第三章 开放系统互连参考模型

所谓链路就是数据传输中任何两个相邻节点间的点到点的 物理线路。数据帧通常是由网卡（NIC）产生：上一层的协议数 据单元（数据包）传递到NIC后，NIC通过添加头部和尾部将数 据打包（封装成帧），如图所示；然后数据帧沿着链路再传送 至目的结点。
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第三章 开放系统互连参考模型
3.3 数据链路层 1. 数据链路层的功能 数据帧首部和尾部含有对等数据链路进程需要使用的协议信
息。头部的信息包括发送结点和接收结点的地址（MAC地址） 等。校验和、头、尾部分一般由发送设备的硬件实现，数据链路 层不必考虑其实现方法。
数据链路层不关心数据包中包含什么信息，而仅是将其传递 到网络中的下一结点。数据链路层的主要功能概括如下：
(1) 数据链路的管理 和物理层相似，数据链路层要负责建立、维持和释放数据链路 的连接。（包括同步、站址确认、收发关系的确定、最终一次传输 的表示等。）
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型 OSI参考模型中的数据传输过程
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型 TCP/IP参考模型简介
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型
OSI参考模型和TCP/IP参考模型的比较：
（1）TCP/IP虽然也分层，但其层次之间的调用关系不像OSI 那样严格。在OSI参考模型中，两个N层实体之间的通信必须经 过（N—1）层。但TCP/IP可以越级调用更低层提供的服务。这 样做可以减少一些不必要的开销，提高了数据传输的效率。
典型的EIA-232-D规程特性
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第三章 开放系统互连参考模型
3.2 物理层协议 物理层协议举例（EIA RS-232C/D接口标准）
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3.2 物理层协议 物理层协议举例（EIA RS-232C/D接口标准）
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第三章 开放系统互连参考模型
3.2 物理层协议 物理层协议举例（EIA RS-232C/D接口标准）
一个系统是开放的，是指它可以与世界上任何地方的遵守 相同标准的其他任何系统通信。
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型 （一）OSI参考模型的结构及功能划分 OSI参考模型提供了概念性和功能性结构。该模型将开放 系统的通信功能划分为七个层次。各层协议细节的研究是各自 独立进行的。这样一旦导入新技术或提出新的业务要求时，就 可以把由通信功能扩充、变更所带来的影响限制在直接相关的 层内，而不必改动全部协议。
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3.2 物理层协议
1. 物理层的功能
物理层是OSI参考模型的最低层，其任务就是为它的上一 层提供一个传输数据的物理连接。在这一层，数据仅作为原始 的比特流（bit流）进行处理。
该层规定了网络设备之间的物理接口特性及通信规则，即， 规定了为建立、维护和拆除物理链路（通信结点之间的物理路 径）所需的机械、电气、功能和规程特性。其作用是确保比特 流在物理信道上传输。
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3.1 OSI参考模型
(2) 数据链路层 数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点之 间的通信问题，传送的协议数据单元称为数据帧。数据帧中包 含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校验码等信息。 该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可 靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。此外， 数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控 制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓 冲器溢出及线路阻塞。
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3.2 物理层协议 物理层协议举例（EIA RS-232C/D接口标准）
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3.3 数据链路层 1. 数据链路层的功能 数据链路层是OSI参考模型的第二层，该层解决两个相邻
节点之间的通信问题，实现两个相邻节点链路上无差错的协议 数据单元传输。数据链路层传输的协议数据单元称为数据帧。
3、这种分层带来的好处 4、网络的体系结构
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3.1 OSI参考模型 OSI参考模型：为实现开放系统互连所建立的分层模型。 目的：是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架， 并为保持相关标准的一致性和兼容性提供共同的参考。 所谓开放：是强调对OSI标准的遵从。开放并不是指特定的 系统实现具体的互连技术或手段，而是对可使用的标准的 共同认识。
(7) 应用层 应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络
的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件
传输、收发电子邮件等。
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型
OSI参考模型中的数据传输过程
以上简单介绍了OSI参考模型各层的功能，那么，按照 这样的分层结构，信息传输的过程是如何进行的呢？
EIA RS-232C和EIA RS-232D是一种目前使用最广泛的串 行物理接口，其定义的连接器的机械特性主要有以下两点：
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3.2 物理层协议
☆ 建议使用25针连接器(DB-25)。 ☆ 在DTE一侧采用孔式插座形式，DCE一侧采用针式插头形式， 并对连接器的尺寸、针或孔芯的排列位置等都作了确切的规定， 如图所示：
为数据线、控制线、定时线和接地线等。
DB-25的引线分配
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3.2 物理层协议
(4) 规程特性
规程特性定义DTE和DCE通过接口连接时，各信号线进行二进 制位流传输的一组操作规程（动作序列），如，怎样建立、维持和 拆除物理连接，全双工还是半双工操作等等。下图就是一种典型的 DTE根据EIA-232-D规程特性进行数据发送流程图、信号时序与操 作过程。
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第三章 开放系统互连参考模型
3.2 物理层协议 2. 物理层协议（标准）的内容
物理层接口协议实际上是（数据终端设备）DTE和（数据 通信设备）DCE或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网 络结点与物理信道如何连接的问题。
(1) 机械特性 规定物理连接器的规格尺寸、插针或插孔的数量和排列情
况、相应通信介质的参数和特性等。例如，PC机上的COM1和 COM2接口称为RS-232接口，使用的是典型的物理层协议RS232C和RS-232D。（这两种接口标准基本是等同的）
EIA-232-D的电气连接
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3.2 物理层协议 DTE与DCE接口的各根导线（也称电路）的电气连接方
式有非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式和平衡方式 三种。
① 非平衡方式。 ② 采用差动接收器的非平衡方式。 ③ 平衡方式
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3.2 物理层协议 (3) 功能特性 功能特性规定各信号线的功能或作用。信号线按功能可分
第三章 开放系统互连参考模型
本章主要内容 3.1 OSI参考模型 3.2 物理层协议 3.3 数据链路层协议 3.4 网络层协议 3.5 传输层及高层协议 3.6 OSI参考模型与现场总线通信模型 3.7 一致性与互操作性测试技术
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第三章 开放系统互连参考模型
引言： 1、计算机网络协议 2、计算机网络怎么会和层次有关系呢 ？
3.1 OSI参考模型
(5) 会话层 会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进 程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间 的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。 例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。
(6) 表示层 表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题， 以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。 如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的 多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据 压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。
在局域网中，数据链路层又被划分为逻辑链路控制子层（LLC）
和介质访问控制子层（MAC）。
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第三章 开放系统互连参考模型
3.3 数据链路层 1. 数据链路层的功能
（2） 帧同步功能 为了使传输中发生差错后只将出错的 有限数据进行重发,数据链路层将比特流组织成以帧为单位传 送。帧的组织结构必须设计成使接收方法能够明确的从物理 层收到比特流中对其进行识别，也即能从比特流中区分出帧 的起始与终止，这就是帧同步要解决的问题。由于网络传输 中很难保证计时的正确和一致，所以不能采用依靠时间间隔 关系来确定一帧的起始与终止的方法。下面介绍几种常用的 帧同步方法。
(4) 传输层 传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和 透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该 层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在 两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、 可靠的数据通路。传输层传送的协议数据单元称为段或报文。
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第三章 开放系统互连参考模型
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型
(3) 网络层 网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数 据单元称为数据包或分组。该层的主要作用是解决如何使数据包 通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包 送到目的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成 网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当 数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互 连的问题。
OSI的参考模型分层的原则：是将相似的功能集中在同一层 内，功能差别较大时则分层处理，每层只对相邻的上、下层定 义接口。
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型 （一）OSI参考模型的结构及功能划分
OSI参考模型
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型
(1) 物理层 物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据 链路层提供物理连接。为此，该层定义了物理链路的建立、维 护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。机械方面规定 连接器的类型、尺寸，插脚的数目及所使用的电缆类型等；电 气方面则规定网络上所传输信号的电气范围（多大的电压表示1， 多大的范围表示0）以及信号的编码方法等；功能方面则规定每 个引脚代表的是什么意义；规程方面规定在相邻两个节点之间 传送电气信号时的工作顺序。除此之外，物理层还规定通信信 道上信号的传输速率等。
（2）TCP/IP一开始就考虑到了异种网的互连问题，并将互连 网协议作为TCP/IP的重要组成部分。而ISO只考虑到用一种统 一标准的公用数据网将各种不同的系统互连在一起，根本未想 到异种网的存在，这是OSI/RM的一大缺点。
（3） OSI模型有3个主要明确概念：服务、接口、协议。而 TCP/IP参考模型最初没有明确区分这三者。这是OSI模型最大的贡 献。
在OSI参考模型中，不同主机对等层之间按相应协议进 行通信，同一主机不同层之间通过接口进行通信。除了最低 层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等 层之间的通信均为逻辑通信。在这个模型中，每一层将上层 传递过来的通信数据加上若干控制位后再传递给下一层，最 终由物理层传递到对方物理层，再逐级上传，从而实现对等 层之间的逻辑通信。
（a）DB-25
（b）DB-9
RS-232C或D规定的连接器的机械特性
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第三章 开放系统互连参考模型
3.2 物理层协议 (2) 电气特性 电气特性规定了在链路上传输二进制比特流有关的电路特
性，如信号电压的高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等， 通常包括发送器和接收器的电气特性以及与互连电缆相关的有 关规则等。
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第三章 开放系统互连参考模型
3.1 OSI参考模型
（4）TCP/IP一开始就向用户同时提供可靠服务和不可靠服 务，而OSI在开始时只考虑到向用户提供可靠服务。相对说来， TCP/IP更侧重于考虑提高网络传输的效率，而OSI参考模型更 侧重于考虑网络传输的可靠性
（5）通信方式上面，在网络层OSI模型支持无连接和面向 有连接的方式，而TCP/IP模型只支持无连接通信模式；在传输 层OSI模式仅有面向有连接的通信，而TCP/IP模型支持两种通 信方式，给用户选择机会。这种选择对简单的请求－应答协议 是非常重要的。