第1章 局域网交换技术基础 1.1 OSI模型 1.2 TCP/IP模型及协议 1.3 以太网简介

1.1.1 OSI模型及功能 1.1.2 OSI高层协议 1.1.3 OSI低层协议

1.1.1 OSI模型及功能 OSI参考模型简介 OSI参考模型，它定义了连接异种计算机的标准框架。该模型是为了 解决异种机互连而制定的开放式计算机网络层次结构模型。 OSI参考模型分为7层，每一层都有自己明确的功能，它们分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层 。

1.1.1 OSI模型及功能 OSI模型的分层原则如下： 根据不同功能抽象分层，每个层应该实现一个定义明确的功能。 分层不能太少，也不能太多。分层如果太少，使每层的功能太多，从而无法实现将问题简单化的目的，另外，无法将各层独立出来；如果层次太多，相反又会使问题变得复杂。 每层功能的选择应有助于制定网络协议的国际标准，各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。 保留以前好的相关分层方法。通信技术有一百多年的历史，已趋成熟和完善。因此我们完全可以利用它来服务于网络。 允许每层分子层。 允许某层旁路。

OSI参考模型

分层和协议 我们将计算机网络的实体划分为不同功能的若干层次，每一层都建立在它的下一层之上，向它的上一层提供一定的服务，而将如何实现服务的细节对上一层加以屏蔽。相邻的上下层之间通过接口来实现访问。 通信双方的相同层次称为对等实体(Peer Enitity)，对等实体之间必须按照一定的规则才能完成通信，这个规则我们称之为协议（Protocol）。N层协议是指对等进程通信规则的整体，包括： 语法——定义数据的格式或信号的形式； 语义——包含了对等进程协调配合和数据管理所需要的信息结构； 时序——指收、发速率匹配和接收排序。 层次结构的优点是：便于抽象；利于交流理解和标准化；便于模块化和分工开发；与现实无关。

数据传送流程 数据封装：在OSI/RM参考模型中，当一台主机需要传送用户的数据（DATA）时，数据首先通过应用层的接口进入应用层。在应用层，用户的数据被加上应用层的报头（Application Header，AH），形成应用层协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU），然后被递交到下一层——表示层。在下一层，依据同样的方法，根据该层协议加上自己的报头，直至到达第一层形成比特流进行实际传送。这是一个数据封装的过程。 数据拆封：在接收方报文从最底层逐层向上传递，每向上传递一层，该层的报头就被剥掉，不会将该层的报头传给上一层。直至到达接收端的应用层，将报文还原为用户信息提交给应用进程。 数据传送过程如下图所示。

OSI模型中的数据传输流程

参考OSI模型中的数据传输流程得知： 关键是要区分虚通信和实际通信；每一层在概念上认为它们的通信是在水平方向上进行，使用的是该层的协议。然而，实际上我们是由上层跨过接口与下层通信，而不是直接与另一方通信。我们把对等进程之间的通信（水平方向上的通信）称为虚通信，而在上下层之间的通信才是实际通信。 在发送方从应用层逐层增加各层头部信息，直至发送端的物理层，通过物理介质以比特流发送到接收端。 接收方从介质接收比特流，从物理层逐层去掉该层头部信息，直至接收端的应用层，从而恢复用户数据信息；

接口和服务 每一层的功能是为它的上层提供服务的，该层就称为服务提供者（Service Provider）。而它的上层使用它所提供的服务，称之为服务用户(Service User)。 服务是在服务接入点(Service Access Point,SAP)提供给上一层使用的。每一个SAP都有一个惟一的标明它的地址。 相邻层之间要交换信息，对接口必须有一致的规则。N+1层实体把一个接口数据单元(Interface Data Unit,IDU)传递给N层实体。IDU有服务数据单元（Service Data Unit）和一些控制信息构成。SDU是将要跨过网络传递给对等实体，然后上交给N+1层的信息。

服务和协议的关系 服务是各层向它的上层提供的一组操作，但不涉及如何完成操作。服务定义了两层之间的接口，只能通过接口实现上下两层的访问。 协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。实体利用协议来实现它们的服务定义。 两个开放系统对等层次之间通过通信协议实现该层次的功能，为上一层提供相应的服务。

1.1.2 OSI高层协议 OSI 模型的七层也可以划分为两组：高层（应用层、表示层和会话层）和低层（传输层、网络层、数据链路层、物理层）。OSI 模型的高层处理应用程序问题，通常只应用在软件上。最高层，即应用层是与终端用户最接近的。 OSI 模型的下层是处理数据传输的。 高层协议：定义网络数据的格式以及网络应用。 低层协议：定义数据如何传输到目的地。 从双层网络的角度来看，OSI 模型的高层对应的是资源子网的功能，它是由计算机系统内部完成的。而OSI 模型的低层对应的是通信子网的功能，它主要由网络交换设备，如路由器、交换机等网络设备完成的。

1.1.2 OSI高层协议 应用层(Application Layer) 应用层确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务。 应用层的主要功能及其特点 ： 文件运输、访问和管理功能； 电子邮件功能； 虚拟终端功能； 其它应用功能。

表示层(Presentation Layer) 表示层主要解决拥护信息的语法表示问题。与低层提供透明的数据运输不同，处理所有与数据表示及运输有关的问题，包括转换、加密和压缩。 表示层的主要功能为： 语法转换：将抽象语法转换成传送语法，并在对方实现相反的转换。 语法协商：根据应用层的要求协商选用合适的上下文，即确定传送语法并传送。 连接管理：包括利用会话层服务建立表示连接，管理在这个连接之上的数据运输和同步控制，以及正常地或异常地终止这个连接。

会话层(Session Layer) 在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。 会话层归纳成以下一些主要特点： 实现会话连接到运输连接的映射 会话层的主要功能是提供建立连接并有序运输数据的一种方法。这种连接就叫做会话（Session）。 会话连接的释放 会话连接的释放采用有序释放方式，只有双方同意会话才终止。这种释放方式不会丢失数据，由于异常原因，可以不协商立即释放，但可能会丢失数据。 会话层管理 与其它各层一样，二个会话实体之间的交互活动都需协调、管理和控制的。会话服务的获得是执行会话层协议的结果，会话层协议支持并管理同等对接会话实体之间的数据交换。

传输层（Transport Layer） 传输层是实现两个用户进程之间端到端的可靠通信。经传输层处理后，都应表现为可靠的、顺序提交的服务。 它的基本功能如下： 建立端对端操作，形成发送与接收主机之间的逻辑连接 ； 将上层应用分段，使多个应用程序可以同时使用网络，将多个上层应用的数据分段，在网络中用同一数据流传输。 ； 从一个主机向另一主机发送数据段，用检查、计算和内部流控制机制保证分段数据的完整性。 ； 保证数据可靠性，可以请求接收主机应答实际收到的数据 。

网络层(Network layer) 网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息--源站点和目的站点地址的网络地址。 IP是网络层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地址解析协议（ARP）。有关路由的一切事情都在网络层处理。网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。 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。

1.1.3 OSI低层协议 数据链路层（DataLinkLayer) 数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。 该层的作用包括： 物理寻址、数据成帧、流量控制、数据检错、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。

1.1.3 OSI低层协议 物理层（PhysicalLayer） 物理层规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。 机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等； 电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等； 功能特性是指对各个信号先分配确切的信号含义，即定义了DTE和DCE之间各个线路的功能； 规程特性定义了利用信号线进行bit流传输的一组操作规程，是指在物理连接的建立、维护、交换信息是，DTE和DCE双放在各电路上的动作系列。 在这一层，数据的单位称为比特（bit）。 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。

本节小结 OSI模型 分层和协议的概念 接口和服务的概念 数据传输流程——数据封装，数据拆封 OSI模型各层功能 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层