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第3章表示层

发布时间:2019-06-11 00:16 来源:未知 编辑:admin

  表示层(presentation layer) 表示层向上对应用层服务,向下接受来自会话层的服务。表示层为在应用 过程之间传送的信息提供表示方法的服务,它只关心信息发出的语法和语义。 1.表示层为应用层提供的服务有三项内容 ? 语法转换:语法转换涉及代码转换和字符集的转换,数据格式的修改、数 据结构操作的适配、数据压缩、数据加密等。 ? 语法选择:语法选择是提供初始选择的一种语法和随后修改这种选择的手 段。 ? 联接管理:利用会话层提供的服务建立表示联接,管理在这一联接之上的 数据运输和同步控制,以及正常或非正常地终止联接。 2.表示层的功能 ? 网络的安全和保密管理; ? 文本的压缩与打包; ? 虚拟终端协议(VTP)。 表示层的概念 表示层是OSI协议的第6层,与低五层提供透明的数据运输不同, 表示层是处理所有与数据表示及运输有关的问题,包括转换、加密 和压缩。每台计算机可能有它自己的表示数据的内部方法,例如, ASCII码与EBCDIC码,所以需要表示层协定来保证不同 的计算机可以彼此理解。 开放系统互连环境的应用层负责处理语义,表示层负责处理语法, 下面五层负责位信息从源到目的地的有序移动。为使各个系统间交 换的信息具有相同的语义,应用层采用了相互承认的抽象语法。抽 象语法是对数据一般结构的描述,而表示实体实现抽象语法与传送 语法间的转换。应用实体与抽象语法的不同之处在于:传送语法是 同等表示实体之间在通信时对用户信息的描述,是对抽象语法比特 流进行编码得到的;而抽象语法与传送语法之间对应关系叫做上下 文。表示层向应用层提供语法转换和上下文控制服务,其基本原理 如下图所示。 表示层的主要功能 ? ? ? 数据语法转换 语法表示 连接管理 ? ? ? 数据处理 数据加密 数据压缩 ?语法转换:将抽象语法转换成传送语法,并在对方实现相反的 转换(即将传送语法转换成抽象语法)。涉及的内容有代码转 换、字符转换、数据格式的修改,以及对数据结构操作的适应、 数据压缩、加密等。 ?语法协商:根据应用层的要求协商选用合适的上下文,即确定 传送语法并传送。 ?连接管理:包括利用会话层服务建立表示连接,管理在这个连 接之上的数据运输和同步控制(利用会话层相应的服务),以 及正常地或异常地终止这个连接。 一、语法转换中的主要含义 以下将语法转换功能中涉及数据表示和编码(压缩和加密)的内容作一 些说明。 1. 数据表示 不同生产厂的计算机具有不同的内部数据表示。例如IBM公司的主 机广泛使用EBCDIC码,而大多数厂商的计算机喜欢使用ASCII码。 Intel公司的80286和80386芯片从右到左计数它们的字节,而Mot orola公司的68020和68030芯片从左到右计数。大多数微 型机用16位或32位整数的补码运算,而CDC的yber机用60位 的码。由于表示方法的不同,即使所有的数据正确接收,一台反码机器收 到的位模式FFFO(16进制)将显示-15,而一台补码机器将显示-16。 此时可以发现,低五层特地保证所有的报文被一位一位地从发送方准确 地运输到接收方,对于许多应用来说,所运输的数据虽是精确拷贝但却是 完全错的。人们所想要的是保留含义,而不是位模式。为了解决此类问题, 必须执行转换,可以是发送方转换;也可是接收方转换;或者双方都能向 一种标准格式转换。 2.数据压缩 强调数据压缩的必要性是基于以下几个原因: 首先随着多媒体计算机系统技术面向三维图形、立体声和彩色全 屏幕运动画面实时处理之后,数字化了的视频和音频信号数据的吞 吐、传输和存储问题也成了关键问题。一幅具有中等分辨率(64 0*480)彩色(24bit/象素)数字视频图象的数据量约 7.3Mit/帧,一个100MB(Byte字节)的硬盘只能存放约 100帧静止图象画面。帧速率25帧/秒,则视频信号的运输速 率大约为184Mbps。对于音频信号,以用于音乐用激光唱盘 CD-DA声音数据为例,采用PCM采样,采样频率44.1kH z,每个采样点量化为16bit,二通道立体声,100MB的 硬盘只能存储10分钟的录音,由此可见,高效实时地数据压缩对 于缓解网络带宽和取得适宜的传输速率是非常必要的。 其次,使用网络的费用信赖于运输数据的数量,在运输之前对数 据进行压缩将减少传输费用。 实现数据压缩的可能性是基于以下原因: 首先是因为原始信源数据(视频图象或音频信号)存在着很大的 冗余度,比如电视图象帧内邻近象之间空域相关性及前后帧之间的 时域相关性都很大,信息有冗余。 其次是因为很多情况下,人的眼睛是图象信息的接收端,耳朵是 声音信息的接收端。这样就有可能利用人的视觉对于边缘急剧变化 不敏感(视觉掩盖效应)和眼睛对图象的亮度信息敏感,对颜色分 辨力弱的特点以及听觉的生理特性实现高压缩比,而使由压缩数据 恢复的图象及声音信号仍有满意的主观质量。 其三,数据压缩能否实现与数据表示密切相关。例如,发一个3 2位整数的一种方法是,把它简单地编码成一个4字节的表示并以 这种形式把它发送出去。然而,如果已知所发送的整数的95%是介 于0到255之间,可用单个无符号字节来发送这些整数,而使用 编码个“1”(255)来预示后面是一个线位整数。的确, 偶尔需要5个字节,从而,能够在大部分时间只是使用一个字节。 3.网络安全和保密 随着越来越多的人们精通计算机和网络的使用,安全和保密问题在计 算机网络中就变得越来越重要了。网络的安全遭受攻击,侵害的类型有 以下几种: (1)数据篡改:这是最普通、简单的一种侵害,是非授权者进行报 文的插入或修改。 (2)冒名搭载:这是指非授权者窃取口令或代码侵入网络,损害网 络安全。 (3)利用网络软硬件功能的缺陷所造成的“活动天窗”来访问网络。 为保证网络的安全,最常用的方法是采用保密(加密)措施。在理论上, 加密能够在任何一层上实现,但在实际应用中只在物理层、运输层和表 示层进行加密。 在物理层加密时,用一个加密单元插入到每个计算机和物理媒体之间。 离开计算机的每1位都被加密,而进入计算机的每1位都被解密,这种方 案叫做链路加密,它简单、灵活。链路加密的主要好处是:头部和数据 一样被加密。 二、OSI表示服务原语 表示层大部分服务原语与会话的源语相类似。在实施中,几乎所有的表示原语只是穿过表 示层到会话层。这些原语如下表所示。 面向连接的OSI表示服务原语 OSI会话原语 P-CONNECT P-RELEASE P-U-ABORT P-P-ABORT P-DATA P-EXPEDITED-DATA P-TYPED-PLEASE P-CAPABILITY-DATA P-TOKEN-GIVE P-TOKEN-PLEASE P-CONTROL-GIVE P-SYNE-MAJOR P-SYNE-MINOR P-RESYNCHRONIZE P-ACTIVITY-START P-ACTIVITY-END P-ACTIVITY-DISCARD P-ACTIVITY-INTERRUPT P-ACTIVITY-RESUME P-U-EXCEPTION-REPEAT P-P-EXCEPTION-REPROT P-ALLTER-CONTEXT red √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ ind √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ resp √ √ conf √ √ 意 义 建立一个表示连接 终止连接 用户发起突然释放 提供者发起突然释放 常规数据传送 加速数据传送 带外数据传送 控制信息数据传送 把令牌给对等方 从对等方请求一个令牌 把所有令牌给对等方 插入一个主同步点 插入一个次同步点 回到一个先前的同步点 开始一个活动 结束一个活动 放弃一个活动 暂停一个活动 恢复一个活动 用户例外报告 提供者例外报告 改变上下文 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 无连接表示服务原语 P-UNITDATA √ √ 无连接数据传送 用户和协议实体间的接口;通过服务原语请求某个服务过 程,或者表示某个服务过程的完成情况。 在同一开放系统中,(N+1)实体向N实体请求服务 时,服务用户。和服务提供者之间要进行交互,交互信息 称为服务原语 5.3.2 抽象语法标记ASN.1 表示、编码、运输和解码数据结构的关键,是要有一种足够灵活的并在广 泛种类的应用中有用的描写数据结构的方法,它还须具有足够的标准性以至 每个人能够对它的含义具有一致的认识。作为OSI开发工作的一部分,发 明了一种标记法,它叫抽象语法标记1,简写为ASN.1 DIS8824。 后缀1表明它是第一个标准化的。为发送而把ASN.1 数据结构编码成位 流的规则在国际DIS8825中给出。位流的格式叫做抽象语法。 1.数据结构 在应用领域中,保存和交换大量不同种类的数据结构是必不可少的。例如, 一个航空订票系统,有预订、改期和取消预订所需的数据结构,也有为飞机、 飞行员和机组人员制定时刻表所需的其它数据结构,还有些是用于飞机检验、 维护和配件的记录。一般说来,每种应用都有一些与它操作有关的并且必须 在网上送的数据结构的集合。应用层包括有许多不同的应用,每一个都带有 各种多样的作为应用协议数据单元APDU来发送的复合结构。这些APD U的域中常常有一个类型(例如布尔型或整型),并且在许多情况下,有些 域可以省略或具有缺省值。在这些应用多而复杂的情况下,要求描述结构有 更形式化的方法,这就是使用ASN.1的原因。 基本的思想是,在ASN.1中为每个应用所需的所有数据结构(即数据类型) 下定义,并将他们打包在一起组成模块(库)。当每一个应用想发送一个数据结 构(即一个APDU),它可以把数据结构与此数据结构的ASN.1的名一起传给 表示层。把ASN.1定义当作指南,然后表示层知道域的类型和大小是什么, 这样就知道了多少位属第一域,多少位属第二域,以及它们的类型等等。有了这 种信息后,表示层可以实现任何必要的从通信线路上所用的外部格式到接收计算 机所用的内部格式的转换。例如,如果同意以补码来传送整数格式,而接收方使 用反码,表示层能够在把APDU运输给用户之前把所有的整数转换成反码。 值得指出的是,也可以用另一种方法,要求每一台机器了解网上其它每一台机 器所用的内部格式。当一个应用构造一个APDU,它把这个APDU构造成接 收方能接收的形式。当网络中有n种不同机器,则必须编写n×(n-1)个不同的转 换程序,而不是A-SN.1所需的2n种。 为了让在线路上的每个数据类型都成为自识别的数据,每个域表示成一个类型, 一个长度和一个值,按照高位字节之前的约定来运输,这就是ASN.1的基本 原理。数据的类型是用一种大致与Pascal相类似的语言来定义的。当一个应用想 要运输一个数据结构(即APDU),它可能运输关于两个项的指针给表示层。 第一个指向此数据类型的ASN.1的形式定义,第二个指向APDU自身。借 助这些信息,编码程序输出一个优化过的(删除了多余的0和空格)自识别的字 节流。在接收端,一个在语义上相等的数据结构被构造出来,并运输给应用层。 2.抽象语法 抽象语法是对数据一般结构的描述。数据类型的ASN.1描 述叫做它的抽象语法。 数据类型分为基本类型和构造类型两大类,基本类型是通过直 接规定一组该类型值而定义的不可分解的基本数据类型,如布尔 型,或整数型等;构造型是引用一个或多个其它类型构成的任意 复杂的数据类型。这里的其它类型可以是基本类型,也可以是构 造类型。 3.传送语法 表示实体在建立连接时要协商所有的传送语法,传送语法是同等表示实体之间通信时对 用户信息的描述。为抽象语法指定一种编码规则而构成一种传送语法。在表示层中,可用 这种方法定义多种传送语法。传送语法与抽象语法之间是多一多对应关系,即:一种传送 语法可用于多种抽象语法的数据运输,而一种抽象语法的数据可用多种传送语法来运输。 传送语法具有下面的特点: ?由于表示实体必须对在它们之间运输的信息编码作出相同的解释,所以传送语法必须由 对方一致同意的数据类型集组成,即这两个表示实体所在的开放系统必须都支持这些数据 类型。 ?数据运输通路对其来说是透明的,下层协议将用户数据作为比特流来对待,不再去识别 其内容的结构,不作任何改动。 ?由于下层对用户数据不作任何改动,所以可在传送语法实现中加入数据压缩和数据加密 功能。 ?由于一个开放实系统的表示层中可能具有多个传送语法,所以在通信时要进行协商选择。 协商选择的内容包括传送语法所用的数据类型、语法表示、压缩技术和加密规则等。 每个应用层协议标准中的抽象语法和一个能对进行编码的传送语法的组合就构成一个表 示上下文(Presentaition Context)。表示上下文可以在表示连接建立时协商确定,也 可以在通信过程中重新定义。表示层提供定义表示上下文的设施。 APDU:应用层数 据单元 PPDU:表示层协 议数据单元 PSAP:表示层接 入服务点 SSAP:会话层接 入服务点 PSDU: 表示层服 务数据单元 表示层协议ISO-PP ISO-PP:OSI 表示层协议(ISO-PP:OSI Presentation Layer Protocol) 。 ISO 表示层协议位于 OSI 七层参考模型表示层,通过面向连接或无连接模式在开放系统之间传 输信息。根据应用实体间表示数据值的传输,通过使用表示服务原语的用户数据参数,指定该应用协 议。表示层具有以下两个功能: n 传输语法协商; n 传输语法转换。 表示层协议支持传输语法协商功能,语法转换功能包含在表示表示层实体中,对表示层协议设计 没有影响。对于无连接传输模式,表示层实体发送方选择传递语法,不会发生转换语法协商。 与应用协议相关的一组表示数据值的定义构成一个抽象语法。如果两个应用实体想成功实现通信, 那么它们在要使用的抽象语法上必须保持一致。在通信期间,它们可能会修改这种一致性,结果是抽 象语法的设置可能会改变。抽象语法规范可用来识别这组表示数据值的信息内容。当表示数据值在表 示实体间进行转换时,抽象语法规范无法识别要使用的转换语法,另外,它与本地表示数据值的重新 表示无关。 表示层的存在能够确保表示数据值的信息内容在转换期间受到保护。这主要由对方应用实体来负 责确定通信中使用的抽象语法及通知表示实体。表示实体知道应用实体使用的抽象语法后就负责选择 双方都接受的能够保护表示数据值的信息内容的传输语法。 对于无连接传输模式,抽象语法由应用实体发送方来决定。为成功实现通信,应用实体接受方必 须能接受这些抽象语法。 对于无连接传输模式,表示实体不协商传输语法。传输语法由应用实体发送方决定。为成功实体 通信,应用实体接受方必须能接受这些语法。抽象语法和相关传输语法可以作为用户可选项在“上下 文表示定义列表”参数中显式声明。 表示层举例 用户A(使用计算机系统1,数据的内部表示为ASCII码),希望传送一个文件给用户B(使用计算 机系统2,数据的内部表示为EBCDIC 码),双方在建立通信关系后,在传输文件前,首先要进行协商 (采用什么数据编码进行传输,传输过程中数据是否要压缩,采用什么压缩算法等)。选择一种双方 都能处理的数据表示方式进行通信,如双方采用ASCII码进行传输,计算机系统1发送ASCII码的数据, 计算机系统2接收到ASCII码数据后进行转换,转换成EBCDIC码。 通信步骤: 第1步:建立通信连接; 第2步:传输编码协商; 系统1 询问 系统2: ASCII OR EBCDIC? 系统2 应答 系统1: ASCII 第3步:通信双方按约定的编码ASCII码进行数据交互, 系统2需将接收到的ASCII码信息转换成EBCDIC码; 第4步:数据传输结束,拆除连接。

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