路层连接的建立、维持和释放的操作。 3> 差错控制：差错： 方法：检错重发(ARQ)、向前纠错、反馈检测 4> 流量控制：避免在网络数据传输中出过载和死锁（阻塞）。 产生阻塞的原因： 解决阻塞的方法： （1）通过对点对点的同步控制，使计算机之间的收发数据速率同步 （2）控制网络的输入，避免突然大量数据报文提交 （3）接收工作站在接收数据报文之前，保留足够的缓冲空间 5> 透明传输：保证数据与控制信息的分开。 6> 寻址：发送方和接收方的地址。 7> 通信控制规程： （1） 面向字符：以字符为传输信息的基本单位.BSC二步同步通信 （2） 面向比特：数据和控制信息完全独立。HDLC 5. 异步协议和同步协议（链路层中数据传输方式） 6. HDLC协议 HDLC高级数据链路控制规程。是一种面向比特的数据链路控制协议，具有透明传输、可靠性高、传输率高和灵活性强等特点。是CISCO路由器的缺省协议。 网络层(Network Layer) 1. 网络层（通信子网层）是通信子网的最高层，是高层与低层协议的界面层。是通信子网和资源子网的接口，体现资源子网访问通信子网的方式。 网络层功能：建立源节点通过通信子网到目标节点的路径，将报文分组从信源送到信宿。分组是这一层信息的打包，如切换、路径选择、分组阻塞控制均在网络层解决。（分组交换） 研究和解决的问题：路由选择，流量控制，连接的建立、保持和终止，为传输层服务。 路由：是把信息从信源穿过网络传递到信宿的行为，在路上，至少遇到一个中间节点。路由发生在第三层（网络层）。 桥接：桥接发生在OSI参考协议的第二层（链接层） 路由两个基本的动作：确定最佳路径和通过网络传输信息。在路由的过程中，后者也称为（数据）交换。交换相对来说比较简单，而选择路径很复杂。 2. 网络层的服务：（分组交换服务） 面向连接的网络服务：如虚电路服务。建立一个连接进行存储转发。通过路由表进行数据传输。SNA 无连接的网络服务：数据报服务。不建立连接进行存储转发。ARPANET,DNA. 3. 路由选择：根据一定的原则和算法，在传输路径上找出一条通向目的节点的最佳路径。现一般由路由器和路由软件完成。 静态路由选择策略： 1> 扩散式路径选择：泛射发送，如：军事网络，广播式数据交换。 2> 固定路径算法（集中路径算法）每个节点存储一线路由表，从路由表中找最优路径。 3> 随机路由选择：随机决定下一个路径。 动态路由选择策略： 4> 独立路径算法（局部延时路径选择）：单个节点独立路由（热土豆法） 5> 集中路由选择：动态路由表决定路径。 6> 分布路由选择：所有节点的路由。 4. 流量控制与死锁 阻塞：在网络传输过程中，网络的吞吐量随着负荷的增大而下降，因而出现信息传输的拥挤现象。防止 死锁：是阻塞的极端现象，阻塞过于严重，造成部分或全网性能下降，网络操作停顿，死机。须重启网络。避免 死锁的原因： 1. 存储转发死锁：两个节点的缓冲都已满，无法相互发送数据。 2. 重装死锁：报文较大，由分组重新装配成报文未完成时，缓冲区已满。 3. 传递死锁：报文分组丢失。 4. 环死锁： 5. 定步死锁： 6. 死枝死锁： 解决阻塞、死锁的方法： 1. 丢弃报文分组：在缓冲已满时，丢弃新到的报文分组。 2. 预分配缓冲区：开设空的缓冲区，转接分组。 3. 定额控制：控制一段时间内报文分组的数量。 5. 流量控制的实现 （1） 网络中通信和流量控制分三个层次进行 一． 信源主计算机-------目的主计算机：由传输层完成。 二． 信源节点--------------信宿节点：网络层完成。 三． 节点---------------------节点：数据链路层完成。 （2） 相邻节点之间的流量控制：（存储转发死锁）直接死锁，间接死锁。解决：交互应答方式：RR,RNR. （3） 信源节点与信宿节点间的流量控制：重装死锁。解决方法：约定存储空间。 （4） 信源主计算机与目的主计算机间的流量控制：预约方式，传输前等待。 6. 网络层协议：在公用数据网络中. X.21建议：电路交换网络:静止阶段、呼叫控制阶段、数据传送阶段、清除阶段。一般 X.25建议：广域网通讯的标准协议，在公用数据网络上，在DTE和DCE之间以分组形式进行数据交换的接口标准。CHINA PAC.分组交换网络。 内容：物理级，数据链路级，分组级。 服务有：虚呼叫(SVC)，永久虚电路(PVC)，数据报。 传输层(Transport Layer) 1. 运输层的概念和功能： 传输层是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层，是第一个端--------端（主机------主机）的层次。高层与低层连接的一个接口层，提供透明的数据运输功能，使高层用户不必关心通信子网的差别与存在。 传输层的基本功能：是在网络层的基础上，完成端对端的差错纠正和流量控制，并实现两个终端系统间传送的分组的无差错、无丢失、无重复、分组顺序无误(传输控制)。（在网络层的基础上，提供数据传输控制服务）。 2. 运输层服务质量与协议 运输层网络服务按质量分为三个类型 （1） A型网络服务 服务质量：最高 （2） B型网络服务 次之 （3） C型网络服务 最差 OSI运输层协议：0-------4： 5级 （1） 级别0 简单级 （2） 级别1 基本差错恢复级 （3） 级别2 多路复用级 （4） 级别3 差错恢复和多路复用级 （5） 级别4 差错检测和恢复级 5种类型.基本可以满足对传送质量,传送速度,传送费用的各种不同需要。 3. 运输层服务：运输连接管理和数据传送 （1） 连接与传输 （2） 运输服务 （3） 端对端通信 （4） 状态报告和安全保密 TCP协议工作在本层，它提供可靠的基于连接的服务。 会话层（Session Layer）会晤层 1. 会话层，表示层，应用层构成开放系统的高3层，面对主机和应用进程提供分布处理、对话管理、信息表示、恢复最后的差错等。 2. 会话：提供建立连接并有序传输数据的一种方法（应用进程间的通信（对话））。 会话方式，会话协调，会话同步，会话隔离。 进程：作业，主机中运行的程序。 会话层目的：建立与终止主机间进程到进程的通信会话。是进程-------进程的层次。 3. 功能：组织和同步不同主机上各种进程间的通信（对话）。 4. 会话层提供的服务可使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。 会话层同样要担负应用进程服务要求，而运输层不能完成那部分工作，给运输层功能予以弥补。 主要的服务是对话连接管理，数据流同步和重新同步。 　 为会话实体间建立连接 　　 （1）数据传输阶段 　　 （2）这个阶段是在两个会话用户之间实现有组织的,同步的数据传输. （3）连接释放 表示层（Presentation Layer） 1. 会话层以下5层完成了端到端的数据传送，并且是可靠，无差错的传送。但是数据传送只是手段而不是目的，最终是要实现对数据的使用。由于各种系统对数据的定义并不完全相同。例如：最易明白的例子是键盘，其上的某些键的含义在许多系统中都有差异。这自然给利用其它系统的数据造成了障碍。表示层和应用层就担负了消除这种障碍的任务。 表示层的作用是在应用进程之间传输的信息提供表示方法的服务，为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。（如：因为不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。例如，IBM主机使用EBCDIC编码，而大部分PC机使用的是ASCII码。在这种情况下，便需要会话层来完成这种转换。） 2. 表示层负责在两个主机间交换的数据的形式，数据操纵（如数据压缩）和加密。 3. 表示层提供的服务： （1） 语法转换：为应用层用户提供共同的数据语法变换，完成应用层所用数据所需要的任何转换，以提供标准化的应用接口和公共的通信服务，数据格式转换、数据压缩/解压和数据加密/解密可能在表示层进行。 （2） 语法选择 （3） 连接管理 4．抽象语法和传送语法 抽象语法：对数据结构的描述。 传送语法：为抽象语法指定一种编码规则。 4. 表示层的功能： （1） 网络的安全与保密 （2） 文本压缩 （3） 虚拟终端协议 应用层（Application Layer） 应用层是ISO的最高层，是用户使用的层次，提供终端用户服务：远程登录（TELNET）。文件传输(FTP)，电子邮件(SMTP),浏览（HTPP）,远程数据库存取，用户一般使用的是应用层。应用层协议发展很快。 应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素。有些可为多种应用程序共同使用，有些则为较少的一类应用程序使用。 　　应用层是开放系统的最高层,是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务.其服务元素分为两类:公共应用服务元素CASE和特定应用服务元素SASE. 　　CASE提供最基本的服务,它成为应用层中任何用户和任何服务元素的用户，主要为应用进程通信,分布系统实现提供基本的控制机制. 　　 特定服务SASE则要满足一些特定服务,如文卷传送,访问管理,作业传送,银行事务,订单输入等. TCP/IP协议簇 TCP/IP协议使不同类型的网络和计算机之间的进行通信，是网络互联的核心协议。 1. TCP/IP的产生与发展 1969年产生ARPANET，这是互联网的始祖。 NCP 1978年正式引入TCP/IP。 1983年ARPANET完全由NCP过渡到TCP/IP，TCP/IP成为网络节点接入Internet的网络协议 2. TCP/IP的特点： 开放性 统一分配网址 实现了高层协议的标准化 3. TCP/IP的体系结构 TCP/IP是一个协议簇，由一组协议组成，TCP,IP是其中两个最主要的协议。其本身是一个多层次的分层体系。 (1) 网络接口层：负责网络层与硬件设备之间的联系。协议：逻辑链路控制（HDLC.FDDI）和媒体访问控制(802.3)：帧 (2) 网际层:计算机-----计算机之间的通信。协议：IP, ICMP。IP数据报 (3) 运输层:计算机程序-----计算机程序之间的通信。协议：TCP,UDP。分组 (3) 应用层:常用应用程序。协议：SMTP,FTP,HTTP,DNS.,TELNET..报文 4. IP协议： IP的作用是控制网上的数据报传输，负责将数据报从一处传到另一处。IP不保证传的可靠性。 （1） 传送IP地址:IP地址是接入互联网的每一台主机被分配给的一个32位地址编号。IP地址是网际层中的识别主机的逻辑地址。具有唯一性。当数据报在网络中传输时，IP地址被转换成物理地址。 （2） 数据报的分段和重装： （3） 路由选择： 5. TCP和UDP TCP协议是建立在IP之上的面向连接的端到端的通信协议。提供可靠的数据传输。