OSI七层模型详解

1.1 网络分层

本课主要介绍了两种不同的分层结构：OSI分层模型和Cisco三层模型。
分层的优点：
1． 把复杂的网络划分成为更容易管理的层。
2． 改变一个层的时候不会影响到其他的层，这使得应用程序开发者可以特定的设计和开发。
3． 因为在当今的网络环境中，没有一个厂家能完整的提供整套解决方案和所有的设备，在多厂商环境下定义一个标准接口，即"即插即用"。

　　1.2 OSI七层模型的主要功能及工作在各层的设备


一、理解OSI相关模型

　　为什么要学OSI？最重要的原因是：OSI七层模型是描述网络协议实现背后的内容和功能的最好工具、学习网络结构、网络原理、网络设备就必须从。OSI的全称是开放式网络互联（Open Systems Interconnection）
OSI的历史和现状: 国际标准化组织( I S O )创建了O S I 模型，并在1 9 8 4 年发布，以为供应商提供一个网络模型　，这样它们的产品可以在网络上协调工作。O S I 参考模型提供了层次分析工具，以理解互连技术，以及当前和未来网络发展的基础。

二、利用OSI分层的好处和概念

　　1、使人们容易探讨和理解协议的许多细节。
　　2、在各层间标准化接口，允许不同的产品只提供各层功能的一部分，（如路由器在一到三层），或者只提供协议功能的一部分。（如Win95中的Microsoft TCP/IP）
　　3、 创建更好集成的环境。
　　4、 减少复杂性，允许更容易编程改变或快速评估。
　　5、 用各层的headers和trailers排错。

　　较低的层为较高的层提供服务。

三、OSI七层的功能及各层的协议和数据格式

　　OSI Layers 　　　　 功能　　　　　 　　　　协议、数据格式或设备

　　Application 　　为应用程序提供通信服务 　　　　　FTP，WWW browsers

　　　　　　　　　　例：Word processor 　　　　　　Telnet、NFS、SMTP

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　gateways、mail等

　　Presentation 　　主要作用是定义数据格式　　　　　　TIFF,GIF,JPEG

　　　　　　　　　　　如：二进制或ASCII传输 　　　　　　ASCII,MPEG,MIDI

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HIML

　　Session 　　　　　定义怎样开始，控制和结束 　　　　RPC,SQL,NFS,

　　　　　　　　　　　　会话conversations如ATM机 　　　NetBIOS names

　　　　　　　　　　　　的事务处理双向传输 　　　　　　　AppleTalk ASP

　　Transport 　　　　　第四层包括选择是否提供　　　　　TCP,UDP,SPX

　　　　　　　　　　　　错误恢复的协议

　　　　　　　　　　　　如TCP→分民packet→

　　　　　　　　　　　　IP→TCP组合成segment

　　Network 　　　　　　定义包的端对端的传送 　　　　　　IP，IPX

　　　　　　　　　　　　也定义了根据媒体的不同具 　　　　Appletalk DDP

　　　　　　　　　　　　把packet分割成更小的packet　　　路由器

　　　　　　　　　　　

　　Data Link 　　　　指定从一个具体的链路或媒体传输 　　Frame Relay

　　　　　　　　　　　数据，定义通过不同的链路传输　　　　HDLC,PPP

　　　　　　　　　　　例：802，3，802，2定义Ethernet　　 1EEE802,3/802,2

　　　　　　　　　　　怎样工作，HDLC→Point-to-point 　　FDDL,ATM

　　　　　　　　　　　WAN Link 　　　　　　　　　　　　网卡、网桥、交换机

　　Physical 　　　　物理媒件的物理特性 　　　　　　　　　　E 1A /T 1A ，232

　　 　　　　　　　　Commector,pin,electrical current　 E 1A /T 1A -449

　　　　　　　　　　Eneoding.例：RJ45定义wires/pins　　　 V.35,V.24

　　　　　　　　　　Ethernet和802.3定义wires/ 　　　　　　RJ45,Ethernet

　　　　　　　　　　pins1,2,3 ,6 　　　　　　　　　　　　802.3,802.5 FDDI

四、在不同的计算机的相同层的通信

　　主机A 　　　　　　　　　　　　　主机B 　　　　　　　　
　　　　　
　　Application 　　　　　　　　　　Application
　　　　　
　　Presentation　　　　　　　　　　Presentation
　　　　　
　　Session 　　　　　　　　　　　　Session
　　　　　
　　Transport 　　　　　　　　　　　Transport
　　　　　　　　
　　Network 　　　　Network　　　　　　 Network
　　　　　　　　
　　Data Link 　　　Data Link 　　　　　Data Link
　　　　　　　　
　　Physical　　　　Physical　　　　　　Physical

　　　　　　　　　　路由器（仅仅具有三层的功能）

五、Data Encapsulation 数据封装及数据包的名称

　　　　　数据格式　　　　　　　 OSI层　　　　　　　 数据包的名称

　　1　　 Data　　　　　　　　　 应用层 　　　　　　　DATA
　
　　2 　　TCP Data 　　　　　　　传输层 　　　　　　　SEGMENT

　　3 　　IP TCP Data 　　　　　网络层　　　　　　　　PACKET

　　4 　　LH IP TCP Data LT 　　数据链路层　　　　　 FRame
　
　　5 　　00100101011110110 　　物理层 　　　　　　　BITS

六、面向连接和非面向连接的协议

　　Connection-Oriented 　　VS　 　Connectionless

　　Connection-oriented 　　Error Recovery (reliability)　　　 LLC type2、TCP、SPX、X.25

　　Connection-oriented 　　Pre-established Pathing　　　　　　X.25、Frame Relay、ATM

　　Connectionless　　　　　简单地发送数据，没有用于 　　　　　　IPX、UDP

　　　　　　　　　　　　　　 错误恢复或建立路径的开端 　　　　　　LLC type 1

　　区别error detection 和error Recovery

　　错误检测： 用FCS来检测传输中的错误

　　错误恢复： 丢失数据导致重传

　　错误恢复的三个步骤：

　　1、 用初始化流来创建一个连接的协定。

　　2、 为连接定义headers，如TCP头。

　　3、 发送者需要确认数据已经送到。

　　Error Recovery协议的例子和他们的特性

　　Feature 　　　　　　　　　　　TCP 　　　　　　SPX　　　　　　 LLC2

　　在两个方向都进行确认吗? 　　　Yes 　　　　　　Yes　　　　　　　Yes

　　转发确认？　　　　　　　　　　 Yes 　　　　　　Yes　　　　　　 Yes

　　用byte或frame/packet计数？ 　Bytes 　　　　　Packets　　　　 Frames

　　全部重传达，或仅传一个再等待，然后重传 仅传一个 全部重传 全部重传

七、流控制（flow control）

　　流控制的原因是发数据的计算机发得比接收者更快，或者比中间的设备转发得快。

　　而没有流控制会导致包被丢弃。

　　3个基本方法：

　　1、Buffering　 仅仅接收方用足够大的缓冲空间放置入站数据直至其被处理，不尝试 去减慢发送者的速度。

　　2、Congestion Avoidance 接收者通知其Buffer已经满了。

　　3、 Windowing 窗口是指发送者不需确认acknowledgement 可以发送的最大数据量

　　流控制方法--总结
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Buffering 　　　　　　　　(别名)　　　　　　　　　　　　　 N/A
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Congestion Avoidance 　　Stop/Start，RNR, Source Quench　　　 SDLC
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　LAPB,LLC2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Windowing 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TCP.SPX.LLC2

1.3 以太网基础知识

一、Data Link (Layer2)Functions

　　第二层协议：Ethernet、Token Ring、HDLC、Frame Relay、HDLC是Cisco路由器的默认Data Link协议（封装）

　　Function 1：Arbitration仲裁。

　　Ethernet用CSMA/CD. Carrier Sense Multiple Access/Collision Defect

　　Token Ring 使用Token令牌。

　　HDLC不需仲裁，HDLC是point-to-point link ,全双工，可以同时发送数据。

　　Frame Relay full duplex link 不需仲裁

　　　　　　

　　常见frame类型

　　·Function2:LAN Addressing

　　LAN MAC Address 术语和特性：

　　MAC　　　　　　　　　 　　　　　　　　　Media Access Control.802.3(Ethernet)和

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　802.5（Token Ring）

　　Ethernet Address, NIC Address　　　　 Media Access Control.802.3(Ethernet)和

　　LAN address, Token Ring address 　　　802.5（Token Ring）

　　Card Address或Burnet-in-address　　　　由供应商烧在LAN卡中的ROM或EEPROM中的地址

　　Locally Administrated Address：　　　　通过配置，可以代替烧卡地址

　　Unicast Address 单点传送地址： 　　　　网卡的一个特定的MAC地址

　　Broadcast Address 广播地址： 　　　　　所有的网卡都要接收的目标地址

　　Multicast Address 多播地址： 　　　　　特定的一组网卡的相同地址(不能用于令牌环)

　　Function Address功能地址 ： 　　　　　用于令牌环，指定保留的服务给特定的设备

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　如Source-route桥用RPS功能地址

　　HDLC不用地址，因为是点对点链路

　　Frame Relay Virtual Circuits

　　Data-link connection identifiers DLCI


　　Function 3：Error Detection

　　Frame check sequence(FCS) 帧校验排序

　　Cyclical redundancy check(CRC) 循环冗余校验

　　　

　　802.2、SAP、 SNAP、 HPLC、 Frame Relay的帧不相同。

二、全双工和半双工

　　10BaseT Full-Duplex操作：因为不可能冲突，不需要Loopback到接收Pair

　　　　　


　　快速以太网的特点：
　　
　　① 快速100Mbps


　　② 自动控制，允许设备决定另一端设备的类型，是半双工还是全双工

　10BaseT Half-Duplex操作：需要Loopback到本网卡，防止同时发数据和收数据。

1.4 Cisco三层分布式模型及设备

　　这是思科自己定义的分布式模型，理解Cisco三层分布式模型可以帮助我们准确选择合适的思科设备

　　访问层：直接控制到桌面的网络连接，大多使用底端交换机，如cisco1900系列、 cisco2900系列交换机

　　分布层：连接访问层设备，提供访问列表、数据包过滤及排序、安全和网络策略、路由等功能，大多使用路由器，如cisco2500系列、cisco2600系列、cisco3600系列路由器。

　　核心层：作为主干的高带宽、高速度、高可用性、低延迟以及使用收敛时间较短的路由协议，大多使用高端的交换机，如cisco4000系列、cisco5000系列、cisco8500系列交换机。

1.5 线缆

　　以太网是非常成熟的技术，现在的许多网络线缆都是以太网标准的，如100BaseTX等，这里的100指的是快速以太网，带宽为100Mbit/s, 而Base指的是用数字信号传送信息的基带，TX则是指的线缆类型是5，6，7类的UTP双绞线。具体的线缆类型见教材。

　　常用的UTP线缆类型：

　　Straight-Through直通线：用于PC机与集线器、交换机的连接

　　Crossover交叉线： 用于集线器、交换机之间的连接，两台PC机互联也需用此类线

　　Rollover反转线：用于将PC机的COM口和交换机或路由器的CONSOLE口相连，在PC机的超级终端进行交换机或路由器的配置 。