本章介绍了OSI层次模型，阐述了数据在源和目标设备间的传送过程，以及集线器、交换机和路由器在网络中的角色。文中详细描述了每一层的功能和特点，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。还讨论了网络分层的优点以及冲突域和广播域的概念，强调了封装与解封装的过程以及交换机的工作原理。

1. 第二讲 OSI 层次模型

2. 本章目标 通过本章的学习，您应该掌握以下内容 : 掌握 OSI 分层模型 描述数据在源和目标设备间的传送过程 清楚集线器、交换机和路由器在网络中担当的角色和功能；懂得在什么情况下该用什么样的设备

3. CISCO 层次化的网络结构定义 分布层 核心层 访问层

4. 访问层特性 端接设备到网络的接入点 访问层

5. 分布层特性 访问层的汇接点 路由数据 分割广播域 / 多点传送域 介质转换 安全性 远程访问的接入点 分布层

6. 核心层特性 高速传送数据 对数据不作任何处理 核心层

7. 标准化组织 ISO ISO: 国际标准化组织 ( International Organization for Standardization ) OSI: 开放系统互联 ( open system interconnection ) 20 世纪 70 年代后期， ISO 创建 OSI 参考模型，希望不同供应商的网络能够相互协同工作，但迄今为止，这仍然是一个伟大的目标！

8. 网络分层的优点 分层的优点： 1. 促进标准化工作 , 允许各个供应商进行开发 . 2. 各层间相互独立 , 把网络操作分成低复杂性单元 , 利 于 troubleshooting 3. 灵活性好 , 某一层变化不会影响到别层，设计者可专心设计和开发模块功能 4. 各层间通过一个接口在相邻层上下通信

9. OSI 模式 应用层 ( 高 ) 会话层 表示层 应用层

10. OSI 模式 数据流层 传输层 数据链路层 网络层 物理层 应用层 ( 高 ) 会话层 表示层 应用层

11. 应用层作用 Telnet SMTP HTTP FTP 用户接口 应用层 第 7 层：应用层 (Application) 包含用户普遍需要的应用服务，例如虚拟终端、文件传输、远程登陆、电子数据交换以及电子邮件等。

12. 应用层作用 Telnet SMTP HTTP FTP ASCII EBCDIC JPEG 用户接口 数据表示 加密等特殊处理过程 例子 表示层 应用层 第 6 层：表示层 (Presentation) 处理被传送数据表示的解释工作（信息的语法和语义） ，包括数据转换、数据加密和数据压缩等。如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。 例如：在日期、货币、数值（特别是浮点数）等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；数据的加解密、压缩 / 解压缩等

13. 应用层作用 Telnet HTTP ASCII EBCDIC JPEG 保证不同应用间的数据区分 用户接口 数据表示 加密等特殊处理过程 Operating System/ Application Access Scheduling 例子 会话层 表示层 应用层 第 5 层：会话层 (Session) 建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。

14. 应用层作用 保证不同应用间的数据区分 用户接口 数据表示 加密等特殊处理过程 传输层 数据链路层 网络层 物理层 会话层 表示层 应用层 Telnet HTTP ASCII EBCDIC JPEG Operating System/ Application Access Scheduling

15. 数据流层的作用 EIA/TIA-232 V.35 物理层 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等 第 1 层：物理层 (Physical) 实现在物理媒体上透明地传送原始比特流，此层只看到 0 和 1 。

16. 数据流层的作用 802.3 / 802.2 HDLC EIA/TIA-232 V.35 数据链路层 物理层 将比特组合成字节进而组合成帧 用 MAC 地址访问介质 错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等 第 2 层：数据链路层 (Data Link)

17. 数据流层的作用 802.3 / 802.2 HDLC EIA/TIA-232 V.35 IP IPX 网络层 数据链路层 物理层 将比特组合成字节进而组合成帧 用 MAC 地址访问介质 错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址 第 3 层：网络层 (Network) 最佳路由选择和数据包转发

18. 数据流层的作用 TCP UDP 802.3 / 802.2 HDLC EIA/TIA-232 V.35 IP IPX 传输层 数据链路层 物理层 可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正 将比特组合成字节进而组合成帧 用 MAC 地址访问介质 错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等 网络层 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址 第 4 层：传输层 (Transport)

19. 数据流层的作用 TCP UDP 802.3 / 802.2 HDLC EIA/TIA-232 V.35 IP IPX 表示层 应用层 会话层 可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正 将比特组合成字节进而组合成帧 用 MAC 地址访问介质 错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等 传输层 数据链路层 物理层 网络层 提供路由器用来决定路径的逻辑寻址

20. PDU PDU （ protocol data unit): 每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。 上层 : message transport layer : segment Network layer: packet Data-link layer: Frame Physical layer: bit

21. OSI 参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。 为了提供服务，下层把上层的 PDU ( 协议数据单元 ,Protocol Data Unit) 作为本层的数据封装，然后加入本层的头部（和尾部）。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。 这样，数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包封了多层“信封”。 但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。

22. 封装与解封装 封装 （ encapsulate/encapsulation ）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫 ----- 封装 封装分为：数据分段和加控制信息 解封装：上述的逆向过程

23. 封装过程 上层数据 LLC 头 + IP + TCP + 上层数据 MAC 头 IP + TCP + 上层数据 LLC 头 TCP+ 上层数据 IP 头 上层数据 TCP 头 0101110101001000010 传输层 数据链路层 物理层 网络层 表示层 应用层 会话层 LLC 头 IP 头 FCS FCS

24. 解封装过程 上层数据 LLC 头 + IP + TCP + 上层数据 MAC 头 IP + TCP + 上层数据 LLC 头 TCP+ 上层数据 IP 头 上层数据 TCP 头 0101110101001000010 传输层 数据链路层 物理层 网络层 表示层 应用层 会话层

25. 数据传输过程 通 信 介 质 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据连路层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据连路层 物理层 网络层 数据连路层 物理层 通 信 介 质 传输层协议 会话层协议 表示层协议 应用层协议 端系统 A 端系统 B

26. 物理层功能 定义 介质类型 连接器类型 信令类型 Ethernet 802.3 V.35 物理层 EIA/TIA-232

27. Ethernet/802.3 的物理层 集线器 多个主机 主机 10Base2— 细缆以太网 10Base5— 粗缆以太网 10BaseT— 双绞线

28. 物理层设备 集线器 中继器 传输介质连接器

29. 集线器运行在物理层 物理层 所有设备在同一冲突域 所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽 A B C D

30. 集线器运行在物理层 放大信号，只能连接相同的局域网，把多个独立的物理网段连成一个大的物理网络

31. 用集线器搭建简单的网络 NIC HUB UTP PC 机 服务器

32. 冲突域 广播域 冲突 （ collision ）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的 帧 将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏 冲突域（ collision domain ）一个支持共享介质的网段 广播域 (broadcast domain) ：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为 router 不转发广播）

33. 集线器：同一个冲突域 接入设备越多冲突机率越大 用 CSMA/CD 技术

34. CSMA/CD 技术 载波侦听多路访问 / 冲突检测 CSMA/CD （ carrier sense multiple access/collision detect) ：一种 介质访问的控制方法 ，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而 CSMA/CD 机制就是用来解决这种冲突问题上

35. CSMA/CD 工作原理 当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送；如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个 JAM 阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。

36. CSMA/CD 特性 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信） 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性 这种 发送的不确定 性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率

37. 数据链路层功能 定义 源和目标的物理地址 与帧关联的高层协议 (SAP 服务访问点 ) 网络拓扑 帧顺序 数据流控制 数据链路层 物理层 EIA/TIA-232 v.35 Ethernet Frame Relay HDLC 802.2 802.3

38. MAC 子层 MAC 子层（ media access control): 负责 MAC 寻址和定义介质访问控制方法 , 定义了如何在物理线路上传输 frame ． MAC 子层一般的访问控制方式： 1. 争用式： FCFS （ first come first service) 2. 轮流式：访问时间可预见，不发生冲突；但是要有 Token 令牌 MAC 子层协议有： 802.3 802.5 FDDI （ fiber distributed data interface) 这三个 LAN 技术的不同在于帧结构和访问机制的不同

39. LLC 子层 LLC 子层（ logical link control): 为上层协议提供 SAP 服务访问点，并为数据加上控制信息，负责从逻辑上识别不同的协议类型． LLC 子层协议： 802.2 802.2 协议只在 LLC 子层，为以太网和令牌环网提供了通用功能

40. SAP 服务访问点 SAP （ Service Access Point 服务访问点）： LLC 子层为了网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点

41. 数据链路层功能 ( 续 ) 数据 源地址 FCS 长度 目标地址 可变长 2 6 6 4 0000.0C xx.xxxx 厂商自己分配 IEEE 分配 MAC 子层 - 802.3 前导符 Ethernet II 在这里用 “ Type” 指明上层协议，所以不用 802.2. MAC 地址 8 # 字节

42. 数据链路层功能 ( 续 ) 数据 目标 SAP 源 SAP 数据 源地址 FCS 长度 目标地址 可变长 1 1 802.2 (SAP) MAC 子层 - 802.3 Ctrl 1 or 2 3 2 前导符 数据 目标 SAP AA 源 SAP AA 可变长 1 1 802.2 (SNAP) Ctrl 03 1 or 2 OR OUI ID 类型

43. 交换机和桥运行在链路层 1. 网络微分段 2. 交换机是 OSI 模型的第二层设备 , 在 OSI 参考模型的数据链路层（第二层）工作，交换机根据进入端口数据帧的 MAC 地址来过滤、转发或扩散该数据帧

44. 交换机和桥运行在链路层 每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域 数据链路层 或 1 2 3 1 2 4

45. 交换机 每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发 缓冲区 交换

46. 交换机工作原理 学习源地址（构造端口 - 地址表） 过滤本网段帧（隔离冲突域） 转发异网段帧（交换） 广播未知帧（寻找目的站点）

47. 交换机三种转发方式 1. 存储转发（ Store and forward ） 整个帧完整接收并存储到缓冲区，对整个帧进行差错检验，然后再查表找出目的端口并转发 • 优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段 • 缺点：交换延迟比较大 2. 直通转发（ Cut-through ） 因为转发仅依赖于目的地址 DA ，所以只要收到帧的前 6 个字节 (DA 字段 ) ，就可查表找出目的端口并转发 • 优点：交换延迟小 • 缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段

48. 3. 无碎片直通（ Fragment free cut-through ） 以上两种方案的折衷。 接收了一帧的前 64 字节后，再查表找出目的端口并转发 ∵ 帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为 64B ， ∴ ＜ 64 字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧 ) 优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率 缺点：长度大于 64 字节的错误帧仍会转发，转发延时高 于直通式 有些交换可以先将每个端口配置为直通交换方式，当到达用户定义的出错限制时，将自动改变到存储转发方式。一旦错率降到限制以下，端口自动转回到直通交换模式。

49. 网络层功能 定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址 选择通过网络的路径 网络层 IP, IPX 数据链路层 物理层 EIA/TIA-232 v.35 Ethernet 帧中继 HDLC 802.2 802.3

50. 网络层功能 ( 续 ) 数据 源地址 目标地址 IP 头 172.15.1.1 主机号 网络号 逻辑地址 网络层端接设备的数据包

51. 路由器：运行在网络层 路由器在网络间传送基于网络层或者说第三层信息的的数据分组 路由器能够智能判定数据在网络上传送的最佳路径

52. 路由器 1. 控制部件（ CPU 、 RAM 、 IOS ） 2. 路由表 3. 协议软件 4. 网络接口（ LAN 、 WAN 、 CONSOLE ）

53. 路由器工作原理 工作原理 采用存储转发的方法： 接收并缓存 IP 数据分组，提取分组中的目的 IP 地址，然后查路由表决定转发路径。如果未查到，则丢弃该分组。 交换机也用查表的方法决定转发路径，但交换机的表是 “端口 -MAC 地址” 表，存放的是端口与目的 MAC 地址之间的关系，要用帧中的 MAC 地址查表； 而路由器中的路由表是 “端口 - 网络地址” 表，存放的是端口与目的网络地址之间的关系，故要从分组中提取 IP 地址，并解析出其中的网络地址部分来查表。

54. 网络层功能 ( 续 ) 11111111 11111111 00000000 00000000 10101100 00010000 01111010 11001100 二进制 掩码 二进制 地址 172.16.122.204 255.255.0.0 172 16 122 204 255 地址 掩码 255 0 0 网络部分 主机部分

55. 路由表 路由表 目标网络 端口 距离 10.0.0.0 20.0.0.0 40.0.0.0 S0 S0 E0 1 0 0 1.0 4.0 1.3 E0 4.3 S0 2.2 E0 20.2.2.1 S0 4.1 40.4.4.2 10.1.1.1 1.2 路由表 目标网络 端口 距离 10.0.0.0 20.0.0.0 40.0.0.0 E0 S0 S0 0 0 1

56. 路由器：运行在网络层（续） 广播信息控制 多点发送信息控制 路由选择 流量管制 逻辑寻址 提供 WAN 连接

57. 传输层功能 区分不同的上层应用 建立应用间的端到端连接 定义流量控制 为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务 网络层 IPX IP 传输层 SPX TCP UDP

58. 可靠的传输层功能 同步请求 回应同步请求 , 同步请求 回应同步请求 数据传输 ( 传输数据段 ) 发送方 接收方 连接建立

59. OSI 模型的意义 提供了网络间互连的参考模型 成为实际网络建模、设计的重要参考工具和理论依据 OSI 分层模型的思想为我们提供了进行网络设计与分析的方法 （实际的网络几乎都是分层结构，功能分层，协议分层，只是根据实际需要，层次有多有少。模块化的结构便于同时开发、升级换代，维护管理）

60. 网络设备的域 集线器 桥 交换机 路由器 冲突域 ? 广播域 ?

61. 网络设备的域 集线器 桥 交换机 路由器 冲突域 1 4 4 4 广播域 1 1 1 4

62. 选择产品要考虑的要素 需要产品提供的功能 产品性能 是否易于安装与管理 是否为网络提供了弹性处理能力 是否对既有的资源提供了投资保护

63. 首先，基于以下因素来选择 WAN 解决方案 : 服务的实用性 带宽需求 费用 其次，选择能支持所选择之 WAN 解决方案的产品 选择产品要考虑的要素 ( 续 ) 费用 / 月 使用量 专线 , T1 调制解调器 /ISDN 帧中继 0

64. 本章总结 通过本章的学习，您应该掌握以下内容 : 掌握 OSI 层次模型各层的主要功能 描述数据在源和目标设备间的传送过程 清楚集线器、交换机和路由器在网络中担当的角色和功能；懂得在什么情况下该用什么样的设备

65. 1 . 在网络环境下应用 OSI 模式有什么优点 ? 2. 描述数据封装的过程。 3. 集线器、交换机、路由器 ? 4. 交换机的几种转发方式是什么？ 问题回顾