ch03-OSI参考模型体系
第3章OSI参考模型体系
3.1 OSI参考模型概述
3.2 物理层
3.3 数据链路层
3.4 网络层
3.5 传输层
3.6 会话层、表示层和应用层
3.7 扩展读物
3.8 课外作业
本章要点
在本章中，介绍了理解OSI参考模型必备的一些重要概念、OSI模型的体系结构、各层的功能及各层对应的协议，描述了基于OSI模型的系统之间数据传输过程。具体内容包括。
（1）OSI参考模型概述。要理解OSI参考模型，首先必须熟悉有关协议分层、实体、接口、服务和数据单元等概念。本节首先介绍了这些重要的概念，接着介绍了OSI参考模型体系结构、各层的功能。
（2）第2~6节分别介绍物理层、数据链路层、网络层、传输层及高3层包括的协议，各层协议之间关系、各层之间的通信原理及其层间编址等内容。
学习目标
?理解网络体系结构中的分层、协议、接口和服务等概念的划分和定义
?熟悉OSI模型网络体系结构
?描述OSI模型各层之间的关系
?熟悉OSI参考模型各层的功能
?了解OSI模型各层所使用的协议标准
?描述基于OSI模型的系统间的数据传输过程
重要术语
国际标准化组织（ISO）：International Standard Organization
开放式系统互联参考模型（OSI）：
Open System Interconnect Reference Model 网络体系结构：Network Architecture
层：Layer
n层实体：Layer n Entity
n层协议：Layer n Protocol
应用层：Application Layer
表示层：Presentation Layer
会话层：Session Layer
传输层：Transport Layer
网络层：Network Layer
数据链路层：Data Link Layer
物理层：Physical Layer
服务接入点（SAP）：Service Access Point
服务数据单元（SDU）：Service Data Unit
协议数据单元（PAU）：Protocol Data Unit
3.1 OSI参考模型概述
3.1.1 OSI参考模型的产生
3.1.2 OSI参考模型的体系结构3.1.3 OSI模型中的重要概念3.1.4 OSI模型中的数据封装过程
3.1.1 OSI参考模型的产生
?1977年，国际标准化组织（ISO）技术委员会TC97充分认识到制定用于开放系统互联参考模型的重要性，于是成立了新的专业委员会S16，专门研究和制定一种开放的、公开的、标准化的网络结构模型，希望用它来实现计算机网络之间相互连接和通信。在1983年形成正式文件，这就是著名的ISO 7498国际标准，称为开放系统互联参考模型，记为OSI/RM（Open System Interconnection/Reference Model），也称为OSI。
?OSI参考模型中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的也遵循同一标准的其他任何系统通信；而“系统”表示在现实世界中能够进行信息处理或信息传送的自治整体，它可以是一台或多台计算机，以及和这些计算机相关的软件、外部设备、终端、信息传输手段等的集合。
?OSI参考模型将整个通信过程划分为7个层次，划分层次的原则如下：
1.根据功能需要进行分层，每层应当实现定义明确的功能。
2.每一层功能的选择应当有助于制定国际标准化协议。
3.层次界面的选择应尽量减少跨过接口的信息量。
4.层次功能的定义和接口的划分应使得各层彼此独立，从
而在接口保持不变的条件下，某一层的改变不会影响其
他层。
5.层次的数量应适当，过少会使过多功能集中在同一层，
使协议变得复杂；但过多又会使整个网络体系结构过于
庞大，通信处理速度下降。
应用层表示层会话层传
输
层
网络层数据链路层物
理
层
传输介质传输介质传输介质
主机CCP
网络层数据链路层物
理
层
应用层表示层会话层传
输
层
网络层
数据链路层物
理
层
主机CCP
网络层数据链路层物
理
层
OSI 参考模型的结构
1．实体与对等实体
每一层中,用于实现该层功能的活动元素被称为实体(Entity),实体既可以是软件实体（如一个进程、电子邮件系统、应用程序等）也可以是硬件实体（如终端、智能输入/输出芯片等）。软件实体可以嵌入在本地操作系统中，或者用户应用程序中。不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体被称为对等实体（Peer Entity）。
2．对等层和对等协议
不同主机之间的相同层次被称为对等层（Peer）。
对等层之间存在协议关系。即对等实体之间互相通信需要遵守一定的规则，如通信的内容、通信的方式等。这种对等实体之间交换数据或通信时必须遵守的规则称为对等层协议（Peer Protocol）。
3．服务与接口
在OSI分层结构模型中，每一层实体为相邻的上一层实体提供的通信功能称为服务。
在OSI模型中，各层之间的接口都有统一的规则。N层的服务访问点SAP（Service Access Point）是N层实体提供服务给N+1层的地方，SAP可以理解为上下层实体之间的逻辑传输通道。每一层的SAP都有一个唯一标明它的地址。一个N 层可能存在多个SAP。
4．数据单元
（1）服务数据单元——SDU (Service Data Unit)
（2）协议数据单元——PDU (Protocol Data Unit)
（3）接口数据单元——IDU (Interface Data Unit)
5．服务类型
在计算机网络协议的层次结构中，层与层之间具有服务与被服务的单向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层调用下层的服务。因此可称任意相邻两层的下层为服务提供者，上层为服务用户。下层为上层提供的服务可分为两类： 面向连接服务（Connection Oriented Service）
无连接服务（Connectionless Service）。
6．服务原语
服务是通过一组服务原语（Primitive）来描述的，这些原语供用户和其他实体访问服务，通知服务提供者采取某些行动或报告某个对等实体的活动。服务原语被分为如下4类。
●请求（Request）：由服务用户发往服务提供者，请求它完成某项工作。
●指示（Indication）：由服务提供者发往服务用户，指示发生了某些事件。
●响应（Response）：由服务用户发往服务提供者，对前面发生的指示的响应。
●确认（Confirmation）：由服务提供者发往服务用户，对前面发生的请求的证实。
数据链路层物
理
层
应用层表示层会话层传输层网
络
层
数据链路层物
理
层
应用层表示层会话层传输层网
络
层
数据链路层物
理
层
传输介质传输介质传输介质
CCP 网
络
层
应用进程A OSI 环境
应用进程B
主机A
主机B
A 数据链路层物
理
层
CCP 网
络
层
B
应用层表示层会话层传输层网
络
层
数据链路层物
理
层
应用层表示层会话层传输层网
络
层
数据链路层物
理
层
应用进程A
应用进程B
比特序列
帧分组报文数据单元数据单元数据数据
传输介质
主机A
主机B
?物理层（Physical Layer）位于OSI参考模型的底层，是构成计算机网络的基础。所有通信设备、主机都需要用物理线路相互连接。物理层建立在通信介质之上，是系统与通信介质的物理接口。因此物理层是整个开放系统的基础。物理层的数据传输单位称为比特（bit）。
?物理层的主要功能在于提供数据终端设备（简称DTE，如计算机）和数据通信设备（简称DCE，如Modem）之间的二进制数据传输的物理连接，将数据信息以二进制串形式从一个实体经物理信道传输到另一实体，从而向数据链路层提供透明的比特流传输服务。
1．机械特性
机械特性指数据终端设备和数据通信设备之间接口互连时的连接方式，包括可插接连接器的尺寸，插头的针和孔的数量与排列状况，信号线数目和排列方式、连接器的形状等。
2．电气特性
电器特性指数据终端设备和数据通信设备接口线的电气连接方式，即规定了导线的电气连接方式、信号电平（如规定了多大电压表示0，多少电压表示1）、信号波形和参数、同步方式等。
3．功能特性
功能特性指数据终端设备和数据通信设备间每一条接口线的功能分配和确切定义。包括每条信号线的用途，如发送数据线、接收数据线、信号地线和时钟线等。
4．规程特性
规程特性定义了如何使用这些接口线。即完成物理连接的建立、维护、信息交换和拆除连接时，数据终端设备和数据通信设备在各线路上的动作规则和动作序列。规程特性与信息的传输方式（如单工、半双工和全双工）有关，不同的传输方式其规程特性也不同。
3.3 数据链路层3.3.1 数据链路层概述3.3.2 数据链路层协议
数据链路层的目的就是屏蔽传输媒体的不可靠因素，使高层协议不必考虑物理介质的可靠性；加强物理层传输原始二进制数据流的功能，使之对网络层呈现一条无差错的线路。1．组装成帧
?由于物理层不保证所传输的原始比特流的正确性，原始比特流正确性的检测交给了数据链路层处理。为了使传输中发生差错后只将包含错误的有限数据进行重发，数据链路层将比特流组合成以帧(Frame)为单位传输。
?每个帧除了要传输的数据外，还包括校验码，以使接收方能发现传输中的差错。
?发送方以帧为单位发送比特流，接收方按帧检验并接收比特流，并将检验正确的数据部分交给网络层处理。
帧的组织结构必须设计成使接收方能够明确地从物理层收到的比特流中区分出帧的起始与终止处。
（1）字符计数法
在帧头使用一个字段来标明帧内字符数。如第一个字段为5时，则表示本帧有5个字符。这种成帧法可能因计数字段的差错（如5变成7）造成无法纠正的错误，目前已经很少采用。
（2）带字符填充的首尾标志法
每一帧以ASCII字符序列DLE STX开头，以DLE ETX结束。报文中若遇到DE L，在其后再加一DEL。
（3）带位填充的首尾标志法
每个帧使用一个特殊的二进制串01111110作为开始和结束标志。报文中若遇到连续的5个1，在其后再加0。
（4）物理层编码违例法
在物理层采用特定的比特编码方法时采用，适用于物理介质的编码策略中采用冗余技术的网络。局域网IEEE 802标准中就采用了这种方法。
2．差错控制
?数据链路层负责在相邻节点间的链路上无差错地传送信息帧。为了控制差错，一般采用自动请求重发方法（Autom atic Repeat Request，ARQ）。
?ARQ方法的实现方案如下：
?空闲重发请求（Idle Repeat Request），即“停等协议”
?连续重发请求（Continuous Repeat Request）
?Go-back-N
?选择重发