第二章 OSI參考模型和TCP/IP模型

  1. OSI七層參考模型的優點


    開放的標準化藉口

    多廠商兼容性

   易於理解、學習和更新協議標準

   實現模塊化工程,降低了開發實現的複雜度

   便於故障排除

2.OSI參考模型層次間的關係以及數據封裝


7.應用層提供應用程序間通信
6.表示層處理數據格式、數據加密等
5.會話層建立、維護和管理會話
4.傳輸層建立主機端到端連接
3.網絡層尋址和路由選擇
2.數據鏈路層提供介質訪問、鏈路管理等
1.物理層比特流傳輸

OSI參考模型的每一層都定義了所實現的功能,完成某些特定的通信任務,並只與緊鄰的上層和下層進行數據的交換。

物理層涉及到在通信信道上傳輸的原始比特流,它定義了傳輸數據所需要的機械、電氣、功能及規程的特性等,包括電壓、電纜線、數據傳輸速率、接口的定義等。

數據鏈路層的主要任務是提供對物理層的控制,檢測並糾正可能出現的錯誤,並且進行流量控制。數據鏈路層與物理地址、網絡拓撲、線纜規劃、錯誤檢驗和流量控制等有關。

網絡層決定傳輸包的最佳路由,其關鍵問題是確定數據包從源端到目的端如何選擇路由,網絡層通過路由選擇協議來計算路由。

傳輸層的基本功能是從會話層接受數據,並且在必要的時候把它分成較小的單元,傳遞給網絡層,病確保到達對方的各段信息正確無誤,傳輸層建立、維護虛電路、進行差錯檢驗和流量控制。

會話層允許不同機器上的用戶建立、管理和終止應用程序間的會話關係,在協調不同應用程序之間的通信時要涉及會話層,該層每個應用程序知道其他應用程序的狀態。同時,會話層也提供雙工協商、會話同步等。

表示層關注所傳輸的信息的語法和語義,它把來自應用層與計算機有關的數據格式處理成與計算機無關的格式,以保證對端設備能夠準確無誤地理解發送端數據。同時,表示層也複雜數據加密等。

應用層是OSI參考模型最接近用戶的一層,負責爲應用程序提供網絡服務。這裏的網絡服務包括文件傳輸、文字管理和電子郵件的消息處理等。


3.物理層:

有關物理設備通過物理媒體進行互聯的描述和規定。

定義電壓、接口、線纜標準、傳輸距離等

機械特性:說明了接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列等,例如我們見到的各種規格的電源插頭的尺寸都有嚴格的規定。

電氣特性:說明在接口電纜的哪根線上出現的電壓、電流等的範圍。

功能特性:說明某根線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。

規程特性:說明對不同功能的各種可能事件的出現順序。

物理層介質

 雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電信號燈

局域網物理層

 常見標準:10Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX

 常見設備:中繼器、集線器

廣域網物理層

常見標準:RS-232、V.24、V.35

常見設備:Modem


4.數據鏈路層

負責在某一特定的介質或鏈路上傳遞數據。

數據鏈路層的主要功能:

編幀和識別幀:將比特編成幀,從一系列比特流中識別幀,並將幀解開傳遞個網絡層。

數據鏈路的建立、維持和釋放:當網絡中的設備要進行通信時,通信雙方有時必須先建立一條數據鏈路,在建立鏈路時需要保證安全性,在傳輸過程中要維持數據鏈路,而在通信結束後釋放數據鏈路。

傳輸資源控制:在一些共享介質上,多個終端設備可能同時需要發送數據,此時必須由數據鏈路層協議對資源的分配加以裁決。

流量控制:爲了確保正常地收發數據,防止發送數據過快,導致接收方的緩存空間溢出,網絡出現擁塞,就必須及時控制發送方發送數據的速率。

差錯控制:由於比特流傳輸時可能產生差錯,而物理層無法辨別錯誤,所以數據鏈路層協議需要以幀爲單位實施差錯檢測。

尋址:數據鏈路層協議應該能夠標識介質上的所有節點,並且能尋找到目的節點,以便將數據發送到正確的目的。

標識上層數據:數據鏈路層採用透明傳輸的方法傳送網絡層包,它對網絡層呈現爲一條無錯的線路。爲了在同一鏈路上支持多種網絡層協議,發送方必須在幀的控制信息中標識載荷(即包)所屬的網絡層協議,這樣接收方纔能將載荷提交給正確的上層協議來處理。

IEEE的數據鏈路層標準是當今最爲流行的LAN標準。這些標準統稱爲IEEE802標準

802.1描述了基本的局域網需要解決的問題,例如802.1d描述了生成樹協議

802.2小組負責LLC子層標準的制定

802.3小組負責MAC子層標準的制定,典型技術如CSMA/CD

802.4小組負責令牌總線標準的制定

802.5小組負責令牌環網絡標準的制定

廣域網常見的鏈路層標準有HDLC、PPP、X.25、幀中繼

HDLC是ISO開發的一種面向位同步的數據鏈路層協議,它規定了使用幀字符和校驗和的同步串行鏈路的數據封裝方法。

PPP由RFC1661描述。支持同步和異步連接,支持多種網絡層協議。

幀中繼是一種交換式的數據鏈路協議。

5.網絡層

網絡層的任務是要選擇合適的路徑並轉發數據包,使數據包能夠正確無誤地從發送方傳遞到接收方。

編址:網絡層爲每個節點分配標識,這就是網絡層的地址。地址的分配也從源到目的的路徑提供基礎。

路由選擇:網絡層的一個關鍵作用是要確定從源到目的的數據傳遞應該如何選擇路由,網絡層設備在計算路由後,按照路由信息對數據包進行轉發。

擁塞控制:如果網絡同時傳送過多的數據包,可能會產生擁塞,導致數據丟失或延遲,網絡層也負責對網絡上的擁塞進行控制。

異種網絡互連:通信鏈路和介質類型是多種多樣的,每一種鏈路都有特殊的通信規定,網絡層必須能夠工作在多種多樣的鏈路和介質類型上,以便能夠跨越多個網段提供通信服務。

網絡層處於傳輸層和數據鏈路層之間,它負責向傳輸層提供服務,同時負責將網絡地址翻譯成對應的物理地址。網絡層協議還能協調發送、傳輸及接收設備的處理能力的不平衡性,如網絡層可以對數據進行分段和重組,以使得數據包的長度能夠滿足該鏈路的數據鏈路層協議所支持的最大數據幀長度。

可路由協議(routed protocol)是定義數據包內各個字段的格式和用途的網絡層封裝協議,該網絡層協議允許將數據包從一個網絡設備轉發到另一個網絡設備。常見的可路由協議有TCP/IP協議族中的IP協議、Novell IPX/SPX協議族中的IPX協議。

路由協議(routing protocol)運行於路由器上,在路由器之間傳遞信息,計算用於轉發的路由並形成路由表(routing table),以便爲可路由協議提供路由選擇服務。路由協議使路由信息能夠在相鄰路由器之間傳遞,確保所有路由器瞭解到達各個目的的路徑。


在計算機通信中,面向連接的服務(Connect-oriented Service)和無連接(Connectionless Service)是一對重要的概念。

通常面向連接的服務提供可靠的報文序列。接收方確認收到的每一份報文,使發送方確信它發送的報文已經到達目的地。確認過程增加了額外的開銷和延遲,但如果報文丟失,發送方可以重新發送。在建立連接之後,每個用戶可以發送可變長度的報文,這些報文按照順序發送給遠端的實體。在正常情況下,當兩個報文發往同一目的地時,先發的先收到,但是先發的報文在途中有可能被延誤,造成後發的報文反而先收到。接收方利用序列號判斷接收的報文是否亂序,並對其按正確的順序進行排列。面向連接的服務比較適用於在一定時間內向同一個目的地發送很多報文的情況,對於短報文數據的發送而言,面向連接的服務顯得開銷過大。

在無連接服務中,兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接,因此其下層的有關資源不需要事先進行預定保留,這些資源是在數據傳輸時動態地進行分配的。無連接服務是以郵政系統爲模型的,每個報文帶有完整的目的地址,並且每一個報文都獨立於其他報文,經由系統選定的路線傳遞。無連接服務提供盡力而爲的服務,即網絡以當前擁有的資源盡力轉發報文,但並不保證確切的服務質量。

面向連接的服務無連接的服務
通信之前先建立連接,通信完成後斷開連接無需建立連接 盡力而爲的服務
有序傳遞無序號機制
應當確認無確認機制
差錯重傳無重傳機制
適合於對可靠性要求高的應用適合於對延遲敏感的應用

6.傳輸層的功能是爲會話層提供無差錯的傳送鏈路,保證兩臺設備間傳遞信息的正確無誤。

分段上層數據 傳輸層從會話層接收數據,並傳遞給網絡層,如果會話層數據過大,傳輸層將其切割成較小的數據單元(段)進行傳送。

建立端到端連接 傳輸層負責創建端到端的通信連接。通過這一層,通信雙方主機上的應用程序之間通過對方的地址信息直接進行對話,而不用考慮其間的網絡上有多少箇中間節點。

透明傳輸 傳輸層既可以爲每個會話層請求建立一個單獨的連接;也可以根據連接的使用情況爲多個會話層請求建立一個單獨的連接,這稱爲多路複用(Multiplexing)但無論如何,傳輸層服務對會話層都是透明的

可靠傳輸 傳輸層的一個重要工作是差錯校驗和重傳。

流量控制  爲了避免發送速度超出網絡或接收方的處理能力,傳輸層還負責執行流量控制(flow control),在資源不足時降低流量,而在資源充足時提高流量。

7.會話層、表示層和應用層

 會話層(Session Layer)是利用傳輸層提供的端到端服務,向表示層或會話用戶提供會話服務。會話層建立會話關係,並保持會話過程的暢通,決定通信是否被中斷以及下次通信從何處重新開始發送。

會話層也處理差錯恢復。


表示層(Presentation Layer)負責將應用層的信息“表示”成一種格式,讓對端設備能夠正確識別,它主要關注傳輸信息的語義和語法。在表示層,數據將按照某一種一致同意的方法對數據進行編碼,以便使用相同表示層協議的計算機能互相識別數據。

表示層還負責數據的加密和壓縮。

應用層(Application Layer)是OSI的最高層,它直接與用戶和應用程序打交道,負責對軟件提供接口使程序能夠使用網絡服務。


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