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1、(中职）计算机网络技术（第3版）项目2认识开放系统互联参考模型（OSIRM）电子课件（工信版）计算机网络技术项目项目2 2 认识开放式系统互连参考模型认识开放式系统互连参考模型（OSI/RMOSI/RM）【知识目标】了解网络系统的层次结构掌握OSI/RM体系结构及各层的功能理解数据传递过程中数据的封装与拆分【能力目标】能用OSI/RM分析网络工作机制能用OSI/RM分析网络故障任务1 了解计算机网络体系结构任务2 OSI开放式参考模型的层次结构任务3 物理层任务4 数据链路层任务5 网络层任务6 其他各层的简介任务7 数据的封装与拆分项目项目2认识开放式系统互连参考模型（认识开放式系统互连参考
2、模型（OSI/RMOSI/RM）任务1了解计算机网络体系结构【任务引入】用邮政系统说明网络系统的分层结构是再好不过的，如图2-1所示。邮政系统是最古老的一种通信系统，这个系统分为三层。第一层是得到邮政服务的用户，包括发信者和收信者。发信者发出一封信，邮寄到收信者手里，实现了信的邮递。第二层是完成邮件传递的两个邮局，图中为郑州局和北京局。邮局一般把发往同一地区的信集中起来放在邮袋中，一同传递到对方局，完成邮件在两局之间的传递。第三层是完成邮件传递的两个车站，图中为郑州站和北京站。最终邮件是由火车在两个车站之间进行实体传递的。在邮件传递过程中，发信者与收信者进行的通信和两个邮局间进行的通信都是虚通
3、信。信从发信者传递到收信者手里是由多层虚通信和有关的实通信完成的。邮局为用户服务，火车站为邮局服务，服务是一层层完成的，网络中进行通信的过程类似于邮件传递的过程。【任务分析】由于计算机网络技术涉及到许多新的概念和新的技术，内容广泛而不太集中，是一个复杂的系统，为了更好的描述它、运用它，人们采用了层次化结构的方法来描述复杂的计算机网络，以便于将复杂的网络问题分解成许多较小的、界线比较清晰而又简单的部分来处理。所以，从网络通信原理的角度可以把网络分为N（如4层）。任务1了解计算机网络体系结构1.网络系统的层次结构（1）层次结构研究方法的优点 各层之间相互独立 灵活性好 各层都可以采用最合适的技术来
4、实现 易于实现和维护 有利于促进标准化。任务1了解计算机网络体系结构1.网络系统的层次结构（2）分层的原则计算机网络体系结构的分层思想主要遵循以下几点原则：功能分工的原则：即每一层的划分都应有它自己明确的与其他层不同的基本功能。隔离稳定的原则：即层与层的结构要相对独立和相互隔离，从而使某一层内容或结构的变化对其他层的影响小，各层的功能、结构相对稳定。分支扩张的原则：即公共部分与可分支部分划分在不同层，这样有利于分支部分的灵活扩充和公共部分的相对稳定，减少结构上的重复。方便实现的原则：即方便标准化的技术实现。任务1了解计算机网络体系结构1.网络系统的层次结构任务1了解计算机网络体系结构2.网络体
5、系结构及协议的概念计算机网络体系结构就是为了完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务。任务1了解计算机网络体系结构2.网络体系结构及协议的概念（1）网络协议（Network Protocol）网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。当用户应用程序、文件传输信息包、数据库管理系统和电子邮件等互相通信时，它们必须事先约定一种规则（如交换信息的代码、格式以及如何交换等）。这种规则就称为网络协议。网络协议的三要素有：语义、语法与时序。其中：语义：用于解释比特流的每一部分的意义。语法：语法是用户数据与控制信息的结构与
6、格式，以及数据出现的顺序的意义。时序：事件实现顺序的详细说明。任务1了解计算机网络体系结构2.网络体系结构及协议的概念（2）实体(Entity)在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成，这些实体抽象地表示了通信时的软件元素（如进程或子程序）或硬件元素（如智能I/O芯片等）。实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。任务1了解计算机网络体系结构2.网络体系结构及协议的概念（3）接口(Interface)接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点，同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务，只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影
7、响整个系统的工作。任务1了解计算机网络体系结构2.网络体系结构及协议的概念（4）服务(Service)服务是指某一层及其以下各层的一种能力或功能，通过接口提供给其相邻上层。因此，协议是“水平”的，服务是“垂直”的。一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集，网络协议是按层次结构来组织的，网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构。任务1了解计算机网络体系结构任务2 OSI开放式参考模型的层次结构【任务引入】计算机网络体系结构出现后，使得一个公司所生产的各种设备都能够很容易地互连成网。不同公司的产品，由于网络体系结构的不同，就很难互相连通。为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不
8、同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对各类计算机网络体系结构进行了研究，并于1979年公布了开放系统互连参考模型OSI/RM（Open System Interconnection/Referenced Model）。同时国际电报与电话咨询委员会(CCITT)认可并采纳了这一国际准的建议文本（称为X.200）。在1983年形成了开放系统互连参考模型的正式文件，即著名的ISO 7498国际标准。【任务分析】在OSI中 的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它任何系统进行通信。任务2 OSI开放式参考模型的层次结构【任务分析】OSI 将通信
9、过程定义为七层，即将连网计算机间传输信息的任务划分为七个更小、更易于处理的任务组。每一个任务或任务组则被分配到各个OSI 层。每一层都是独立存在的，因此分配到各层的任务能够独立地执行。这样使得变更其中某层提供的方案时不影响其他层。任务2 OSI开放式参考模型的层次结构1两个通信实体间的通信任务2 OSI开放式参考模型的层次结构2OSI/RM模型的信息流动在物理层的通信是直接的，如图所示，系统A将二进制位流发送给系统B。但在更高的层，通信必须先通过系统A的各层向下移动，到了系统B后再经过各层向上移动。在发送设备的每一层要从它紧挨着的上层收到报文时，添加上本层的信息，然后将整个包装好的报文提出，提
10、出报文传给紧挨着的下层。任务2 OSI开放式参考模型的层次结构2OSI/RM模型的信息流动任务2 OSI开放式参考模型的层次结构任务3 物理层【任务引入】物理层(Physical Layer)是OSI参考模型的最低层，如图所示，其任务就是为它的上一层提供一个传输数据的物理连接。【任务分析】物理层是在物理信道上传输原始的数据比特（bit）流，提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。物理层涉及的内容包括以下几个方面：1通信接口与传输媒体的物理特性2物理层的数据交换单元为二进制比特3比特的同步4线路的连接5物理拓扑结构6传输方式任务3 物理层【任务分析】1通信接口与传输
11、媒体的物理特性除了不同的传输介质自身的物理特性外，物理层还对通信设备和传输媒体之间使用的接口做了详细的规定，主要体现在4个方面。(1)机械特性(2)电气特性(3)功能特性(4)规程特性任务3 物理层【任务分析】2物理层的数据交换单元为二进制比特为了传输比特流，可能需要对数据链路层的数据进行调制或编码，使之成为模拟信号、数字信号或光信号，以实现在不同的传输介质上传输。3比特的同步物理层规定了通信的双方必须在时钟上保持同步的方法，如异步传输和同步传输等。任务3 物理层【任务分析】4线路的连接线路的连接是指通信设备之间的连接方式，例如，在点对点连接中，两个设备之间采用了专用链路连接，而在多点连接中，
12、所有的设备共享一个链路。5物理拓扑结构物理拓扑定义了设备之间连接的结构关系，如星型拓扑、环型拓扑和网状拓扑等。6传输方式传输方式是设备之间连接的传输方式，如单工、半双工和全双工。任务3 物理层任务4 数据链路层【任务引入】数据链路层（DataLink Layer）通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，传送以帧（Frame）为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。【任务分析】数据链路层的有关协议和软件是计算机网络中基本的部分，在任何网络中数据链路层是必不可少的层次，相对高层而言，它所有的服务协议都比较成熟。任务4 数据链路层数据链路
13、层主要负责以下任务：1.组帧数据链路层把从网络层收到的数据划分成可以处理的数据单元，即帧。帧一种用来移动数据的结构包，帧的构成类似于火车的结构，一些车厢负责运送旅客和行李（相当于数据），车头、车尾保证了列车的完整性（帧结构的完整），还有一些车厢完成其他的工作（对帧信息的校验、标识目地址和源地址等），如图所示，描绘了一个简化的帧结构。任务4 数据链路层数据链路层主要负责以下任务：2.物理编址如果这些帧需要发送给网络上的不同系统，那么数据链路层就要把首部加到帧上，以明确帧的发送端或接收端。如果这个帧是要发送给在发送端的网络以外的一个系统，则接收端地址就应当是将本网络连接到下一个网络的连接设备的地址
14、。任务4 数据链路层数据链路层主要负责以下任务：3.流量控制如果接收端接收数据的速率小于发送端产生的速率，那么数据链路层就应使用流量控制机制来预防接收端因过载而无法工作。4.差错控制数据链路层增加了一些措施来检测和重传损坏或丢失的帧，因而将物理层增加了可靠性。它还采用前导机制来防止出现的重复帧。差错控制通常是在帧的最后加上尾部来实现的。任务4 数据链路层数据链路层主要负责以下任务：5.接入控制当两个或更多的设备连接到同一条链路时，数据链路层就必须决定哪一个设备在什么时刻对链路有控制权。在后面章节讨论局域网时，介质访问控制技术是决定局域网特性的关键技术。任务4 数据链路层任务5 网络层【任务引入
15、】网络层的主要功能即是提供路由，即选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包（Packet）。除此之外，网络层还要能够消除网络拥挤，具有流量控制和拥塞控制的能力。【任务分析】网络层（Network Layer）位于OSI模型的第三层，解决的是网络与网络之间，即网际的通信问题，而不是同一网段内部的事。任务5 网络层【任务分析】网络层主要负责以下任务：1逻辑地址寻址数据链路层的物理地址只是解决了在同一个网络内部的寻址问题，如果一个分组穿过了网络的边界，就需要一种编址来帮助用户区分开源系统和目的系统。网络层对上层来的分组添加首部，其中包括发送端和目的端逻辑地址。任务5 网络层网络层主要负责以下
16、任务：2路由功能在网络中，端节点之间的数据传输可以选择多条路径，网络层如何为分组的存储转发选择一条较好的路径称作路由选择。路由选择的关键是根据一定的原则和算法在传输通路中选出一条通向目的端的最佳路由。任务5 网络层网络层主要负责以下任务：3流量控制在数据链路层中介绍过流量控制，在网络层同样也存在流量控制问题。只不过数据链路层中的流量控制是在两个相邻节点之间进行的，而在网络层中是完成数据包从源节点到目的节点过程中流量控制。任务5 网络层网络层主要负责以下任务：4拥塞控制信道带宽、节点发送与接收缓冲区、处理机速度等称为网络资源，一般采取拥塞控制的方法限制网络资源的使用。网络上传输的信息量是变化的，
17、而网络的容量是不变的。把进入网络分组数看做是负载量，从网络上输出的分组数看做是吞吐量，负载量大时，网络的吞吐量也大，但是当负载量继续增加时，网络的资源就会变得紧张。随着负载量的增加，吞吐量增加缓慢或不再增加，称这种现象为拥塞。任务5 网络层任务6 其他各层的简介【任务引入】OSI/RM模型中第四层到第七层分别是传输层、会话层、表示层、应用层，这几层各自的功能是什么？【任务分析】1传输层传输层（Transport Layer）所处的位置在七层中的第四层，是承上启下的一层，是OSI模型中至关重要的一层，几乎所有著名的网络体系结构都保留有传输层。传输层负责将报文能准确、可靠、顺序地进行源端到目的端（
18、端到端，end-to-end）的传输。这两个节点可以在同一网段上，也可以在不同的网段上。任务6 其他各层的简介【任务分析】1传输层任务6 其他各层的简介【任务分析】2.会话层会话层（Session Layer）的作用主要是在网络中不同用户、节点之间建立和维护通信通道，两个节点之间的会话，决定通信是否被中断以及中断时决定从何处重新发送。任务6 其他各层的简介【任务分析】3.表示层表示层（Presentation Layer）处理的是两个系统所交换信息的语法和语义。表示层的作用主要包括以下几个方面。（1）数据的解码与编码（2）数据的加密与解密（3）数据的压缩和解压任务6 其他各层的简介【任务分析】
19、4.应用层应用层（Application Layer）位于OSI模型的最高层，它为计算机网络与应用软件提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。任务7 数据的封装与拆分【任务引入】理解数据传输的封装及拆分过程，提高对OSI七层模型各层功能的认识。【任务分析】1数据传输的封装及拆分机制2数据传输的封装及拆分过程任务7 数据的封装与拆分【任务分析】1数据传输的封装及拆分机制网络世界中数据的传输可以通过OSI七层模型来解释其全过程，数据在通过各层的时候，均被附加一些该层的信息，把每一层在数据上附加该层信息的过程理解为各层对数据的封装，当接收方接收数据的时候，只要在各层上打开对应的封装，获得本层需要的数据，这个逆向的过程我们理解为拆分。任务7 数据的封装与拆分【任务分析】1数据传输的封装及拆分机制任务7 数据的封装与拆分【任务分析】2数据传输的封装及拆分过程总结与回顾 本项目介绍了计算机网络开放系统互联参考模型（OSI/RM）的基本概念，重点介绍了ISO/OSI参考模型的各层功能，这对于理清概念与层次、理论与应用之间的关系至关重要。