10高教版 中职 信息技术 计算机网络技术 第三章 计算机网络技术基础 3.2ISO OSI参考模型课件PPT

若想保证这样一个复杂的系统能够高效、可靠地运行，系统中的每一部分必须有合理的分工，且要遵守严谨的规则。协议与体系结构就是计算机网络各部分遵循的规则与分工原则。3.1 了解协议与体系结构从本质上讲，协议就是规则。规则的存在是为了保障系统的正常、高效运行，如在交通系统中，行人、车辆需要遵循交通规则，以保障道路畅通；在社会生活中，人们遵循相同的法律法规，以保障社会稳定；在交流时，人们使用相同的语言，以保障正常沟通。3.1.1 网络协议概述在计算机网络中，协议是用于规定信息的格式、发送/接受信息的方式的一套规则，它主要由语法、语义和时序三个要素组成，这三个要素的含义如下：语法。语法即数据与控制信息的结构或格式，即通信双方“如何讲”。语义。语义即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种相应，即通信双方准备“讲什么”。时序。时序又称为同步，即事件实现顺序的详细说明，即在实现操作时先做什么，后做什么。3.1.1 网络协议概述协议还具有以下特点：（1）协议必须是清晰的，每一步都要明确定义，且不会引起误解； （3）协议涉及的每个用户都必须了解协议，且预先知道需要完成的所有步骤；（3）协议涉及的每个用户都必须同意并遵守它。3.1.2 网络协议概述为了将复杂的问题简单化，人们考虑使用分治法，将网络系统模块化，按层次组织各模块，为网络的不同层次制定各自的协议。这就是对网络、网络协议的分层，即网络的体系结构。3.1.3 网络体系结构概述采用分层的体系结构描述网络有以下优点。（1）有利于标准化的促进。网络分层后可有针对性地为各层制定协议，网络使用的协议随着层次的划分被分割，每层的协议只需对该层的功能与提供的服务进行规定。3.1.3 网络体系结构概述（3）层与层之间相互独立。网络中的各层负责实现一定的功能，提供与其上层交互的接口；各层不关心下层如何实现，仅使用下层提供的服务（即通过下层提供的接口获取下层功能对本层的支持）。3.1.3 网络体系结构概述采用分层的体系结构描述网络有以下优点。（3）灵活性好。各层可选择最优技术实现本层功能；当网络中的某些功能需要改进时，只需保证层次间接口不变，对功能涉及的网络中的部分层次进行维护，无需调整整个网络。3.1.3 网络体系结构概述采用分层的体系结构描述网络有以下优点。网络中的各层实现一定的功能，各层之间通过下层接口实现交互，进而实现完整的网络通信与数据交换功能。相邻层之间的关系如图所示。3.1.3 网络体系结构概述网络各层制定的协议由本层的使用者共同遵守，相同层次的使用者方可互相理解本层中信息的含义。计算机网络的层次模型如图所示。3.1.3 网络体系结构概述计算机网络的层次模型是对网络通信步骤的抽象，在具体实现中，每一层都会产生负责实现某项功能的实体。实体分为硬件实体和软件实体：硬件实体指网络中实现物理环境中某项功能的硬件设备。软件实体指某次网络通信中实现某项功能的进程。3.1.3 网络体系结构概述在实际通信中，对等实体之间只是遵守相同的协议，并不直接进行数据传输。数据总是从一个节点的最高层出发，自顶向下到达节点最底层后沿着物理媒介传输到另一个节点，并从该节点的底层到达最高层。节点间实体的通信模型如图所示。3.1.3 网络体系结构概述在物流系统中，物品从用户A手中到达用户B手中经过以下流程：（1）A城用户A向物流公司下单，通知物流公司取件。（3）物流公司派出快递员A取件，快递员A收件并将其打包，附上寄/收件信息，送到货仓。（3）物流公司将货仓的包裹按收件地址分拣，由货运员A将包裹送往运输部门。（4）运输部门将包裹从A城运送到B城。（5）B城的货运员B从运输部门将包裹送到货仓，交由分拣员分拣。（6）快递员B取得包裹，按照收件信息将包裹送给用户B。（7）用户B拿到包裹，拆开包装，取得物品。3.1.3 网络体系结构概述在物流系统中，物品从用户A手中到达用户B手中经过以下流程：3.1.3 网络体系结构概述①A城用户A向物流公司下单，通知物流公司取件。②物流公司派出快递员A取件，快递员A收件并将其打包，附上寄/收件信息，送到货仓。在物流系统中，物品从用户A手中到达用户B手中经过以下流程：3.1.3 网络体系结构概述③物流公司将货仓的包裹按收件地址分拣，由货运员A将包裹送往运输部门。④运输部门将包裹从A城运送到B城。在物流系统中，物品从用户A手中到达用户B手中经过以下流程：3.1.3 网络体系结构概述⑤B城的货运员B从运输部门将包裹送到货仓，交由分拣员分拣。⑥快递员B取得包裹，按照收件信息将包裹送给用户B。在物流系统中，物品从用户A手中到达用户B手中经过以下流程：3.1.3 网络体系结构概述⑦用户B拿到包裹，拆开包装，取得物品。物品运输流程大致可划分为4层，这4层自顶向下依次为：3.1.3 网络体系结构概述第4层第3层第3层第1层实体物品运输流程大致可划分为4层，这4层自顶向下依次为：3.1.3 网络体系结构概述提供/收取物品收取与派送短距离运输跨地域运输常见的体系结构有OSI（Open System Interconnect，简称开放式系统互联模型）和TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议模型）。除OSI和TCP/IP体系结构外，人们还提出了一种五层体系结构，这种体系结构由上而下依次为应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。3.3 OSI与TCP/IP体系结构在划分层次时都遵循以下原则：网络中各节点都有相同的层次。不同节点的同等层具有相同的功能。同一节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。不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。根据功能需要进行分层，每层应当实现定义明确的功能。向应用程序提供服务。3.3 OSI与TCP/IPOSI参考模型中的7层自顶向下依次为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，其参考模型如图所示。3.3 OSI参考模型高三层低三层中间层资源子网通信子网下面对OSI参考模型中各层负责的功能进行说明。3.3.1 OSI各层功能1、应用层应用层负责提供最终用户与网络交互的接口。人们可通过各种应用程序（如QQ、浏览器等客户端程序，或Web服务器、邮件服务器、流媒体服务器等服务器程序）向网络发起请求。当然实质上应用程序是对应用层接口的封装，真正提供网络资源访问的是应用层接口。应用层向下使用表示层提供的服务。下面对OSI参考模型中各层负责的功能进行说明。3、表示层表示层为在应用进程之间传递的数据提供表示方法，包括编码方式、加密方式、压缩方式等。发送端和接收端必须使用相同的数据表示方法，才能保证数据的正常显示，否则将会产生乱码。表示层向上为应用层提供服务，向下使用会话层的服务。3.3.1 OSI各层功能下面对OSI参考模型中各层负责的功能进行说明。3、会话层会话层负责为通信的应用程序创建、维护和释放连接，该层向下使用传输层提供的服务，使应用进程建立和维持会话（会话指应用进程之间的信息交换过程），并使会话同步。3.3.1 OSI各层功能下面对OSI参考模型中各层负责的功能进行说明。4、传输层传输层通过流量控制、分段/重组和差错校验等功能实现端到端之间可靠的数据传输，它向上对会话层提供可靠的数据传输服务，向下使用网络层提供的服务。3.3.1 OSI各层功能下面对OSI参考模型中各层负责的功能进行说明。5、网络层网络层负责实现两端之间数据的透明传送，具体功能包括逻辑寻址、路由选择以及连接的建立、保持、终止等。3.3.1 OSI各层功能下面对OSI参考模型中各层负责的功能进行说明。6、数据链路层数据链路层（简称链路层）负责建立逻辑连接、硬件地址寻址、差错校验等功能。链路层使用物理层提供的服务，接收来自物理层的比特流，并将比特组合成字节，进而组合成帧，在进行硬件寻址时通过MAC地址访问物理媒介。3.3.1 OSI各层功能下面对OSI参考模型中各层负责的功能进行说明。7、物理层物理层负责建立、维护和断开物理连接。物理层由光纤、电缆和电磁波等真实存在的物理媒介组成，这些物理媒介组成数据通路，以传输各种形式的物理信号。在计算机网络中，物理层传输的数据一般是比特流。物理层向上为数据链路层提供服务。OSI参考模型中的每一层实现特定的功能，且为上一层提供服务。当部分功能需要更改时，只需调整该模型中的一层或几层，便可实现对整个流程的更新。3.3.1 OSI各层功能分层不仅明确了通信流程，也有利于网络工作人员明确分工：（1）软件开发人员软件开发人员解决应用层、表示层、会话层和传输层的问题，如应用程序之间如何通信、数据以何种形式展示、通信内容是是否需要加密、数据传输是否需要稳定连接等，他们不关心数据通过何种网络（局域网、广域网、无线网络等）传输，只向下要求网络畅通。3.3.1 OSI各层功能分层不仅明确了通信流程，也有利于网络工作人员明确分工：（3）网络工程师网络工程师负责解决网络层和数据链路层的问题，包括如何配置路由器以实现数据包的路径选择、如何封装数据包使其能在不同的网络中传输等。他们不关心高三层的数据如何产生、如何封装，只向下要求物理媒介可正常工作。3.3.1 OSI各层功能分层不仅明确了通信流程，也有利于网络工作人员明确分工：（3）通信工程师通信工程师负责解决物理层的问题，如传输媒介的研发、性能提升等，包括如何在通信线路上更快、更稳定地传输信号，他们不关心信号的类型。3.3.1 OSI各层功能网络工作人员分工如图所示。3.3.2 OSI各层功能访问网页的流程如下：用户在计算机A中打开浏览器，在浏览器地址栏中输入网址，浏览器向网站服务器发起通信请求；网站的Web服务器接收到浏览器发起的请求，将指定网页返回给计算机A的浏览器，浏览器接收并显示请求的网页。3.3.3 OSI通信流程在Web服务器到客户端浏览器的通信中，服务器充当信息的发送方。根据OSI参考模型，服务器端返回网页时将经过七个步骤：3.3.3 OSI通信流程①Web服务器接收到来自客户端浏览器的请求，将目标网页打包，作为本次通信过程中传输的主要数据。②网络中传递的是数字信号，因此在传输网页之前需先对其中内容进行编码。在Web服务器到客户端浏览器的通信中，服务器充当信息的发送方。根据OSI参考模型，服务器端返回网页时将经过七个步骤：3.3.3 OSI通信流程③Web服务器要与计算机A中的浏览器进行通信，则需与其建立会话进程。在Web服务器到客户端浏览器的通信中，服务器充当信息的发送方。根据OSI参考模型，服务器端返回网页时将经过七个步骤：3.3.3 OSI通信流程④网页中包含的信息量较多，为降低传播时延，控制网络流量，也为方便对信息进行校验，需要将待传输的网页信息拆分、打包、放入缓存并分段编号，随后依次发送包含信息的数据包。此外为了保证信息的准确性，还要检测传输线路的容错性。在Web服务器到客户端浏览器的通信中，服务器充当信息的发送方。根据OSI参考模型，服务器端返回网页时将经过七个步骤：3.3.3 OSI通信流程⑤同一时刻接入网络、使用网络的端点不唯一，网络上传输的数据包也不唯一，为了保证各端发送的数据包能按预期被送往接收端，网络需为各数据包选择转发路径。在Web服务器到客户端浏览器的通信中，服务器充当信息的发送方。根据OSI参考模型，服务器端返回网页时将经过七个步骤：3.3.3 OSI通信流程⑥数据包从发送方到达接收方可能经过多个不同类型的网络，不同网络可能对应不同的链路。链路中传输的信息单位为帧，不同链路中可能使用不同的帧格式。因此需根据网络类型，将待转发的数据包封装为不同的数据帧。在Web服务器到客户端浏览器的通信中，服务器充当信息的发送方。根据OSI参考模型，服务器端返回网页时将经过七个步骤：3.3.3 OSI通信流程⑦信息的传输离不开物理媒介，数据帧在物理媒介中被转换为比特流，并通过物理媒介从网络中的一台设备传输到另外一台设备，直到抵达目的设备。若网络通畅，发送方发送的信息便可顺利传送到接收方，即计算机A中。从信息递达计算机A到浏览器解析数据、呈现给用户，同样经历7个步骤，具体如下：3.3.3 OSI通信流程①接收方计算机A通过网卡接收经由物理媒介传输的信息，并将信息拷入内存。②接收方计算机对接收到的信息进行检测，若数据有误，通知信息发送方重新发送；若信息正确，则在接收完成后断开链路。若网络通畅，发送方发送的信息便可顺利传送到接收方，即计算机A中。从信息递达计算机A到浏览器解析数据、呈现给用户，同样经历7个步骤，具体如下：3.3.3 OSI通信流程③接收方获取信息中的地址，与自身地址进行核对，判断所接收信息是否为应接收的信息。④接收方接收到完整的信息并对信息进行检查后，发送确认信息。若网络通畅，发送方发送的信息便可顺利传送到接收方，即计算机A中。从信息递达计算机A到浏览器解析数据、呈现给用户，同样经历7个步骤，具体如下：3.3.3 OSI通信流程⑤接收方与发送方之间的通信完成，会话结束。⑥接收方按照与发送方约定的方式，对信息进行转码、解密等操作。⑦接收方获取到发送方发送的原始信息，并将其以网页形式在浏览器中展示。