1 / 121

第三章 OSI 体系结构和物理层

交换 今日汗水， 路由 明朝辉煌. 中 北 大 学 电 子 与 计 算 机 科 学 技 术 学 院 School of Electronics and Computer Science and Technology . NUC. 第三章 OSI 体系结构和物理层. §3 OSI 体系结构和物理层. 本章内容 计算机网络的体系结构 物理层（协议、传输介质、设备） 编码与调制技术. §3-1 计算机网络体系结构. 计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间要不断地交换数据和控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则。

zelda
Download Presentation

第三章 OSI 体系结构和物理层

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 交换今日汗水，路由明朝辉煌 中 北 大 学 电 子 与 计 算 机 科 学 技 术 学 院 School of Electronics and Computer Science and Technology . NUC 第三章OSI体系结构和物理层

  2. §3 OSI体系结构和物理层 • 本章内容 • 计算机网络的体系结构 • 物理层（协议、传输介质、设备） • 编码与调制技术

  3. §3-1 计算机网络体系结构 • 计算机网络是由多个互连的结点组成的，结点之间要不断地交换数据和控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约定好的规则。 • 我们把这种由通信双方共同遵守的通信语义和通信规则的集合称为网络协议。一个网络协议从功能角度讲主要由以下三要素构成： • 语法：即用户数据与控制信息的结构和格式； • 语义：即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应； • 时序：即对事件实现顺序的详细说明和速度匹配。

  4. 计算机网络体系结构 • 网络协议是实现计算机网络的必要条件之一。 • 对于一个功能完备的计算机网络而言，完整的数据交换需要建立一套复杂的协议集，复杂的网络协议最好的组织方式是层次结构模型。 • 这种相关协议的集合即构成网络的体系结构。 • 世界上第一个网络体系结构是IBM公司于1974年提出的SNA（System Network Architecture，系统网络体系结构）。

  5. OSI和TCP/IP

  6. ISO/OSI参考模型 • 国际标准化组织ISO发布的标准是ISO/IEC7498，又称为X.200建议。 • 该体系定义了网络互连的七层框架结构，即OSI（Open Systems Interconnection）开放系统互连参考模型。 • 在这一框架下，ISO又进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互连性（Interconnection）、互操作性（Interoperation）和应用的可移植性（Portability）

  7. 为什么要制定OSI模型？ • 多机种计算机之间进行通信时对话非常困难 • 通信软件的开发费用相当高 • 唯一可行的办法是使计算机生产厂家实现一套共同的对话标准 • OSI是一个定义异种计算机连接标准的主体结构 • “开放”表示它可以连接任何两个遵守参考模型和有关标准的异种计算机系统

  8. OSI模型的好处 • 简化了网络通信设计的复杂性。 • 根据所完成的处理或技术上明显不同来划分层次. • 易于实现技术上的更新换代

  9. OSI模型中层次之间的关系 • 层与层之间的关系是上下连接的关系，下层对上层提供服务，每层都利用下一层所提供的服务实现该层功能。并向上层提供服务。 • 上层不必去具体考虑（也没必要考虑）下层为提供完成所需的服务而采取的细节（方法、手段、途径），可以实现透明传输。 • 下层要保证向上层传输信息的质量。包括：错误检查、流量和速度控制，实现成本等。

  10. OSI标准的三级抽象 • OSI标准制定过程中采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构方法。 • 在OSI中，采用三级抽象： • 体系结构：定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系以及各层所包括的可能的服务。 • 服务定义：详细说明了各层提供的服务。 • 协议规程说明：定义应当发送什么样的控制信息，以及应当用怎样的过程来解释这个控制信息。

  11. OSI的层次结构 • 将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的原则是： • 网中各结点都有相同的层次 • 不同结点的同等层具有相同的功能 • 同一结点内相邻层之间通过接口通信 • 每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务 • 不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信 • 服务、接口、协议

  12. 名词术语解释 • 层次： 网络体系结构的基本组成部分 • 实体： 每层中实现该层某一功能的软件或硬件，它也实现与另一个系统中同等实体通信的协议 • 同等实体：互相通信的一对结点在同一层中相对应的实体 • 协议： • 在某一个具体的层次中指导实体之间通信的规则 • 在Ｎ层中，Ｎ层协议定义了为实现Ｎ层的服务，实体应如何与另外一个结点中的同等实体进行信息的交换。 • 句法协议规则定义了所交换的信息的格式 • 语义规则定义了发送者与接收者所必须完成的操作，如：在什么条件下，数据必须重发、回答或拒绝。

  13. 名词术语解释 • 服务： • 为上层提供的 技术基础 和 通信手段 • 被高层看得见的功能 • 服务访问点 SAP： • 在网络同一个结点中，相邻两层的实体，相互作用的地方。每个实体通过SAP与它的上、下层中的实体通信

  14. 开放系统互连参考模型结构

  15. 物理层 • 物理层的主要作用是产生并检测电压发送和接收带有数据的电气信号。 • 物理层不提供数据的纠错服务，但在物理层上能对数据的传输速度作一定的控制，并能监测数据的出错率。 • 物理层传输电气信号的载体被称为位流或比特流

  16. 数据链路层 • 数据链路层位于OSI模型的第二层，数据链路层的主要作用是把从网络层接收到的数据分割成可以被物理层传输的帧，数据链路层直接控制着网络层与物理层的通信。

  17. 数据链路层 • 通过数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。 • 第一个有意义的层次。 • 有很强的纠错功能（CRC校验）。 • 差错恢复：办法是通知发送方重发出现错误的报文。 • 流量控制：为了使网络中的信息尽快的流动，以避免整个网络或用户过载。 • 提供串行通信中的字符和帧同步，该层必须产生和识别帧的边界。 • 数据链路层由下面的物理层提供支持，它在物理上互相连接的结点间为上一层提供显然没有差错的链路。

  18. 网络层 • 网络层位于OSI模型的第三层，网络层主要负责将分组从源端传输到目的端，这可能要跨越多个网络（链路）。 • 传输层负责将完整的报文进行端到端的传输，而网络层则确保每一个分组能够从它的源端到达目的端。

  19. 网络层 • 为数据分组进行路由选择，并负责通信子网的流量控制、拥塞控制。 • 网络层协议的设计就是要保证发送端传输层所传下来的数据分组能准确无误地传输到目的站的传输层。 • 网络层的数据单元为分组。 • 对于一个通信子网，各结点只包含到网络层为止的低三层协议，对于分组交换网络，只有经过网络层才能实现两个系统间的通信。

  20. 传输层 • 传输层负责将报文能准确、可靠、顺序地进行源端到目的端（端到端，end-to-end）的传输。

  21. 传输层 • 基本功能：提供端到端（进程-进程）的可靠通信，即向高层用户屏蔽通信子网的细节，提供通用的传输接口。 • 主要功能： • 把传输地址映射为网络地址 • 把端到端的传输连接复用到网络连接上 • 传输连接管理 • 端到端的顺序控制、差错检测及恢复、分段处理及QoS监测，加速数据传送 • 传输协议的简单/复杂决定于子网服务的多少

  22. 会话层 • 会话层的作用主要是在网络中不同用户、节点之间建立和维护通信通道，同步两个节点之间的会话，决定通信是否被中断以及中断时决定从何处重新发送。 • 会话层的责任主要有：对话控制、同步

  23. 表示层 • 表示层为开放系统的两个进程之间传送的数据提供格式变换服务，以使应用层能理解所交换数据的意义 。 • 数据格式化、数据压缩、数据加密

  24. 应用层 • 应用层直接面对用户进程，主要功能是为应用系统提供访问OSI环境的接口和服务。

  25. 面向用户应用 4.传输层 3.网络层 面向数据传输 7.应用层 2.数据链路层 6.表示层 1.物理层 5.会话层 OSI七层参考模型 • OSI的核心思想是两个终端用户在远程通讯网络中的通讯可以分成层，每层有自己的功能集。 • 层与层之间相互独立而又相互依靠

  26. 协议数据单元 • 协议数据单元（PDU，Protocol Data Unit）是指某层对等实体之间通信时，该层协议所操纵的数据单元。 • 在OSI参考模型中，每一层都有特定的协议数据单元PDU，是一定格式的固定长度或可变长度的信息包。

  27. 层间的服务关系

  28. SAP 层间的数据格式

  29. 附：服务原语 • OSI模型中，将服务原语划分为四类： • 请求(request)： 由服务用户发往服务提供者，请求它完成某项工作，如发送数据。 • 指示(indication)： 由服务提供者发往服务用户，指示发生了某些事件。比如说，接收到一个远地送来的数据。这些事件往往是由服务提供者远地对等实体应远地服务用户请求采取某些动作而发生的。 • 响应(response)： 由服务用户发往服务提供者，作为对前面发生的指示的响应。 • 确认(confirm)： 由服务提供者发往服务用户，作为对前面发生的请求的证实。

  30. 四类服务原语间的关系 • 确认的服务：要使用请求、指示、响应和证实四类原语。 • 非确认的服务：只使用请求和指示两类原语。

  31. 对等通信 • 在发送/接收端同一层次中的实体，称为同等实体，在概念上可以认为信息是在同等实体之间进行传输的。但同等实体之间，并不存在直接的物理连接，因此这种传输称为虚拟传输。 • 同等实体之间信息的交换具体是由下边层次的实际传输来完成的。 • 同等实体之间协议的作用是使同等实体在接收到下层的信息以后，可以进行正确操作。 即：同等实体之间，使用共同的标准或约定，来封装和拆装信息，以保证双方可以相互理解对方信息的含义。

  32. 设备A 会话层 数据链路层 数据链路层 应用层 表示层 网络层 会话层 网络层 传输层 网络层 数据链路层 数据链路层 传输层 应用层 网络层 表示层 设备B 中间节点 中间节点 6-5层接口 6-5层接口 4-3层接口 3-2层接口 2-1层接口 5-4层接口 7-6层接口 3-2层接口 7-6层接口 5-4层接口 4-3层接口 2-1层接口 7 对等协议（第7层） 6 对等协议（第6层） 5 对等协议（第5层） 4 对等协议（第4层） 3 第3层 第3层 第3层 2 第2层 第2层 第2层 1 物理层 物理层 物理层 物理层 第1层 第1层 第1层 物理通信 层次结构模型中数据通信过程

  33. 应用层 表示层 会话层 数据 报文 Segment 传输层 传输层报头 数据 分组 Packet 网络层 网络层报头 数据 数据链路层报头 数据 数据帧 Frame 数据链路层 比特 Bit 物理层 0101110101001000010 数据封装

  34. L7数据 7 7 L7数据 6 6 L7数据 H6 L7数据 H6 5 5 L6数据 H5 L6数据 H5 4 4 L5数据 H4 L5数据 H4 3 3 L4数据 H3 L4数据 H3 2 2 T2 L3数据 H2 T2 L3数据 H2 1 1 010101000011110000101010 010101000011110000101010 传输媒体 数据通信过程

  35. 应用层 表示层 会话层 数据 传输层 数据 传输层报头 网络层 传输层报头+ 数据 网络层报头 网络层报头 + 传输层报头 + 数据 数据链路层 数据链路层报头 物理层 0101110101001000010 数据拆封

  36. OSI参考模型中PDU的传输过程

  37. 对OSI参考模型的评价 • OSI参考模型是国际标准化组织ISO制定的一个国际标准，但是，它并没有成为事实上的国际标准，取而代之的是TCP/IP协议。 • 实际上OSI参考模型和TCP/IP参考模型两者之间有着共同之处，即都采用层次模型结构，在某些层次上有着相似的功能。但两者都存在着自身的缺陷，都不是完美的。 • OSI作为一个国际标准出台，却没有成为实际中的标准，究其原因有两方面： • 历史原因 • 自身缺陷

  38. 应用层 表示层 应用层 会话层 传输层 传输层 Internet层 网络层 数据链路层 网络接口层 物理层 TCP/IP协议栈 • 协议栈：利用一组协议完成OSI所实现的功能； • TCP/IP协议栈：是一组由不同的协议组合在一起构成的。

  39. TCP/IP协议体系 • 按照层次结构思想，TCP/IP协议分布于不同的层次，组成了一组从上到下单向依赖的协议栈或协议簇。

  40. TCP/IP协议的特点 • 开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件和操作系统； • 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适应于互联网中； • 统一的网络地址分配方案，将整个TCP/IP网际的设备地址实现唯一编址； • 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

  41. TCP/IP协议体系

  42. 应用层协议分类 • 依赖于面向连接的TCP协议，主要有： • 文件传送协议FTP • 电子邮件协议SMTP • 超文本传输协议HTTP • 依赖于面向连接的UDP协议，主要有： • 简单网络管理协议SNMP • 简单文件传输协议TFTP； • 既依赖于TCP协议，也可以依赖于UDP协议： • 域名服务DNS

  43. §3-2 物理层 • 在OSI参考模型当中，物理层为数据链路层提供了一个物理连接，构造了一个透明通信信道来传输各种数据的比特流。

  44. 物理层模型 • 大多数网络体系结构的物理层协议使用的模型 • DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备）：泛指网络中的信源或信宿设备，即网络中的用户端设备，如主机、终端、各种I/O设备等； • DCE（Data Communication Equipment，数据通信设备）：是对网络设备的通称，是用户端设备入网的连接点，如调制解调器、多路复用器等。 • DCE（Data Circuit-terminating Equipment）数据电路端接设备

  45. 信号线与控制线 用户环境 信号线与控制线 DTE DTE DCE DCE 串行比特传输 通信设施 通信环境 用户设施 DTE 通过 DCE与通信传输线路相连

  46. 物理层协议 • OSI参考模型中的物理层协议是关于DTE和DCE或其它通信设备之间接口的一组约定，主要解决网络结点物理链路如何连接的问题。 • DTE和DCE之间的接口必须高度协调工作，这需要对DTE和DCE接口进行标准化，这种接口标准就是所谓的物理层协议。 • 因此，物理层协议也常称为物理层接口协议。

  47. 物理层 • 物理层关心的是以下的一些内容： • 接口和媒体的物理特性位的表示 • 传输速率 • 位的同步 • 线路配置：设备与媒体的连接 • 物理拓扑：星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑等等 • 传输模式：单工、半双工或全双工。

  48. 物理层的功能 • OSI参考模型的物理层定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的建立、维持和拆除提供机械的、电气的、功能性的和规程性的手段。 • 由此可以看出，物理层主要有以下三个基本功能： • 物理层连接的建立、维持和拆除 • 比特传输 • 物理层管理

  49. 物理层接口特性 • 物理层协议规定了DTE/DCE接口标准的四个特性： • 机械特性 • 电气特性 • 功能特性 • 规程特性 • 根据这些接口标准特性，不同的计算机和设备制造厂家能够各自独立的制造设备，并使各个不同厂家的产品能够相互兼容。

  50. 机械特性 • DTE和DCE接口问题首先涉及到机械问题，即规定机械上分界的方法。 • DTE和DCE之间有许多条线路，通常采用连接器实现机械上的互连，即一种设备（如DTE）的引出导线连接插头，另一种设备（如DCE）的引出导线连接插座，然后通过插头和插座将两者设备连接起来。 • 为了使不同厂家生产的DTE和DCE设备便于互连，物理层的机械特性对于连接器的几何参数，包括连接器的引脚数量、排列方式、几何尺寸等作出详细规定。

More Related