第2章-OSI七层协议.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机网络,第2章 计算机网络体系结构,网络协议,OSI,参考模型,IEEE/LAN,参考模型,TCP/IP,参考模型,网络操作系统与网络协议,网络协议,网络协议,同等实体间通信制定的有关通信规则约定的集合,网络协议应该解决的问题？,协议分层,分而治之,协议栈,计算机网络体系结构同样采用层次结构，它以,功能,作为划分层次的基础。,每一层中任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程称为,实体,，它是活跃元素；位于不同系统内同一层次的两个实体称为,对等实体,；,P,n,是指第,n,层协议，是一台机器的第,n,层与另一台机器的第,n,层对话使用的协议，它作用在对等实体之间；某一系统内的各层协议集称为,协议栈,。,协议分层的基本概念,n,层实体在实现自身定义的功能时，直接使用,n-1,层提供的,服务,，并通过,n-1,层间接使用,n-2,层以及以下所有各层的服务；,n,层向第,n+1,层提供服务，此服务包含第,n,层本身和下层服务提供的功能；,相邻层间有,接口,，所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。数据传递由上层到下层，接收由下层到上层，除物理媒体上（最底层）进行的是实通信外，其余各对等实体间（层间）都是,虚通信,；虚通信必须遵循该层的协议；,n,层的虚通信是通过,n/n-1,层间接口处,n-1,层提供的服务以及,n-1,层的通信（通常也是虚通信）来实现的。,接口和服务,接口和服务是层次结构中的两个基本概念。所谓接口，是指相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及下层对上层的服务；而服务是指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）协议封装,在数据上附加协议的,控制信息,。报头中含有该层协议的控制信息：编址机制（地址，发方/收方的地址信息）；差错控制（差错检测码，一组数据差错检测序列）；流量控制（协商、反馈）；多路复用（为多个不相关的对话使用同一个连接）；路由,协议控制：用于实现协议控制功能的信息。,（2）分段与重组,协议应该确定,PDU,的最大和最小长度，并根据该值对数据流进行分段。,分段的反过程即是重装，重装体现了对等实体间的透明体通信原则。对等实体之间的通信如同直接通信一样：接收的数据与原始数据大小、内容一致；如果下层需要对数据进行分组或组合，一定要在送到接收实体前还原成大小、内容一致的原始数据。,（3）服务与协议的关系,服务,是各层向它上层提供的一组原语。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。,协议,是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文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。,只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意地改变它们的协议。,n,层实体利用,n1,层实体提供的服务并执行,n,层协议来完成对,n1,层提供服务。,服务原语（,Primitive）,一个服务通常由一组原语操作描述，用户进程通过这些原语操作可访问该服务。大部分协议栈位于操作系统中，原语通常是系统调用。调用在内核模式中控制机器，让操作系统发送必要的分组。,请求,（,Request）：,由一个实体发送给服务提供者的、希望得到某些操作的服务请求；,指示,（,Indication）：,通知上层实体某个事件的发生；,响应,（,Response）：,指示一个实体希望响应一个事件；,证实,（,Confirm）：,原语返回对先前请求的响应。,服务质量与类型,面向连接,（,Connection-oriented Service）,建立连接，数据单元按序传输和接收 释放连接，,无连接,（,Connectionless Service）,每个报文带有完整的目的地址，各自独立，经由系统选定的路线传递，可能出现乱序。,“有证实”：,包括请求、指示、响应和证实四个原语,“无证实”：,只有请求和指示两个原语,服务质量与类型,服务质量,（,QOS）,用来评价每种服务的特性。通常面向可靠连接的服务质量较高，因为在接收方有确认和重传的处理过程，但增加了额外的开销和延迟。,OSI,参考模型,OSI,体系结构是,七层模型,，用于进程间通信和协调各层标准的制定；,服务定义,描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接口和交互的服务原语；,各层的,协议规范,精确定义了发送的控制信息及解释该控制信息的过程。,7层的体系结构：,物理层,、,数据链路层,、,网络层,、,传输层、会话层,、,表示层,和,应用层,开放系统互连（,OSI）,参考模型,物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械、电气、功能和规程特性，其,作用,是在物理媒体之上为数据链路层提供的原始比特流的物理连接，尽可能屏蔽传输媒体的差异，透明传送和接收比特流。,OSI,模型的,物理层定义,：在物理信道实体间合理地通过中间系统、为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。,物理层,物理层标准,CCITT,V,系列建议,模拟信道,X,系列建议,数字信道,V,系列和,X,系列建议的许多标准和美国电子工业协会系列接口标准,EIA/RSXXX,内容十分相近。,数据链路层,链路,（,link）,是指一条无源的点到点的无任何中间交换结点的物理线路段。将实现数据传输控制规程（,procedure）,的硬件和软件加到链路上就构成了,数据链路,（,data link）,。,数据链路控制规程,是为使数据能迅速、正确、有效地从发送点到达接收点所采用的控制规则和约定，目的是为了在给定的通信链路上提供发送端和接收端之间的无差错信息传输。,成帧,：帧的定界，实现识别帧开始和结束的结构。,类型：,面向字符（又称面向字节）和面向比特,网络层,ISO,定义,网络层为一个网络连接的两个传送实体间交换网络服务数据单元提供功能和规程的方法，使传送实体独立于路由选择和交换方式。,网络层要解决的,关键问题是,了解通信子网的拓扑结构，进行选择路由。,网络层的,基本设计原则,是服务与子网技术不依赖，对上层用户屏蔽子网通信的细节，包括子网类型、拓扑结构、子网数目，向上层提供一致的服务、统一的地址。,网络层服务,面向连接服务：,将复杂的功能放在网络层(通信子网),无连接服务,：将复杂的功能放在传输层。,路由选择：,网络节点在收到一个分组后，确定向下一节点传送的路径，这就是路由选择。,数据报,：网络节点为每个分组路由做出选择；,虚电路：,只在连接建立时确定路由。,路由算法：,确定路由选择的策略称。,阻塞控制,阻塞（,congestion）,：,到达分组过多，来不及处理，网络性能下降 死锁,增加网络资源 解决拥塞,传输层,传输层位于网络层之上、会话层之下，利用网络层子系统提供的服务开发本层的功能，实现对会话层的服务，并负责端到端的通信。,传输服务,传输实体（,transport entity）,是指完成传输层功能的硬软件。采用全双工或半双工传输用户数据和控制数据，数据可分为正常的服务数据分组和快递服务数据分组两种。,面向连接的服务,提供运输服务用户之间逻辑连接的建立、维持和拆除，是可靠的服务，可提供流量控制、差错控制和序列控制；,无连接服务,只能提供不可靠的服务。,传输层协议服务等级：,可靠的面向连接的协议、不可靠的无连接协议、需定序和定时传输的话音传输协议、需快速和高可靠的实时协议,服务质量,会话层,会话层是在传输层提供的服务上，提供会话管理、同步和活动管理等功能。,会话层功能,会话管理：,连接建立、数据传送、连接释放，会话连接到运输连接的映射。,令牌管理：,会话服务用户对某种服务的独占使用权，拥有令牌的用户才可发送数据，另一方必须保持沉默。,活动管理：,会话服务用户之间的合作可以划分为不同的逻辑单位，每一个逻辑单位称为一个,活动(,Activity),，,每个活动的内容具有相对的完整性和独立性。在任一时刻，一个会话连接只能为一个活动所使用，但允许某个活动跨越多个会话连接。,同步管理,：使会话服务用户对会话的进展情况有一致的了解，在会话中断后可以从中断处继续下去。主同步点和次同步点。,异常情况处理：,在会话期间，会话层将报告来自网络层以下的异常情况，保证会话连接释放前所有的数据单元被应用进程接收。,表示层,问题：,描述数据结构，使之与具体机器无关。,对原站内部的数据结构进行,编码,，使之形成适合于,传输,的比特流，到了目的站再进行,解码,，转换成用户所要求的格式。,功能：,语法转换 语法协商 连接管理,抽象语法标记,ASN.1,(Abstract Syntax Notation One）,可灵活地定义各种数据结构，包括一些基本类型和结构类型，并允许用户定义更复杂的数据结构。,应用层,开放系统互连环境与本地操作系统和应用系统的,直接接口,。应用层向应用进程提供的,服务,是,OSI,所有层直接或间接提供服务的总和。,应用层由应用进程,AP(Application Process）,和应用实体,AE(Application Entity）,组成。应用进程间数据交换通过应用层协议和表示层服务完成。,IEEE/LAN,参考模型,局域网特点：,通信传输方面，局域网的数据以帧为单位传输，一般不需要中间转换，路径选择功能也可大大简化。,参考,OSI/RM,参考模型，,IEEE802,提出了局域网的参考模型,LAN/RM,。,IEEE/LAN,参考模型,功能描述,物理层,负责体现机械、电气和过程方面的特性，完成建立、维持和拆除物理链路的功能，它提供在物理层实体间发送和接收比特的能力。,MAC,子层,支持数据链路功能，为,LLC,子层提供服务。,LLC,子层,负责传送带有校验的数据帧，采用差错控制和帧确认技术，把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道。,IEEE,的802标准,，包括,CSMA/CD、,令牌总线和令牌环等，它被,ANSI,接受为美国国家标准，被,ISO,作为国际标准（称为,ISO8802,标准，现在,IEEE802.1IEEE802.6,已成为,ISO8802.18802.6）。,TCP/IP,参考模型,Internet,网络体系结构是以,TCP/IP,协议,为核心的。,TCP/IP,的核心思想,是将使用不同低层协议的异构网络，在传输层和网络层建立统一的虚拟逻辑网络，以此来屏蔽、隔离所有物理网络的硬件差异，从而实现网络的互联。,IP,协议,为各种不同的通信子网或局域网提供一个统一的互连平台。,TCP,协议,为应用程序提供端到端的通信和控制功能。,TCP/IP,体系结构,TCP/IP,不是一个简单的协议，而是一组小的专业化协议，包括,TCP、IP、,UDP、ARP、ICMP,协议及其他一些子协议。,TCP/IP,协议簇是层次结构，共分为4层。,TCP/IP,体系结构,（1）,主机至网络层（网络接口层）：,主机至网络层提供,IP,数据报的发送和接收。,（2）,互连网层：,互连网层提供计算机间的分组传输，负责高层数据的分组生成、底层数据报的分组组装、处理路由、流控、拥塞等问题。,（3）,传输层：,供应用程序间的通信，负责格式化信息流和提供可靠传输，使源端和目标端主机上的对等实体进行会话。,（4）,应用层：,提供常用的应用程序，包含高层协议。,OSI,参考模型和,TCP/IP,模型的对比,相似之处：,基于独立的协议栈概念，层的功能大体相似，如在两个模型中，自底向上直至和包括传输层的若干层为希望通信的进程提供端到端的与网络无关的传输服务。,传输层以上的层都是面向应用的传输服务的用户。,差别,：,模型：,OSI,模型有服务、接口和协议3个主要概念，而,TCP/IP,体系结构没有明确区分服务、接口和协议，因此,OSI,模型中的协议比,TCP/IP,结构中的协议具有更好的隐藏性，在技术发生变化时能相对容易地进行替换。,层数：,OSI,模型7层，,TCP/IP,结构4层；,服务：,OSI,网络层支持无连接的和面向连接的通信，传输层仅有面向连接的通信，,TCP/IP,结构的网络层仅有无连接通信，传输层支持两种模式。,面向连接的网络,电话公司：服务质量(资源预留)记账,X.25,和帧中继(,frame relay),70,年代，每个连接一个连接号 运行10年左右,80年代，帧中继,无错误控制的、无流控制的面向连接的网络。最重要的应用将公司的多个办公区域的,LAN,相互连接起来。,异步传输模式（,ATM）,90,年代早期设计，主要被承运商用于内部传输,虚电路 永久虚电路,ATM,信元,ATM,参考模型,信元和传输,电压、位时序等物理介质问题,分组划分与合成,前景不被看好，但有很多实际应用的基础,以太网,1976年 Metcalfe and Boggs设计了第一个局域网-以太网（Ethernet）,1978年DEC、Intel和Xerox制定DIX标准（10Mbps）-IEEE802.3(1983年),Metcalfe成立3COM,高速以太网（电缆技术 交换技术）,802.4 802.5,无线LAN:802.11,有基站的模式所有通信都通过基站（访问点 access point）,无基站的模式相互直接发数据（ad hoc networking）,需解决的问题,侦听 无线电覆盖范围,无线信号反射,多径衰减,大量软件无法知道移动性（共享打印机）,从一个基站到另一个的移交机制,97年，无线,LAN,在1,Mbps 2Mbps,99年，更高速率802.11,a,使用了更宽的频段 54,Mbps,802.11b,频段和802.11一样，但使用不同的调制技术，达到11,Mbps,