网络基础第3章网络体系结构(网络协议分析).doc

1.6 OSI参考模型 对于网络而言，其最基本的功能就是实现不同节点间的通信，然而其具体实现并不是一个简单的问题。为了实现网络通信功能，引入工程化思维将复杂的网络功能加以层次化、抽象化、模块化，以便于设计、管理与维护，形象的说，即形成网络体系结构。 如今，用户可以方便的使用不同厂家的设备来构建计算机网络，不存在兼容性问题。但在早期，要实现不同厂家设备间的互通却不可能，这是因为在计算机网络发展初期，不同的厂商、科研机构都开发了自己的网络架构体系和标准。随着网络规模的增大，不同标准的网络之间通信的需求越来越强。 为了解决网络之间兼容性问题，国际标准化组织ISO于1984年提出了开放系统互联参考模型OSI/RM（open system interconnection reference model），一般称为OSI参考模型。 OSI参考模型将计算机网络的全部功能设计为7层，自底到顶依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 物理层 物理层是OSI参考模型的最底层，亦称第一层，其主要功能是实现比特流传输。需要注意的是，物理层是物理设备通过物理介质互联的描述与规定，及定义了电压、接口、线缆标准、传输距离等特性，概括来说就是机械特性（接口形状、接口尺寸、引线数目、引线序列等）、电气特性（引线的电压、电流的取值范围等）、功能特性（引线出现不同电平值得意义）、规程特性（针对不同功能的各种可能事件的出现序列）。 数据链路层 比特流数据在一条链路上传输，除了要有物理介质外，还必须有一定的规则加以控制，以保证比特流数据的正确可靠传输，这就是数据链路层的功能。数据链路层位于OSI参考模型的第二层，其主要实现以下功能： 帧同步：即编帧和识别帧。数据链路层中数据以帧为单位传送。发送方需要链路层将比特编成帧，接收方需要链路层从接收的比特流中明确区分出数据帧的起始与终止的地方。 数据链路的建立、维持、释放：当网络中的设备要进行通信时，通信双方必须先建立一条数据链路，在建立链路时需要保证安全性，传输中要维持链路，而通信结束后要释放链路。 传输资源控制：在共享介质网络上，多终端设备数据传输必须由数据链路层协议对资源的分配加以控制。 流量控制：为保证数据正常收发，防止数据发送过快，导致接收方数据溢出，网络出现拥塞，就必须及时控制发送方发送数据的速率。而数据链路层控制的就是相邻两节点间数据链路上的流量。 差错控制：由于物理层无法识别比特流传输时可能产生的错误，所以数据链路层就以帧为单位实施差错控制。最常用的方法是FCS（Frame Check Sequence，帧校验序列），发送方在发送一个帧时，根据其内容，通过诸如CRC校验之类的算法计算出校验，并将其加入此帧的FCS字段中发送给接收方，接收方通过对校验和进行检查，检测是否传输出错，并进行纠错处理。 寻址：数据链路层协议能够识别介质上的所有节点，并寻找目标节点，以便将数据正确发送到目的地。我们通常所说的网卡48位MAC地址就是数据链路层识别节点的硬件地址。 标识上层数据：为了在同一链路上支持多种网络层协议，发送方必须在帧的控制信息中标识载荷的网络层协议，以便接受方将载荷提交给正确的上层协议处理，实现对等通信。 网络层 网络层位于OSI参考模型的第三层。数据链路层的目标只是将帧从链路的一端传送到另一端，即相邻节点间的数据传输。而网络层的任务却是要选择合适的路径并转发数据包，使数据包能够正确无误地从发送方传递到接收方，即非相邻节点间的数据传输。网络层主要实现以下功能： 编址：网络层为每个节点分配标识，即网络地址。我们通常说的IP地址就是网络地址。 路由选择：网络层的一个关键作用就是要确定从源到目的的数据传输如何选择路由。网络层设备在计算路由之后，按照路由信息对数据包进行转发。 拥塞控制：跟链路层一样，如果网络同时传送过多数据包，也会产生拥塞，导致数据丢失，所以网络层也负责对网络层的数据包拥塞进行控制。 异种网络互联：由于通信链路与传输介质是多种多样的，每种链路都有其特殊的通信规定，网络层必须能够工作在多种多样的链路和介质类型上，以便能够跨越多个网段提供通信服务。 另外，网络层协议还能协调发送、传输及接受设备的处理能力的不平衡性，如网络层可以对数据进行分片和重组，以使得数据包的长度能够满足该链路的数据链路层协议所支持的最大数据帧长度。 传输层 传输层位于OSI参考模型的第四层，其功能是为会话层提供无差错的传送链路，保证两台设备间传递信息的正确无误。从某种意义上讲，传输层是整个协议体系的核心，如果没有传输层，分层协议的整个概念将变得毫无意义。 传输层负责创建端到端的通信连接。通过该层，通信双方主机上的应用程序之间通过对方的地址信息直接进行对话，而不用考虑其间的网络上有多少个中间节点。 传输层的一个重