軌道交通信號網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)——網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)參考模型2.2(第二節(jié))

1、大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院1 2.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)參考模型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)參考模型 在計算機網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生之初，每個計算機廠商都有一套自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念，它們之間互不相容。為此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在1979年建立了一個分委員會來專門研究一種用于開放系統(tǒng)互聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)（Open Systems Interconnection，OSI），“開放”這個詞表示：只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個系統(tǒng)可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進行連接。這個分委員會提出了開放系統(tǒng)互聯(lián)，即OSI參考模型，它定義了異質(zhì)系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)框架。OSI參考模型分為7層，分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、

2、表示層和應(yīng)用層，每一層使用下層提供的服務(wù)，并向其上一層提供服務(wù)。 OSI簡介：簡介：大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院2應(yīng)用層應(yīng)用層表示層表示層會話層會話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層1234567低層協(xié)議：負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸高層協(xié)議：負(fù)責(zé)主機之間的數(shù)據(jù)傳輸OSI七層功能：七層功能：高層和低層接口協(xié)議大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院3 2.2.1 OSI模型的層次體系結(jié)構(gòu)模型的層次體系結(jié)構(gòu) 發(fā)送進程送給接收進程數(shù)據(jù)，實際上是經(jīng)過發(fā)送方各層從上到下傳遞到物理媒體；通過物理媒體傳輸?shù)浇邮辗胶?，再?jīng)過從下到上各層的傳遞，最后到達(dá)接收進程。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院4在發(fā)送方從上到下逐層傳遞的過

3、程中，每層都要加上適當(dāng)?shù)目刂菩畔?，即圖中和H7、H6、.、H1，統(tǒng)稱為信息頭（報文頭或報頭）。到最底層成為由“0”或“1”組成和數(shù)據(jù)比特流，然后再轉(zhuǎn)換為電信號在物理媒體上傳輸至接收方。接收方在向上傳遞時過程正好相反，要逐層剝?nèi)グl(fā)送方相應(yīng)層加上的控制信息。 應(yīng)用層應(yīng)用層表示層表示層會話層會話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層報文數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)報、段（塊）數(shù)據(jù)報幀位大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院5 2.2.2 OSI模型的各層功能模型的各層功能1 1、物理層、物理層OSI的第一層，最低層，直接與傳輸介質(zhì)相接，在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)氖嵌M制比特流，通過接口從一臺設(shè)備傳遞給另一臺設(shè)備，

4、向上為數(shù)據(jù)鏈路層提供位流傳輸服務(wù)。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院6l通信數(shù)據(jù)（比特流）在物理層實體間的傳輸是在兩臺相鄰的設(shè)備之間進行的。設(shè)備主要有兩大類：數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE。通信的抽象模型如下圖所示。DTE(Date Terminal Equipment)指的是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，是對屬于用戶所有的連網(wǎng)設(shè)備或工作站的統(tǒng)稱，它們是通信的信源或信宿，如計算機、終端等；DCE(Date Circuit Terminating Equipment 或 Date Communications Equipment)，指的是數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備或數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是對為用戶提供入接點的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)稱，如自動

5、呼叫應(yīng)答設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器等。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院7l物理層并不關(guān)心傳輸過程中比特流的含義，只關(guān)心與網(wǎng)絡(luò)的物理連接及信號的發(fā)送和接受。物理層協(xié)議規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)接口的機械連接特性、電氣信號特性、信號功能特性以及交換電路的過程特性，便于不同的制造廠家能夠根據(jù)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)制造設(shè)備，相互兼容。1、機械特性機械特性：規(guī)定了物理連接時對插頭和插座的幾何尺寸、插針或插孔芯數(shù)及排列方式、鎖定裝置形式等。2、電氣特性電氣特性：規(guī)定了在物理連接上導(dǎo)線的電氣連接及有關(guān)的電咱路的特性，一般包括：接收器和發(fā)送器電路特性的說明、表示信號狀態(tài)的電壓/電流電平的識別、最大傳輸速率的說明、以及與互連電纜相關(guān)的規(guī)則等。3、功能特性功

6、能特性：規(guī)定了接口信號的來源、作用以及其它信號之間的關(guān)系。4、過程特性過程特性：規(guī)定了使用交換電路進行數(shù)據(jù)交換的控制步驟，這些控制步驟的應(yīng)用使得比特流傳輸?shù)靡酝瓿伞?大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院8l物理層解決的主要問題物理層解決的主要問題 實現(xiàn)位同步：一位一位傳輸 數(shù)據(jù)信號的傳輸：傳輸方式 接口設(shè)計：接口標(biāo)準(zhǔn)一致 信號傳輸?shù)囊?guī)程：良好的傳輸規(guī)程l物理層的功能物理層的功能 （1）實現(xiàn)實體之間的按位傳輸 （2）監(jiān)督比特流轉(zhuǎn)換成電磁信號 （3）完成對數(shù)據(jù)傳輸物理信道的建立、保持和拆除大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院92、數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 接收來自上層的數(shù)據(jù)，給它加上某種差錯校驗位（因為物理信道有噪聲）、數(shù)據(jù)

7、鏈路協(xié)議控制信息和頭、尾分界標(biāo)志，變成幀（數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單位），從物理信道發(fā)送出去：同時處理接收端的回答，重傳出錯和丟失的數(shù)據(jù)幀，保證按發(fā)送次序把數(shù)據(jù)幀正確地交給對方。 提供訪問控制，負(fù)責(zé)物理尋址和對網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的物理訪問提供出錯糾正和數(shù)據(jù)流控制，建立和維護網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的數(shù)據(jù)鏈路連接。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院10l 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能（數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能（7 7種）種）幀同步：幀同步：此層傳輸單位是幀，幀是將物理層傳輸?shù)谋忍亓靼凑找欢ǜ袷竭M行分塊后的信息塊。幀同步就是指接收方能夠準(zhǔn)確的知道幀開始和幀結(jié)束的位置。尋址：尋址：加入報文頭和尾部信息，包含了最近節(jié)點和下一節(jié)點的物理地址，從而保證每幀

8、送到正確地址且接收準(zhǔn)確。訪訪問控制問控制：當(dāng)兩個以上的設(shè)備連接到同一條鏈路是，協(xié)議必須能夠決定由哪個設(shè)備獲取鏈路的控制權(quán)。流量控制：流量控制：為了防止接收方過載，此層協(xié)議約束了發(fā)送方一次可以發(fā)送的數(shù)據(jù)量和發(fā)送速率，同時加上序號，使接收節(jié)點可以控制數(shù)據(jù)幀的順序。差錯控制：差錯控制：利用編碼技術(shù)，主要方法有向前糾錯和反饋重發(fā)。常用的差錯控制編碼方法是循環(huán)冗余校驗法。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院11 鏈路管理：鏈路管理：通信前，先確認(rèn)對方已處于就緒狀態(tài)，并交換一些必要的信息以對幀序號初始化。在傳輸過程中則要維持該連接。若出現(xiàn)差錯，則重新初始化自動建立連接。傳輸完畢后則要釋放數(shù)據(jù)鏈路。 透明傳輸：透明傳輸

9、：無論數(shù)據(jù)為何種比特組合，都能在鏈路上傳輸。當(dāng)所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某一控制信息完全一樣時，就必須采取有效措施使接收方不會將這樣的數(shù)據(jù)認(rèn)為是某種控制信息，從而保證不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤傳。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院12l 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主要協(xié)議，2.4節(jié)數(shù)據(jù)必須有規(guī)定的字符集（如ASCII碼）中的字符構(gòu)成，傳送的控制信息也必須有同一字符幾種的若干個指定的控制字符組成。如IBM公司的二進制同步通信規(guī)程（BSC）。缺點：線路利用率低，可靠性差、不易擴展等。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院133、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層是OSI參考模型的第三層，介于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，它在數(shù)據(jù)鏈路層提供的兩個相鄰節(jié)

10、點之間傳輸數(shù)據(jù)幀的功能的基礎(chǔ)上，將源節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)分組送到目的節(jié)點，而從源節(jié)點到目的節(jié)點可能要經(jīng)過若干網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點，從而網(wǎng)絡(luò)層要向傳輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，包括可靠（虛電路）和不完全可靠（數(shù)據(jù)報）等兩種信息包傳輸業(yè)務(wù)。 大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院14l 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能網(wǎng)絡(luò)層的主要功能定址及尋址（包括網(wǎng)絡(luò)地址和設(shè)備地址）：定址及尋址（包括網(wǎng)絡(luò)地址和設(shè)備地址）：使用網(wǎng)絡(luò)地址，將數(shù)據(jù)由一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳送到另一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（同一網(wǎng)絡(luò)或不同網(wǎng)絡(luò)），告訴其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何找到自己，使用該地址可以判斷目標(biāo)設(shè)備是否位于同一網(wǎng)段。線路、報文及數(shù)據(jù)包交換：線路、報文及數(shù)據(jù)包交換：線路交換的優(yōu)點是不會產(chǎn)生阻

11、塞和延遲，缺點是得不到充分利用且建立連接需等待時間較長；報文交換采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，優(yōu)點是介質(zhì)利用率高，可以控制阻塞，可設(shè)置優(yōu)先級，缺點是實時性較差，不適合語音或視頻數(shù)據(jù)傳送；數(shù)據(jù)包交換是將數(shù)據(jù)分割成小段，只需將報文保存在內(nèi)存中，不必將整個信息存儲到物理存儲設(shè)備中。l路由選擇：路由選擇：為使數(shù)據(jù)包能夠正確的路由，需建立一個表示兩個網(wǎng)絡(luò)間最短距離的表，該表可以是靜態(tài)的也可以是動態(tài)的。l連接服務(wù)：連接服務(wù)：包括網(wǎng)絡(luò)層流量控制、網(wǎng)絡(luò)層差錯控制和數(shù)據(jù)包順序控制。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院15大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院164、傳輸層：介于高層和低層之間傳輸層：介于高層和低層之間接口層接口層傳輸層大連交通大學(xué)電

12、氣信息學(xué)院17l 傳輸層的主要功能傳輸層的主要功能 對高層來說，屏蔽了下面通信子網(wǎng)的細(xì)節(jié)，使高層用戶感覺到就好像是在兩個傳輸實體之間有一條端到端的可靠的通道，它向會話層提供獨立于網(wǎng)絡(luò)層的傳輸服務(wù)，在會話層和網(wǎng)絡(luò)層之間起到承上啟下的作用，實現(xiàn)兩層間數(shù)據(jù)的透明傳輸。具體講包括以下五方面：建立傳輸連接：建立傳輸連接：連接方式有面向連接（TCP協(xié)議）和無連接（UDP協(xié)議）；一般采用面向連接的服務(wù)，面向連接經(jīng)歷的三個階段：a.傳輸連接的建立，b.數(shù)據(jù)交換，c.傳輸?shù)牟鸪?shù)據(jù)塊排序：數(shù)據(jù)塊排序：由于網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包交換方式，數(shù)據(jù)到達(dá)目標(biāo)設(shè)備時是無序的狀態(tài)，因此在數(shù)據(jù)到達(dá)會話層之前將數(shù)據(jù)塊重新排序，確保其數(shù)

13、據(jù)的正確性。差錯控制：差錯控制：利用校驗和等方法檢驗數(shù)據(jù)中錯誤，若沒有收到某段數(shù)據(jù)還能請求重新發(fā)送數(shù)據(jù)。流量控制：流量控制：使用確認(rèn)信息來進行流量控制。確認(rèn)之前不會傳送下一段數(shù)據(jù)。多路復(fù)用：多路復(fù)用：兩種方式，向上多路復(fù)用和向下多路復(fù)用；向上多路復(fù)用向上多路復(fù)用:把多個連接復(fù)合到下一層連接上實現(xiàn)多路復(fù)用；向下多路復(fù)用向下多路復(fù)用:把單個連接進行分割，連接到多個下一層連接上實現(xiàn)多路復(fù)用，如將一條傳輸連接分割，通過網(wǎng)絡(luò)層的四條虛電路連接至遠(yuǎn)程主機。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院18大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院195、會話層：會話層：此層不參與數(shù)據(jù)傳輸，但它對數(shù)據(jù)傳輸進行管理。它在兩個互相通信的進程之間，建立

14、、組織和協(xié)調(diào)其交互。例如，確定是雙工工作（同時收發(fā)），還是半雙工工作（交替收發(fā)）。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院20l 會話層的主要功能會話層的主要功能會話連接的建立與釋放：會話連接的建立與釋放：建立：兩個設(shè)備的表示層（實體）間建立一條會話連接，并利用會話地址來識別表示實體。設(shè)置各種參數(shù)。連接的釋放：有序釋放，完整的握手，請求、指示、響應(yīng)和確認(rèn)。突然釋放，由會話的任一方發(fā)出，一旦發(fā)出，會話即刻終止。數(shù)據(jù)交換：數(shù)據(jù)交換：采用半雙工的方式，符合人的會話方式，會話層協(xié)議維持一種輪番講話的方式。會話同步：會話同步：在發(fā)生錯誤或不符合協(xié)議的事件情況下，讓會話實體返回到一個已知的狀態(tài)?？筛鶕?jù)這個已知狀態(tài)確認(rèn)重發(fā)

15、點?；顒庸芾恚夯顒庸芾恚鹤層脩舭褕笪牧鞣殖杀环Q為“活動”的邏輯單元，每一個活動完全獨立于其它的活動，活動可以被中斷，且在以后重新執(zhí)行時不會丟失信息。異常報告：異常報告：如果一方用戶遇到麻煩，可以通過會話異常報告來通知另一方的用戶。會話層稱作網(wǎng)絡(luò)通信的“交通警察交通警察”。當(dāng)通過撥號向你的ISP（因特網(wǎng)服務(wù)提供商）請求連接到因特網(wǎng)時，ISP服務(wù)器上的會話層向你與你的PC客戶機上的會話層進行協(xié)商連接。若你的電話線偶然從墻上插孔脫落時，你終端機上的會話層將檢測到連接中斷并重新發(fā)起連接。會話層通過決定節(jié)點通信的優(yōu)先級和通信時間的長短來設(shè)置通信期限。就此而論，會話層如同一場辯論競賽中的評判員。例如，如果

16、你是一個辯論隊的成員，有2分鐘的時間闡述你公開的觀點，在1分3 0秒后，評判員將通知你還剩下30秒鐘。假如你試圖打斷對方辯論成員的發(fā)言時，評判員將要求你等待，直到輪到你為止。最后，會話層監(jiān)測會話參與者的身份以確保只有授權(quán)節(jié)點才可加入會話。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院226、表示層：表示層：此層保持信息的原有含義，由于信息雙方表示數(shù)據(jù)的內(nèi)部方法往往不一致，所以需要建立數(shù)據(jù)交換格式和約定來確保雙方能夠相互理解。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院23l 表示層的主要功能表示層的主要功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：不同廠家生產(chǎn)的計算機具有不同的內(nèi)部數(shù)據(jù)表示。即使所有的位模式都正確接收，也不能保證數(shù)據(jù)含義的不變。人們要的是保

17、留含義，而不是位模式。為了解決此類問題，必須進行數(shù)據(jù)表示方式的轉(zhuǎn)換。可以在發(fā)送方轉(zhuǎn)換，也可以在接收方轉(zhuǎn)換，或者雙方都向一種標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)的格式化：數(shù)據(jù)的格式化：將輸入的數(shù)據(jù)按照一定的格式進行組織和改變。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院24數(shù)據(jù)壓縮：數(shù)據(jù)壓縮：表示層完成的重要任務(wù)，因為通信數(shù)據(jù)要占用海量的存儲空間和大量的通信信道寬帶。分為有損壓縮和無損壓縮，無損壓縮有分為符號有限集合編碼及替換、依賴于符號使用的相對頻度或符號出現(xiàn)的上下文編碼等三類。數(shù)據(jù)壓縮大多是通過一些編碼方法，如霍夫曼編碼等。數(shù)據(jù)加密：數(shù)據(jù)加密：加密可以在任何一層上實現(xiàn)，但實際應(yīng)用中常常在物理層、傳輸層和表示層三層實現(xiàn)加密。在物理

18、層加密的方案叫做鏈路加密，它的特點是可以對整個報文進行加密；在傳輸層實現(xiàn)加密可以提高有效性，因為表示層可以對數(shù)據(jù)事先進行壓縮處理；而在表示層可以有選擇地對數(shù)據(jù)實現(xiàn)加密。軟件硬件都可以實現(xiàn)，加密方法分兩種：替換密碼和轉(zhuǎn)置密碼。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院257、應(yīng)用層：應(yīng)用層： 應(yīng)用層是OSI模型的最高層，該層是用戶的應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)的接口。該層對應(yīng)用進程進行了抽象，它只保留應(yīng)用進程中與進程間交互有關(guān)的那些部分。應(yīng)用層并不是要把各種應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化，它所標(biāo)準(zhǔn)化的是一些應(yīng)用進程經(jīng)常使用的功能，以及實現(xiàn)這些功能所要使用的協(xié)議，即應(yīng)用層直接為用戶的應(yīng)用進程提供服務(wù)。大連交通大學(xué)電氣信息學(xué)院26它包含了系統(tǒng)管理員管

19、理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所涉及的所有問題和基本功能。它在第六層提供的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)表示等各種服務(wù)的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供完成特定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能所需的各種應(yīng)用層協(xié)議。簡單一點描述應(yīng)用層應(yīng)該是，用戶通過應(yīng)用層的協(xié)議去完成用戶想要完成的任務(wù)。用戶應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)的接口用戶應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)的接口例例：如果你想上網(wǎng)，那么你會首先打開IE；瀏覽器里輸入想要沖浪的網(wǎng)址http:/，如果可以上網(wǎng)的話自動會出現(xiàn)網(wǎng)頁畫面，網(wǎng)頁本身沒有在本地，那怎么可以瀏覽網(wǎng)頁呢，這是因為有了應(yīng)用層的協(xié)議http(超文本傳輸協(xié)議)來幫助用戶與遠(yuǎn)端的WEB服務(wù)器進行連接且請求傳輸文件，就這樣用戶就可以通過應(yīng)用層的協(xié)議來完成用戶要瀏覽網(wǎng)頁的任務(wù)了。 常用的應(yīng)用層協(xié)議：應(yīng)用層協(xié)議： HTTP：超文本傳輸協(xié)議 FTP：文件傳輸協(xié)議 TELNET：遠(yuǎn)程登錄 SMTP：簡單郵件傳輸協(xié)議 NNTP：網(wǎng)絡(luò)新聞組傳輸協(xié)議 DNS：域名解析協(xié)議接收端重復(fù)上述相反的流程l第7層應(yīng)用層直接對應(yīng)用程序提供服務(wù)，應(yīng)用程序可以變化，但要包括電子消息傳輸；l第6層表示層格式化數(shù)據(jù)，以便為應(yīng)用程序提供通用接口。這可以包括加密服務(wù)；l第5層會話層在兩個節(jié)點之間建立端連接。此服務(wù)包括建立連接是以全雙工還是以半雙工的方式進行設(shè)置，盡管可以在層4中處理