開放系統(tǒng)互連參考模型第一頁，共73頁。回顧：ISO國際標準化組織(InternationalOrganizationforStandardization)簡稱ISO，是一個全球性的非政府組織，是國際標準化領(lǐng)域中一個十分重要的組織，成立于1946年，當時來自25個國家的代表在倫敦召開會議，決定成立一個新的國際組織，以促進國際間的合作和工業(yè)標準的統(tǒng)一。于是，ISO這一新組織于1947年2月23日正式成立，總部設在瑞士的日內(nèi)瓦。ISO的組織機構(gòu)包括全體大會、主要官員、成員團體、通信成員、捐助成員、政策發(fā)展委員會、理事會、ISO中央秘書處、特別咨詢組、技術(shù)管理局、標樣委員會、技術(shù)咨詢組、技術(shù)委員會等。第二頁，共73頁。第三頁，共73頁。OSI參考模型計算機網(wǎng)絡的發(fā)展經(jīng)歷了單機系統(tǒng)、多機系統(tǒng)等發(fā)展階段。IBM公司在20世紀70年代推出了自己公司內(nèi)部的“SNA系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)”以后，世界上很多的公司紛紛效仿，建立起自己公司內(nèi)部的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，如Digital公司的DNA、寶來機器公司的BNA以及Honeywell公司的DSA等，這些體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)大大加快了計算機網(wǎng)絡的發(fā)展。但是同時也帶來相應的問題，由于各個公司的體系結(jié)構(gòu)的著眼點是各公司內(nèi)部的網(wǎng)絡連接，沒有統(tǒng)一的標準，因此各公司之間的網(wǎng)絡很難連接起來。第四頁，共73頁。開放系統(tǒng)為了實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)之間以及不同網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通信，國際標準化組織ISO對當時的各類計算機網(wǎng)絡體系進行了研究，并于1981年正式公布了一個網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)模型作為國際標準，稱為開放系統(tǒng)互連參考模型，即OSI/RM，也稱為ISO/OSI。第五頁，共73頁。OSI/RM簡介OSI并不是一個具體的網(wǎng)絡，他只給出了一些原則性的說明，規(guī)定了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)所提供的服務。OSI協(xié)議將網(wǎng)絡通信過程劃分為七個相互獨立的功能組（層次），并為每個層次制定一個標準框架。上面三層（應用層、表示層、會話層）與應用問題有關(guān)，而下面四層（傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層）則主要處理網(wǎng)絡控制和數(shù)據(jù)傳輸/接收問題。第六頁，共73頁。OSI開放系統(tǒng)互連參考模型

第七頁，共73頁。信息流動第八頁，共73頁。OSI模型的特點⑴每層的對應實體之間都通過各自的協(xié)議進行通信；⑵各個計算機系統(tǒng)都有相同的層次結(jié)構(gòu)；⑶不同系統(tǒng)的相應層次具有相同的功能；⑷同一系統(tǒng)的各層次之間通過接口聯(lián)系；⑸相鄰的兩層之間，下層為上層提供服務，上層使用下層提供的服務。第九頁，共73頁。開放系統(tǒng)參考模型物理層鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層會話層表示層

應用層第十頁，共73頁。OSI層——應用層第十一頁，共73頁。例子例如一個沒有通訊功能的字處理程序當然不會去編寫通訊代碼，程序員也不必關(guān)心OSI第七層。然而，如果增加一個傳輸文件的選項，程序員就不得不實現(xiàn)OSI第七層（或者其他協(xié)議中等價的層）——文件傳輸服務。第十二頁，共73頁。OSI層——表示層第十三頁，共73頁。例子FTP允許你選擇binary和ASCII兩種傳輸方式。如果是binary方式，發(fā)送端就不會改變文件的內(nèi)容。如果是ASCII方式，發(fā)送端就會先把內(nèi)容從發(fā)送端的字符集轉(zhuǎn)換成標準的ASCII碼再發(fā)送。接受端再從ASCII碼轉(zhuǎn)換為本地的字符集。第十四頁，共73頁。OSI層——對話層第十五頁，共73頁。例子從ATM提款機提款時，需要插卡、輸入密碼、輸入提款金額、提取現(xiàn)金。每一步都需要上一步確認。第十六頁，共73頁。OSI層——傳輸層第十七頁，共73頁。例子TCP提供了一個4200字節(jié)的數(shù)據(jù)段給IP進行投遞。如果某種媒體不能傳輸4200個字節(jié)的包，那么IP將對數(shù)據(jù)進行分片。這樣，接收端的TCP也許就會接收到3個不同的1400字節(jié)的段。并且，接收段可能按照和發(fā)送不同的順序接收，所以它需要記錄接收的段，并將它們重組為4200字節(jié)的段。然后將數(shù)據(jù)送給上一層。第十八頁，共73頁。OSI層——網(wǎng)絡層第十九頁，共73頁。例子對于一個運行IP的Cisco路由器來說，它會檢查包的目的IP，將這個IP同路由表進行比較，如果輸出界面需要一個比較小的包的話，還需要對包進行分片，然后將包送入隊列等待發(fā)送。第二十頁，共73頁。OSI層——數(shù)據(jù)鏈路層第二十一頁，共73頁。OSI層——物理層第二十二頁，共73頁。例子RJ45定義了連接器的形狀和電纜芯/針的數(shù)量。Ethernet和802.3定義了1，2，3，6芯/針的使用。所以一根給Ethernet使用的帶有RJ45連接器的5類電纜，同時應用了Ethernet和802.3物理層規(guī)范。第二十三頁，共73頁。物理層第二十四頁，共73頁。物理層物理層是OSI參考模型的最低層，也是最基礎的一層，它并不是指連接計算機的具體的物理設備或具體的傳輸媒體。它向下是物理設備之間的接口，直接與傳輸介質(zhì)相連接，使二進制數(shù)據(jù)流通過該接口從一臺設備傳給相鄰的另一臺設備，向上為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)流傳輸服務。物理層傳輸數(shù)據(jù)有基本單位是比特，也稱為位。第二十五頁，共73頁。物理層的主要功能物理層是OSI的第一層，處于最底層，因此也是開放系統(tǒng)的基礎。物理層是為數(shù)據(jù)端設備提供傳送數(shù)據(jù)的通路。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸，包括激活物理連接、傳送數(shù)據(jù)、終止物理連接。傳輸數(shù)據(jù)——物理層為數(shù)據(jù)端提供傳送數(shù)據(jù)的通路。形成適合數(shù)據(jù)傳輸需要的實體，為數(shù)據(jù)傳送服務。第一要保證數(shù)據(jù)能順利通過，二是要提供足夠的帶寬。完成物理層的一些管理工作第二十六頁，共73頁。通信接口與傳輸媒體的物理特性物理接口標準定義了物理層與物理傳輸介質(zhì)之間的邊界與接口，物理接口的四個特性是：機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。第二十七頁，共73頁。①機械特性物理層的機械特性規(guī)定了物理連接時所使用可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中引腳的數(shù)量與排列情況。如EIA標準RS-232C規(guī)定的D型25針接口，ITU-TX.21標準規(guī)定的15針接口等。第二十八頁，共73頁。②電氣特性電氣特性規(guī)定了在物理信道上傳輸比特流時信號電平的大小、數(shù)據(jù)的編碼方式、阻抗匹配、傳輸速率和傳輸距離限制等。如：在使用RS-232C接口且傳輸距離不大于15m時，最大傳輸速率為19.2Kbps。第二十九頁，共73頁。③功能特性物理層的功能特性定義了物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。物理接口信號線一般分為：數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線。第三十頁，共73頁。④規(guī)程特性物理層的規(guī)程特性規(guī)定了信號線進行二進制比特流傳輸?shù)囊唤M操作過程，包括各信號線的工作規(guī)則和時序。第三十一頁，共73頁。四、

RS232D接口標準

RS232D是美國電子工業(yè)協(xié)會制定的物理接口標準，也是目前數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡中應用最為廣泛的一種標準。它的前身是EIA在1969年制定的RS-232C標準，經(jīng)1987年1月修改后，定名為EIA-232D，由于相差不大，人們常簡稱它們?yōu)椤癛S-232標準”。母頭公頭第三十二頁，共73頁。主要特性

機械方面的技術(shù)指標是：RS-232D規(guī)定使用一個25根插針的標準連接器，該連接器寬（47.04+.13）mm（螺絲中心間的距離），每個插座有25針插頭，上面一排針（從左到右）分別編號為1～13，下面一排針（從左到右）編號為14～25等。電氣特性方面RS-232D采用負邏輯，即邏輯0用＋5～＋15V表示，邏輯1用-5～-15V表示，允許的最大數(shù)據(jù)傳輸率為20Kbps，最長可驅(qū)動電纜15m。在功能特性方面，RS-232D定義了連接器中20條連接線的功能。第三十三頁，共73頁。常用連接線的功能

第三十四頁，共73頁。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是OSI模型的第二層，它把物理層的原始數(shù)據(jù)打包成幀，并負責幀在計算機之間無差錯的傳遞。并負責幀在計算機之間無差錯的傳遞。幀是存放數(shù)據(jù)的、邏輯的、結(jié)構(gòu)化的包。建立數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是將一條原始的、有差錯的物理線路變?yōu)閷W(wǎng)絡層無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層的作用：在不太可靠的物理鏈路上，通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。第三十五頁，共73頁。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能a.鏈路管理——鏈路的建立、維持、釋放b.幀同步——接收方能夠從收到的比特流中準確區(qū)分一幀的開始結(jié)束。c.流量控制——等待發(fā)送方法、預約緩沖區(qū)法、滑動窗口控制法、許可證和限制管道容量法★d.差錯控制——常采用ARQ。e.透明傳輸——控制信息和數(shù)據(jù)信息區(qū)別f.尋址——源節(jié)點和目的節(jié)點地址：物理地址。第三十六頁，共73頁。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議主要分為兩類：面向字符型和面向比特型。面向字符——十個控制字符。面向字符是指在鏈路上所傳送的數(shù)據(jù)及控制信息必須是由規(guī)定的字符集中的字符所組成。面向字符型的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議傳輸效率比較低。第三十七頁，共73頁。流量控制——CongestionAvoidanceFlowControlSenderReceiver123Stopgo45第三十八頁，共73頁。流量控制——WindowingFlowControl123ACK=24ACK=456Win=3第三十九頁，共73頁。面向比特型—高級數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議HDLC隨著通信量的增加及計算機網(wǎng)絡應用范圍的不斷擴大，面向字符的鏈路控制協(xié)議使用率越來越低，在20世紀60年代末人們提出了面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，代表協(xié)議為HDLC。HDLC定義了3種站結(jié)構(gòu)、2種鏈路結(jié)構(gòu)以及3種數(shù)據(jù)響應模式。第四十頁，共73頁。3種站結(jié)構(gòu)主站：負責控制鏈路的操作和運行。次站：次站在主站的控制下進行工作，對鏈路無控制權(quán)，次站間不能直接通信。組合站：主站與次站的復合站。第四十一頁，共73頁。2種鏈路結(jié)構(gòu)：不平衡鏈路結(jié)構(gòu)：是由一個主站與一個以上的次站構(gòu)成，既可以用于點到點鏈路，也可用于多點鏈路，主站控制次站并實現(xiàn)鏈路管理。平衡鏈路結(jié)構(gòu)：由組合站構(gòu)成，只用于點到點的鏈路。第四十二頁，共73頁。3種響應方式：正常響應方式：用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)，次站只有在得到主站允許之后才能向主站傳送數(shù)據(jù)；異步平衡方式：用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)，任何一個組合站不必事先得到對方許可就可以開始傳輸過程；異步響應方式：用于不平衡鏈路結(jié)構(gòu)，允許次站在事先不得到主站的允許下開始傳輸數(shù)據(jù)，主站仍然負責控制和鏈路管理。數(shù)據(jù)鏈路層對等實體間的的通信一般要經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路的建立、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)鏈路的釋放三個階段。第四十三頁，共73頁。HDLC幀格式數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸是以幀為單位。F標志字段：幀的首尾均有一個由固定比特序列組成的幀標志字段，用來標志一幀的開始和結(jié)束。A地址字段：在非平衡結(jié)構(gòu)中，幀地址字段總是寫入次站地址；在平衡結(jié)構(gòu)中，幀地址字段填入應答站地址。C控制字段：是HDLC幀的關(guān)鍵字段，用以標識幀的類型和功能，使對方站能夠執(zhí)行特定的操作。Info信息字段：可以是任意比特序列的組合，用于存放要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。FCS幀校驗字段：FCS字段為幀校驗序列，HDLC采用CRC循環(huán)冗余編碼進行校驗。第四十四頁，共73頁。例子對于一個運行IP的Cisco路由器來說，它會檢查包的目的IP，將這個IP同路由表進行比較，如果輸出界面需要一個比較小的包的話，還需要對包進行分片，然后將包送入隊列等待發(fā)送。第四十五頁，共73頁。網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層（通信子網(wǎng)層），是通信子網(wǎng)與網(wǎng)絡高層的界面，主要負責控制通信子網(wǎng)的操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡上的任一節(jié)點準確無誤的傳輸?shù)侥康墓?jié)點。設置網(wǎng)絡的主要目的就是要為報文分組以最佳路徑通過通信子網(wǎng)到達目的主機提供服務。而不需要關(guān)心網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和使用的通信介質(zhì)。第四十六頁，共73頁。網(wǎng)絡層的主要功能

網(wǎng)絡層相傳輸層提供數(shù)據(jù)報和虛電路的兩種類型的接口，網(wǎng)絡層的任務就是實現(xiàn)這兩種任務。路徑選擇流量控制數(shù)據(jù)的傳輸與中繼清除子網(wǎng)的質(zhì)量差異第四十七頁，共73頁。路徑選擇——路由網(wǎng)絡層主要功能之一好的路由算法：算法必須是正確的算法能夠適應結(jié)點或鏈路引起的變化。算法能夠適應流量的變化算法應具有穩(wěn)定性算法應該是公平的算法應該盡可能簡單第四十八頁，共73頁。路由邏輯F.R.PC1目標地址在另外一組；發(fā)送到最近的路由器。Eth.IPPacketR1HDLCIPPacketR2我的路由顯示那一組需要從串口連接出去。FRIPPacket我的路由顯示那一組需要從幀中繼連接出去。第四十九頁，共73頁。路由邏輯（續(xù)）F.R.PC2直接發(fā)送到目標FRIPPacketTRIPPacket第五十頁，共73頁。流量控制——數(shù)據(jù)鏈路層也有防止網(wǎng)絡過載而引起的吞吐量下降和延時增加避免死鎖在相互競爭的各用戶之間公平的分配資源第五十一頁，共73頁。網(wǎng)絡服務網(wǎng)絡層所提供的服務有兩大類，即面向連接的網(wǎng)絡服務和無連接的網(wǎng)絡服務，這兩種服務的具體實現(xiàn)就是虛電路服務和數(shù)據(jù)報服務。①虛電路服務虛電路服務的數(shù)據(jù)傳輸過程分為三個階段：建立連接階段、數(shù)據(jù)傳輸階段和拆除連接階段。②數(shù)據(jù)報服務數(shù)據(jù)報服務一般僅由數(shù)據(jù)報交換網(wǎng)來提供。當發(fā)送端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡層給該數(shù)據(jù)附加上地址、序號等信息，作為分組發(fā)送給網(wǎng)絡節(jié)點，目的端接收到的分組可能不是按發(fā)送順序到達的，也可能有分組丟失。這種方式?jīng)]有建立、釋放及確認等額外開銷，在傳輸?shù)男畔⒉惶L時非常適用。第五十二頁，共73頁。虛電路與數(shù)據(jù)報的對比第五十三頁，共73頁。傳輸層傳輸層是用戶的資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的界面和橋梁，下面三層屬于通信子網(wǎng)，面向數(shù)據(jù)通信，上面三層屬于資源子網(wǎng)，面向數(shù)據(jù)處理，傳輸層是OSI協(xié)議中最重要的一層。第五十四頁，共73頁。傳輸層的地位與作用傳輸層是為了可靠地把信息送給對方而進行搬運、輸送，通常被解釋成“補充各種通信子網(wǎng)的質(zhì)量差異，保證在相互通信的兩處終端進程之間進行透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶印保荗SI/RM的整個協(xié)議層次的核心。傳輸層在七層模型中起到了對高層屏蔽低層，對低層屏蔽高層的作用。第五十五頁，共73頁。先來看通信子網(wǎng)分類通信子網(wǎng)按照服務質(zhì)量的不同，分為A、B、C三種類型：A型：網(wǎng)絡連接具有可接受的殘留差錯率和可接受的失效通知率；B型：網(wǎng)絡連接具有可接受的殘留差錯率和不可接受的失效通知率；C型：網(wǎng)絡連接具有不可接受的殘留差錯率；質(zhì)量由高到低……第五十六頁，共73頁。按照通信子網(wǎng)質(zhì)量

傳輸層協(xié)議分5類五類傳輸協(xié)議都是面向服務的。0——簡單1——差錯控制2——復用、流量控制3——差錯控制和復用4——差錯檢測、控制和復用復雜由低到高第五十七頁，共73頁。傳輸層協(xié)議與網(wǎng)絡搭配第五十八頁，共73頁。傳輸層提供哪些服務呢？尋址：建立連接：流量控制：崩潰恢復：多路復用：第五十九頁，共73頁。高層簡介第六十頁，共73頁。會話層會話層是利用傳輸層提供的端到端的服務向表示層或會話層用戶提供會話服務。主要功能有：提供遠程會話地址、會話建立后的管理和提供把報文分組重新組成報文的功能。提供的服務：會話連接的建立與拆除、與會話管理有關(guān)的服務、隔離、出錯和恢復控制。RPC，SQL，NFS，NetBiosnames，AppleTalkASP，DECnetSCP第六十一頁，共73頁。例子從ATM提款機提款時，需要插卡、輸入密碼、輸入提款金額、提取現(xiàn)金。每一步都需要上一步確認。第六十二頁，共73頁。表示層表示層處理的是OSI系統(tǒng)之間用戶信息的表示問題，它主要涉及到被傳輸?shù)男畔⒌膬?nèi)容和表示形式等。主要功能有：語法轉(zhuǎn)換、傳送語法的選擇等提供的服務有：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和格式轉(zhuǎn)換、語法的選擇、數(shù)據(jù)加密與解密和文本壓縮。表示層的主要作用是定義了數(shù)據(jù)格式，TIFF，GIF，JPEG，PICT，ASCII，EBCDIC，encryption，MPEG，MIDI，HTML第六十三頁，共73頁。例子FTP允許你選擇binary和ASCII兩種傳輸方式。如果是binary方式，發(fā)送端就不會改變文件的內(nèi)容。如果是ASCII方式，發(fā)送端就會先把內(nèi)容從發(fā)送端的字符集轉(zhuǎn)換成標準的ASCII碼再發(fā)送。接受端再從ASCII碼轉(zhuǎn)換為本地的字符集。第六十四頁，共73頁。應用層應用層是OSI/RM的最高層，它是計算機網(wǎng)絡與最終用戶間的接口，它包含了系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)絡服務所涉及的所有的問題和基本功能。常用的網(wǎng)絡服務包括文件服務、電子郵件（E-mail）服務、打印服務、集成通信服務、目錄服務、網(wǎng)絡管理服務、安全服務、多協(xié)議路由與路由互連服務、分布式數(shù)據(jù)庫服務以及虛擬終端服務等。FTP，WWW瀏覽器，Telnet，NFS，SMTPgateways，SNMP，X.400，F(xiàn)TAM第六十五頁，共73頁。例子例如一個沒有通訊功能的字處理程序當然不會去編寫通訊代碼，程序員也不必關(guān)心OSI第七層。然而，如果增加一個傳輸文件的選項，程序員就不得不實現(xiàn)OSI第七層（或者其他協(xié)議中等價的層）——