网络体系结构：OSI模型

本次课任务 了解计算机网络体系结构 了解OSI参考模型

1. 计算机网络体系结构 1.1 网络体系结构的相关概念 网络体系结构发展的背景——网络的状况 多种通信媒介——有线、无线 不同种类的设备——通用、专用 不同的操作系统——Unix、Windows 不同的应用环境——固定、移动 不同种类业务——分时、交互、实时 宝贵的投资和积累——有形、无形 用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏 它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境

1.1 网络体系结构的相关概念 网络异质性问题的解决 网络体系结构就是使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性，并满足各种业务的需求的一种粘合剂，它营造了一种“生存空间”——任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。 网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法。——把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。 就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。

1.1 网络体系结构的相关概念 层次结构方法要解决的问题 1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（分层与功能） 2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（服务与接口） 3.通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（协议） 层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议。

1.1 网络体系结构的相关概念 层次结构方法的优点 把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护 定义并提供了具有兼容性的标准接口 使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块 独立性强——上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法 适应性强——只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变 一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造

1.1 网络体系结构的相关概念 网络体系结构的几个基本概念 协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。它主要由语法、语义和时序三部分组成，即协议的三要素。 ⑴ 语法：是用户数据与控制信息的结构与格式。 ⑵ 语义：是需要发出何种控制信息，以及要完成的动作与应做出的响应。 ⑶ 时序：是对事件实现顺序控制的时间。 不同层具有各自不同的协议 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。 对等层：两个不同系统的同名层次。 对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体。 协议作用在对等实体之间。

1.1 网络体系结构的相关概念 接口：同一个节点或节点内相邻层之间交换信息的连接点。在邮政系统中，邮箱就是发信人与邮递员之间规定的接口。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供 给其相邻上层。

1.2 计算机网络体系结构 计算机网络中采用层次结构的好处是： ⑴ 各层之间相互独立。 ⑵ 灵活性好。 ⑶ 各层都可采用最合适的技术来实现。 ⑷ 易于实现维护。 ⑸ 有利于促进标准化。

2.OSI参考模型 2.1 OSI参考模型的基本概念 1. OSI参考模型的提出 1974年，ISO发布了著名的ISO/IEC7498标准，它定义了网络互联的七层框架，也就是开放系统互连OSI参考模型。在OSI框架下，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、互操作性和应用的可移植性。 2. 体系结构的分层方法 ⑴ 体系结构 ⑵ 服务定义 ⑶ 协议规格说明

2.2 OSI参考模型的结构 ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的主要原则是： ⑴ 网中各节点都有相同的层次。 ⑵ 不同节点的对等层具有相同的功能。 ⑶ 一个节点内相邻层之间通过接口通信。 ⑷ 每一层可以使用下一层提供的服务，并向其上层提供服务。 ⑸ 不同节点的对等层通过协议来实现对等层之间的通信。

图3-2OSI分层模型

2.3 OSI参考模型各层的功能 1. 物理层 该层是网络通信的数据传输介质，由连接不同节点的电缆与设备共同构成。 物理层的主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输速率并监控数据出错率，以便能实现数据流的透明传输。 2. 数据链路层 数据链路层的主要功能是：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。 3. 网络层 网络层的主要功能是：为数据在节点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最佳路径，以及实现拥塞控制，网络互联等功能。

2.3 OSI参考模型各层的功能 4. 传输层 传输层的主要功能是：向用户提供端到端的服务，处理数据包差错、数据包次序以及其他一些关键传输问题。传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因此，它是计算机通信体系结构中关键的一层。 5. 会话层 会话层的主要功能是：负责维护两个节点之间的传输链接，以便确保点到点的传输不中断，以及管理数据交换等功能。 6. 表示层 表示层的主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。 7. 应用层 应用层的主要功能是：为应用软件提供了很多服务，例如，文件服务器，数据库服务、电子与其他网络软件服务。

2.4 OSI环境中的数据传输过程 OSI的通信模型结构

2.4 OSI环境中的数据传输过程 对等通信的实质 OSI参考模型禁止不同主机的对等层之间的直接通信。(想一想，为什么?) 实际上，每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。 上层使用下层提供的服务——Service user； 下层向上层提供服务——Service provider。 以不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图)

对等通信示例：中德教师之间的对话

对等通信示例：中德教师之间的对话 问题： 中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？

OSI中数据传输过程 OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。 传输层——数据段（Segment） 网络层——分组（数据报）（Packet） 数据链路层——数据帧（Frame） 物理层——比特（Bit）

OSI中数据传输过程 数据封装 一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程成为封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部。的信封中发送，还要写明用航空或挂号…。

OSI中数据传输过程 发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送，还要写明用航空或挂号…

OSI中数据传输过程 OSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。 为了提供服务，下层把上层的PDU作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。 这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。 但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。

图3-4OSI中的数据流

小结 重点 计算机网络体系结构 难点 层间通信