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第三章
计算机网络技术基础
3.2 OSI参考模型
核心知识
（1）计算机网络
①常见的网络拓扑结构。
②OSI参考模型。
③TCP/IP协议及其分层模型的工作原理。
④局域网体系结构的基本知识。
考纲要求
年份 考点 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
物理层
数据链路层 选36 3小题 二层交换机 27小题名称单位
网络层 选36 4小题 路由器 选36包过滤防火墙层次 选36路由器层次
传输层 27小题名称
会话层
表示层 选择14应用层的下一层
应用层 选择15最高层 选择18FTP 选择15http
近6年高考考点分布
该小节内容近几年考点分布在数据链路层、网络层、传输层、表示层、应用层。按照考纲的要求，常见的OSI参考模型中还有物理层、会话层也是属于此类考点。此考点为核心知识。复习时，要彻底搞清楚这七层的名称、功能、层次关系、单位、主要设备等。知识以理解为主，考试题型为选择或填空题，分值10-20分。
复习策略
1、网络协议的定义
为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。
2、网络协议三要素
　　语法：用来规定信息格式;数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
　　语义：用来说明通信双方应当怎么做;用于协调与差错处理的控制信息。
　　规则：(时序)定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。比如是采用同步传输还是异步传输。　
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3.2.1、网络协议
3、网络协议与层次
　　网络协议是网络上所有设备(网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等)之间通信规则的集合，它规定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。大多数网络都采用分层的体系结构，每一层都建立在它的下层之上，向它的上一层提供一定的服务。
　　一台设备上的第n层与另一台设备上的第n层进行通信的规则就是第n层协议。在网络的各层中存在着许多协议，接收方和发送方同层的协议必须一致，否则一方将无法识别另一方发出的信息。网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息。常见的协议有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。
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4、常见的技术术语
（1）数据单元 在OSI模型中，既要在对等实体间传送数据，也要在相邻层的实体间传送数据，所以使用多种类型的数据单元来传送数据。
①服务数据单元(SDU) 第N层待传送和处理的数据单元。
②协议数据单元（PDU） 同等层水平方向传送的数据单元，它通常是将SDU分成若干段，每一段加上由协议规定的控制信息，作为单独的协议数据在水平方向上传送。
③接口数据单元（IDU）在相邻接口间传送的数据单元，它由SDU和一些控制信息组成。
④服务访问点(SAP）相邻层间的服务是通过其接口上的服务访问点(SAP)进行的。N层的SAP就是（N+1）层可以访问N层的地方。每个SAP都有一个唯一的地址号码。
服务原语
元素 意义 举例
请求（Request） 用户请求建立一个连接 用户拨号
指示（Indication） 服务提供者向被呼叫方示意有人请求建立连接 被呼叫用户电话振铃
响应（Response） 被呼叫方用来表示接受建立连接的请求 被呼叫方摘机
确认（Confirm） 服务提供者通知呼叫方建立连接的请求已被接受 呼叫方听到拨号音停止，对方摘机
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面向连接的服务在建立连接和断开连接过程中，使用以下几个服务元素
面向连接的服务(电话系统服务模式的抽象）
先建立连接再传输数据，之后再断开连接
数据传输过程中，数据包不需要携带目的地址
保证数据传输的可靠性
无连接的服务(邮政系统服务模式的抽象）
不需要事先建立连接，直接发送数据
每个报文都带有完整的目的地址
不保证报文传输的可靠性
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（2）面向连接和无连接服务
5.开放系统互连参考模型(OSI)
为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信， 国际化标准组织ISO 提出了开放系统互连参考模型OSI/RM。
开放
各地区都可使用该标准，使用该标准的都可相互通信；
互连
不同系统互相连接，实现资源共享和信息交互；
参考
不是特定的技术或者规范，而是对某一标准的支持；
OSI参考模型分层原则
网络中各结点都有相同的层次
不同结点相同层次具有相同的功能
同一结点相邻层间通过接口通信
每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务
不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信
对等层是指在计算机网络协议层次中，将数据（即数据单元加上控制信息）直接（逻辑上）传递给对方的任何两个同样的层次。
各司其职
OSI模型的第一层，最终数据的传输通道。物理层顾名思义就是最靠近物理传输设备的一层。物理媒介包括光纤，网线等。物理层的主要作用是实现相邻计算机间的比特流传输，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。尽量对上层也就是数据链路层屏蔽掉其不需要考虑的物理介质差异，对其提供统一的比特流传输调用方式。
物理层的主要功能：屏蔽物理媒介差异，为数据链路层提供统一的物理比特流传输能力。
数据单元：比特
设备：光纤、网线、集线器、中继器、调制解调器等。
3.2.2 物理层
该层主要负责建立和管理不同计算机节点间的数据链路，并提供差错检测、封装成帧、透明传输的能力。数据链路层又分为两个层：媒体访问控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）
媒体访问控制子层（MAC）
MAC地址你一定不会陌生。每台计算机都有自己的全网唯一的MAC地址。MAC子层的主要任务是解决共享型网络中多用户对信道竞争的问题，完成网络介质的访问控制。实现这个功能的是集线器。用集线器组网，检查计算机与计算机之间有没有冲突，避免冲突的协议叫CSMA/CD协议。
3.2.3 数据链路层
逻辑链路控制子层（LLC）
主要任务是建立和维护网络连接和链路控制。
数据链路层的主要功能：将不可靠的物理信道变成无差错的、能可靠传输数据帧的数据链路，即：数据的差错检验、封装成帧、透明传输。
数据单元：帧
设备：网卡、网桥、交换机、
3.2.3 数据链路层
MAC地址：直译为媒体存取控制位址，也称为局域网地址（LAN Address），以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认网络设备位置的位址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链路层则负责MAC地址。MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡。一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址 。
MAC地址的作用：
如今比较流行的组网方式是一个逻辑整体（公司，学校等）或者一个区域组一个局域网，再通过交换机接入Internet。因为在局域网中IP只是逻辑上的划分，只有MAC地址才能表示用户。交换机中保存了 MAC 和IP 的映射关系。局域网访问互联网的唯一通道就是交换机。
3.2.3 数据链路层
传输的数据单元是数据包
为数据分组进行路由选择，并负责通信子网的流量控制、拥塞控制,网际互连。网络层是通信子网设备的协议最高层，是通信子网的边界。
该层通过IP将大大小小的局域网形成一个互联互通的互联网。在计算机网络中进行通信的两个计算机之间会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是为两台通信的计算机之间选择合适的路由和交换节点，确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的数据帧组成数据包，包中有网络层包头，也就是IP相关信息，以便路由。
3.2.4 网络层
网络层的主要设备：路由器
传输层是资源子网和通信子网的界面和桥梁。其下面三层面向数据通信，其上三层面向数据处理，传输层起承上启下的作用。它是负责数据传输的最高一层，也是整个七层协议中最重要和最复杂的一层。
3.2.4 传输层
前面所述传输层是建立主机端到端的连接。重点在哪？“端”，怎么理解呢？如果你是一个程序员相信你一定知道端口这个东西，没错上述三层实现了互联网，也就是实现了两台机器间的互联互通。但是一台计算机上往往有好多应用程序，端口是用来区分不同应用程序的方式，每个应用程序都有各自的端口。很简单的一个道理，QQ用户能给微信用户发送即时消息吗？不能，为什么？
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。
3.2.5 传输层
数据单元：称作数据包（packets）。但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段（segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。
实例：TCP、UDP
3.2.5 传输层
会话层管理进程之间的会话过程，是在发送方和接收方之间进行通信时创建、维持、终止或者断开连接的地方。与电话通信有点相似。即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层定义了一种机制，允许发送方和接收方启动或者停止请求会话，以及当双方发生拥塞时仍然能保持对话。
会话层有三个方面的功能：会话管理、身份验证和授权。
会话层：数据单位为会话（Session），用于建立、管理和终止会话，例如RPC、NetBIOS等。
3.2.6 会话层
表示层是将数据展示为接收设备可以理解的格式。
表示层主要有3个功能：
数据格式
字符编码：EBCDIC、ASClI
图片编码：GlF、JPEG
数据压缩和解压缩（减少了数据原始数据所需的空间）
数据加密解密（保证数据传输的安全）
表示层的数据单位为数据格式（Data Format），用于定义数据的格式和表示方式，例如ASCII、Unicode等。
3.2.7 表示层
3.2.8 应用层
OSI参考模型的最高层，它是计算机用户，以及各种应用程序和网络之间的接口，其功能是直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。它在其他6层工作的基础上，负责完成网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，建立与结束使用者之间的联系，并完成网络用户提出的各种网络服务及应用所需的监督、管理和服务等各种协议。此外，该层还负责协调各个应用程序间的工作。
应用层是由网络应用程序使用的，离用户最近的一层。可以理解为界面。
应用层：数据单位为报文（Message），用于应用程序之间的数据交换，例如HTTP、FTP等协议。
常见的协议
HTTP 超文本传输协议：用于实现WWW服务。
DNS 域名系统：也可以叫做域名解析协议。
FTP 文件传输协议：用TCP可靠的传输服务。
SMTP 简单邮件传送协议：用于实现电子邮箱传送功能。
SNMP简单网络管理协议：用于管理与监视网络设备。
Telnet 远程登录协议：用于实现远程登录功能。
TFTP 简单文件传送协议：基于UDP数据报。
3.2.8 应用层
计算机网络从逻辑上可以划分为通信子网和资源子网。
从功能的角度看，OSI参考模型的下三层（物理层、数据链路层、网络层）主要提供数据传输功能，以节点到节点之间的通信为主；上三层（会话层、表示层、应用层）则以提供使用者与应用程序之间的处理功能为主。
即下三层属于通信功能（通信子网），上三层属于处理功能（资源子网）。
3.2.9 OSI参考模型总结
物理层
数据链路层
网络层
会话层
表示层
应用层
第7层
第6层
第5层
第4层
第3层
第2层
第1层
处理网络应用
互联主机通信
端到端连接
寻址和确定路径
二进制传输
传输层
资源子网
通信子网
数据表示、压缩与加密
相邻节点间的可靠传输
层次 功能 常见 协议
物理层 (比特Bit) 设备间接收或发送比特流； 说明电压、线速和线缆等。 中继器、网线、 集线器、HUB等 RJ45、CLOCK、
IEEE802.3等
数据链路层 (帧Frame) 将比特组合成字节，进而组合成帧； 用MAC地址访问介质； 错误可以被发现但不能被纠正。 网卡、网桥、 二层交换机等 PPP、FR、HDLC、
VLAN、MAC等
网络层 (数据包Packet) 负责数据包从源到宿的传递和网际互连 路由器、多层交换机、 防火墙等 IP、ICMP、ARP、PARP、
OSPF、IPX、RIP、IGRP等
运输层 可靠或不可靠数据传输； 数据重传前的错误纠正。 进程、端口（socket） TCP、UDP、SPX
会话层 保证不同应用程序的数据独立； 建立、管理和终止会话。 服务器验证用户登录、 断点续传 NFS、SQL、NetBIOS、RPC
表示层 数据表示；加密与解密、数据的压缩与解压缩、图像编码与解码等特殊处理过程 URL加密、口令加密、 图片编解码等 JPEG、MPEG、ASCII
应用层 用户接口 -- FTP、DNS、Telnet、SNMP、SMTP、HTTP、WWW、NFS
思维导图
1、工作在物理层的网络互联设备是________
A、交换机 B、网桥 C、集线器 D、路由器
2、属于网络互连设备的有 ( )
A、客户机 B、服务器 C、SWITCH D、ROUTER
3、数据链路层互联的设备是( )
A、repeater B、bridge C、router D、gateway
4、在互连的开放系统中，通信双方位于同一层的系统构成了OSI模型的
A．相关层 B．传输层 C．对等层 D．互连层
课堂练习
5.ISO颁布的开放系统互联参考模型简写为________
A、IEEE B、TCO C、OSI D、IP
6、OSI/RM体系结构中传输层以下的有
A.表示层 B.会话层 C.网络层 D.数据链路层
7、在互连的开放系统中，通信双方位于同一层的系统构成了OSI模型的
A．相关层 B．传输层 C．对等层 D．互连层
8.OSI参考模型的最底层向下直接与传输介质相连接，最底层是
A.物理层 B．数据链路层 C．网络层 D.传输层
9. OSI参考模型中，应用层的下一层是 （ ）
A. 传输层 B. 会话层 C. 应用层 D. 表示层
10.路由器可以实现不同子网间通信，它是 的互联设备
A.应用层 B.传输层 C.网络层 D.物理层
（2017年）36.某公司根据业务需求，计划在公司局域网中部署DNS服务器，网络拓扑结构如图8所示。通过配置，局域网中的计算机都能通过域名www.hunan.com访问本公司网络中心的Web服务器。
在下列选项中，工作在OSI参考模型数据链路层的网络设备是③。工作在OSI参考模型网络层的网络设备是④。
A.二层交换机 B.集线器 C.中继器 D.路由器
高考真题
（2019年）14. OSI参考模型中，应用层的下一层是（ ）
A. 传输层 B. 会话层 C. 应用层 D. 表示层
（2021年）27、在开放系统互连参考模型(OSI/RM)中，采用了分层的结构化技术，共有七层，如图4所示。其中第二层称为 ① ,它的作用是以物理层为基础，为网络层提供数据传输服务，该层的数据传输单位是 ② 第四层称为 ③ ，它是资源子网与通信子网的界面和桥梁，位于高层和低层中间,起承上启下的作用。
高考真题
应用层（第七层）
表示层（第六层）
会话层（第五层）
② （第四层）
网络层（第三层）
① （第二层）
物理层（第一层）
（2023年）36.某公司根据业务需求，计划在公司局域网中部署DHCP、DNS、Wb等服务器，其网络拓扑结构及部分P地址配置信息如图11所示。
（3）路由器工作在OSI7层模型中的③
A.网络层 B.物理层 C.传输层 D.数据链路层
高考真题
1.什么是ISO/OSI参考模型？
2.OSI参考模型包括那些层次？每一个层次的主要功能是什么？（课堂作业）
3.画出第一小节的思维导图（课堂作业）
知识巩固

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