計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實訓(xùn)教程ppt課件.ppt

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實訓(xùn)教程 項目一組建小型網(wǎng)絡(luò) 項目綜述 該項目是進行中小型企業(yè)網(wǎng)組建和管理以及企業(yè)網(wǎng)站組建和維護的基礎(chǔ)和前提 項目學習涉及到網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 網(wǎng)絡(luò)綜合布線 局域網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù) 局域網(wǎng)接入技術(shù)等 通過該項目的學習使得學生對計算機網(wǎng)絡(luò)有一個清晰的概念 能使用交換機 雙絞線 計算機等設(shè)備組建小型局域網(wǎng) 并能將局域網(wǎng)接入Internet 該項目的具體實施包括10個典型工作任務(wù) 1 項目需求分析 2 認識計算機網(wǎng)絡(luò) 3 識別網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 4 局域網(wǎng)技術(shù)分析 5 廣域網(wǎng)技術(shù)分析 6 項目方案設(shè)計 7 網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)實施 8 計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 9 網(wǎng)絡(luò)接入Internet 10 項目測試和總結(jié) 通過本項目的實施應(yīng)實現(xiàn)以下教學目標 1 知識目標 掌握計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 綜合布線 局域網(wǎng)互聯(lián)以及Internet接入相關(guān)知識 2 技能目標 能熟練地組建一個小型局域網(wǎng) 3 態(tài)度目標 培養(yǎng)學生 用戶需求 至上的意識 訓(xùn)練學生和客戶交流的基本素養(yǎng) 培養(yǎng)增強學生的心理承受能力 吃苦耐勞精神和團隊合作意識 培養(yǎng)學生客觀總結(jié)項目的基本素養(yǎng) 任務(wù)一項目需求分析 一 用戶需求小型辦公和家居網(wǎng)絡(luò) SOHO 是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷木W(wǎng)絡(luò)組織形式 出現(xiàn)在家庭 辦公室 網(wǎng)吧等工作環(huán)境中 通過構(gòu)建完好的小型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的設(shè)備之間的相互通信 共享網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源 同時可以接入Internet 從而提高工作的效率 為我們的生活和工作帶來方便 如圖1 2所示 圖1 1 圖1 2 騰飛網(wǎng)絡(luò)公司早期是只有10臺PC的小公司 公司網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期使用集線器來互連網(wǎng)絡(luò) 在設(shè)備很少 應(yīng)用不多的情況下 公司網(wǎng)絡(luò)基本上能滿足日常需求 隨公司經(jīng)營不斷發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備增多 公司網(wǎng)絡(luò)速度越來越慢 過慢的網(wǎng)絡(luò)影響了公司日常的辦公需求 這些問題促使公司決定改造網(wǎng)絡(luò) 擴展網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模 提高網(wǎng)絡(luò)的速度 優(yōu)化和配置網(wǎng)絡(luò) 具有管理的功能 保證網(wǎng)絡(luò)的安全 二 需求分析需求一 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的速度太慢 網(wǎng)絡(luò)故障和堵塞現(xiàn)象嚴重 需要重新改造網(wǎng)絡(luò) 分析一 因此改造網(wǎng)絡(luò)的核心在于更換網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)設(shè)備 使用交換機來重構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 需求二 加強網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和配置功能 以便有效管理網(wǎng)絡(luò)并保證全網(wǎng)設(shè)備和資源的安全 分析二 使用可以網(wǎng)管的交換機 需求三 網(wǎng)內(nèi)需要24小時提供服務(wù)的資源 方便公司職員的使用 分析三 增加服務(wù)器 提供相應(yīng)的服務(wù) 需求四 公司職員需要查閱互聯(lián)網(wǎng)資料和收發(fā)E mail等 分析四 將局域網(wǎng)通過ADSL等方式接入互聯(lián)網(wǎng) 三 方案設(shè)計通過需求分析 初步確定設(shè)計方案 如圖1 3所示 圖1 3 課程回顧 本節(jié)課主要內(nèi)容 1 了解本項目的學習目標 2 通過互聯(lián)網(wǎng)了解網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況 3 通過互聯(lián)網(wǎng)了解集線器 交換機 路由器 ADSL等概念 課外學習任務(wù) 1 了解自家 同學家或教師家家庭網(wǎng)絡(luò)情況 并能畫出網(wǎng)絡(luò)示意圖 2 了解本系或本學院的網(wǎng)絡(luò)情況 并能畫出網(wǎng)絡(luò)示意圖 3 上網(wǎng)查詢一些中小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計拓撲圖 并記錄不理解的部分 下次課和同學或教師討論 任務(wù)二計算機網(wǎng)絡(luò)概述 一 任務(wù)描述1 知識型工作任務(wù) 1 掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的定義與分類 2 理解計算機網(wǎng)絡(luò)的組成和邏輯劃分 3 理解計算機網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu) 4 了解計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展 5 了解計算機網(wǎng)絡(luò)的功能與應(yīng)用 2 技能目標 1 能進行網(wǎng)絡(luò)邏輯劃分 2 識別網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu) 3 教學組織形式 1 學生角色 網(wǎng)絡(luò)公司職員或網(wǎng)絡(luò)管理人員 教師角色 資深網(wǎng)絡(luò)管理人員 2 教學過程 在網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)室或網(wǎng)絡(luò)公司或某小型企業(yè)進行教學 學生扮演網(wǎng)絡(luò)公司職員或網(wǎng)絡(luò)管理人員 教師扮演資深網(wǎng)絡(luò)管理人員針對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)進行認知訓(xùn)練 二 任務(wù)實施 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)就是利用通信線路 將分散在各地的具有獨立功能的計算機相互連接 使其按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議互相通信 實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)的集合 因此 計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備以下三方面的要素 1 通信線路 2 獨立功能的計算機 3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 2 計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展 計算機網(wǎng)絡(luò)最早出現(xiàn)于20世紀50年代 最早的計算機網(wǎng)絡(luò)是通過通信線路將遠方終端資料傳送給主計算機處理 形成一種簡單的聯(lián)機系統(tǒng) 隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展 計算機網(wǎng)絡(luò)也經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜 從單機到多機的發(fā)展過程 其演變過程大致可分為以下幾個階段 1 具有通信功能的單機系統(tǒng) 調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器 遠程終端 計算機 電話線路 圖1 4第一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 2 具有通信功能的多機系統(tǒng) 圖1 5 3 計算機通信網(wǎng)絡(luò)ARPA網(wǎng)是由美國國防部高級研究計劃局研制并于1969年12月投入運行的 當時只有四個節(jié)點 到1980年已經(jīng)發(fā)展到100多個節(jié)點 除遍布美國本土外 還通過衛(wèi)星延伸至夏威夷和倫敦的計算機網(wǎng)絡(luò) 一般都把ARPA網(wǎng)作為計算機通信網(wǎng)誕生的標志 計算機通信網(wǎng)實現(xiàn)了多臺計算機之間互相連接 互相通信 較之聯(lián)機系統(tǒng)中只有一臺計算機與多臺終端互相連接并進行通信要復(fù)雜的多 4 局域網(wǎng)的興起和分布式計算的發(fā)展 局域網(wǎng)的發(fā)展也導(dǎo)致計算模式的變革 早期的計算機網(wǎng)絡(luò)是以主計算機為中心的 計算機網(wǎng)絡(luò)控制和管理功能都是集中式的 也稱為集中式計算機模式 隨著個人計算機 PC 功能的增強 用戶一個人就可在微機上完成所需要的作業(yè) PC方式呈現(xiàn)出的計算機能力已發(fā)展成為獨立的平臺 這就導(dǎo)致了一種新的計算結(jié)構(gòu) 分布式計算模式的誕生 目前計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正處于第四階段 這一階段計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的特點是 互連 高速 智能與更為廣泛的應(yīng)用 5 計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 隨著經(jīng)濟全球化發(fā)展 人們的活動空間要求的范圍越來越大 一個計算機網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍已經(jīng)不能滿足人們的需求 計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題提出了 世界上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)目最多 規(guī)模最大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 就是因特網(wǎng) Internet 實際上因特網(wǎng)就是在ARPA網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 3 計算機網(wǎng)絡(luò)分類 可以從不同角度對計算機網(wǎng)絡(luò)進行分類 1 基于作用范圍分類從作用范圍角度來分類 網(wǎng)絡(luò)可以分成局域網(wǎng) 廣域網(wǎng)和城域網(wǎng) 2 基于應(yīng)用范圍分類按使用范圍分類 計算機網(wǎng)絡(luò)可以分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng) 3 基于拓撲結(jié)構(gòu)分類計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是指計算機網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)的連接形式 主要的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)有點到點連接 總線 星狀 環(huán)狀 網(wǎng)狀 4 計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu) 計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是引用拓撲學中的研究與大小 形狀無關(guān)的點 線特性的方法 把網(wǎng)絡(luò)單元定義為節(jié)點 兩節(jié)點間的線路定義為鏈路 則網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和鏈路的幾何位置就是網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)主要有總線型 環(huán)型 星型和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 1 總線拓撲結(jié)構(gòu)總線拓撲結(jié)構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都通過一根公共總線連接 通信時信息沿總線進行廣播式傳送 如圖1 6所示 圖1 6 2 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)中 所有設(shè)備被連接成環(huán) 信息傳送是沿著環(huán)廣播式的 如圖1 7所示 在環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)中每一臺設(shè)備只能和相鄰節(jié)點直接通信 與其他節(jié)點的通信時 信息必須依次經(jīng)過二者間的每一個節(jié)點 圖1 7 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)傳輸路徑固定 無路徑選擇問題 故實現(xiàn)簡單 但任何節(jié)點的故障都會導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓 可靠性較差 網(wǎng)絡(luò)的管理比較復(fù)雜 投資費用較高 當環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)需要調(diào)整時 如節(jié)點的增 刪 改 一般需要將整個網(wǎng)重新配置 擴展性 靈活性差 維護困難 3 星型拓撲結(jié)構(gòu)星型拓撲結(jié)構(gòu)是由一個中央節(jié)點和若干從節(jié)點組成 如圖1 8所示 中央節(jié)點可以與從節(jié)點直接通信 而從節(jié)點之間的通信必須經(jīng)過中央節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā) 星型拓撲結(jié)構(gòu)簡單 建網(wǎng)容易 傳輸速率高 每節(jié)點獨占一條傳輸線路 消除了數(shù)據(jù)傳送堵塞現(xiàn)象 一臺計算機及其接口的故障不會影響到網(wǎng)絡(luò) 擴展性好 配置靈活 增刪改一個站點容易實現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)易管理和維護 網(wǎng)絡(luò)可靠性依賴于中央節(jié)點 中央節(jié)點一旦出現(xiàn)故障將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓 圖1 8 4 網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)分為一般網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)和全連接網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)兩種 全連接網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)中的每個節(jié)點都與其他所有節(jié)點有鏈路相連通 一般網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點至少與其他兩個節(jié)點直接相連 圖1 10中的 a 為一般網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu) b 為全連接網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu) 圖1 9 5 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成 計算機網(wǎng)絡(luò)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的組成 根據(jù)應(yīng)用范圍 目的 規(guī)模 結(jié)構(gòu)以及所采用的技術(shù)不同而不盡相同 但計算機網(wǎng)絡(luò)都必須包括硬件和軟件兩大部分 網(wǎng)絡(luò)硬件提供的是數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)傳輸和建立通信通道的物質(zhì)基礎(chǔ) 而網(wǎng)絡(luò)軟件是真正控制數(shù)據(jù)通信的 軟件的各種網(wǎng)絡(luò)功能需依賴于硬件去完成 二者缺一不可 1 網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)是由服務(wù)器 客戶機 通信處理設(shè)備和通信介質(zhì)組成 服務(wù)器和客戶機是構(gòu)成資源子網(wǎng)的主要設(shè)備 通信處理設(shè)備和通信介質(zhì)是構(gòu)成通信子網(wǎng)的主要設(shè)備 服務(wù)器 客戶機 網(wǎng)卡 通信介質(zhì) 通信處理設(shè)備 2 網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中 每個用戶都可享用系統(tǒng)中的各種資源 因此 系統(tǒng)必須能按用戶的請求為用戶提供相應(yīng)的服務(wù) 對所涉及的信息數(shù)據(jù)進行控制和管理 網(wǎng)絡(luò)中的這些服務(wù) 控制和管理工作都是網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)完成的 計算機網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)大致可分為5類 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件 三 任務(wù)擴展 1 課內(nèi)學習任務(wù) 1 了解自家 同學家或教師家家庭網(wǎng)絡(luò)情況 并能畫出網(wǎng)絡(luò)示意圖 2 了解本系或本學院的網(wǎng)絡(luò)情況 并能畫出網(wǎng)絡(luò)示意圖 參考教材P11圖1 10所示 2 課外學習任務(wù) 1 上網(wǎng)查詢一些中小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計拓撲圖 并記錄不理解的部分 下次課程一起討論 2 了解計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和工作原理 3 了解用戶通過郵政系統(tǒng)和物流系統(tǒng)收發(fā)郵件的工作過程 任務(wù)三計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一 任務(wù)描述1 知識型工作任務(wù) 1 理解網(wǎng)絡(luò)分層的作用和計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 2 理解服務(wù) 接口和協(xié)議的概念 3 掌握OSI RM的層次結(jié)構(gòu)和各層的PDU 4 掌握TCP IP的層次結(jié)構(gòu) 5 了解OSI RM和TCP IP模型的區(qū)別 2 技能型工作任務(wù) 1 能理解網(wǎng)絡(luò)分層的作用和計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念的能力 能理解服務(wù) 接口和協(xié)議的概念 2 能區(qū)分OSI RM的層次 3 能區(qū)分TCP IP的層次 3 教學組織形式 1 學生角色 網(wǎng)絡(luò)公司職員或網(wǎng)絡(luò)管理人員 2 教學過程 在網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)室或網(wǎng)絡(luò)公司或某小型企業(yè)進行教學 學生扮演網(wǎng)絡(luò)公司職員或網(wǎng)絡(luò)管理人員 教師扮演資深網(wǎng)絡(luò)管理人員針對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進行認知訓(xùn)練 二 任務(wù)實施1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜的計算機及通信系統(tǒng)的集合 在其發(fā)展過程中逐步形成了一些公認的 通用的建立網(wǎng)絡(luò)體系的模式 可將其視為建立網(wǎng)絡(luò)體系通用的藍圖 稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) NetworkArchitecture 用以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和實現(xiàn) 本章將系統(tǒng)介紹網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念以及兩個非常重要的參考體系結(jié)構(gòu) 即OSI體系結(jié)構(gòu)和TCP IP體系結(jié)構(gòu) 計算機網(wǎng)絡(luò)分從概念上可分為兩個層次 即提供信息傳輸服務(wù)的通信子網(wǎng)和提供資源共享服務(wù)的資源子網(wǎng) 通信子網(wǎng)主要由通信媒體 傳輸介質(zhì) 和通信設(shè)備等組成 主要為眾多的計算機用戶提供高速度 高效率 低成本 且又安全 可靠的信息傳輸服務(wù) 資源子網(wǎng)由各類計算機系統(tǒng)及外圍設(shè)備組成 它們利用內(nèi)層通信子網(wǎng)的通信功能 實現(xiàn)彼此間的系統(tǒng)互聯(lián) 為用戶提供資源共享服務(wù) 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念及內(nèi)容都比較抽象 為了幫助同學們更好地理解上面所介紹的實體 協(xié)議 服務(wù) 接口等概念 我們以如圖1 11所示的郵政系統(tǒng)為例來說明這個問題 圖1 11郵政系統(tǒng)分層模型 從上述關(guān)于郵政系統(tǒng)的類比中我們還可以發(fā)現(xiàn) 盡管對收信人來說 信是來自于寫信人 但實際上這封信在A地歷經(jīng)了由用戶 郵局 運輸部門的過程 在B地則歷經(jīng)了從運輸部門 郵局 用戶的過程 類似地 網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)模型中的數(shù)據(jù)的傳輸 也不是直接從發(fā)送方的最高層到接收方的最高層 在發(fā)送方 每一層都把協(xié)議數(shù)據(jù)交給它的下一層 直到最下層 在接收方 則由最下層開始一層一層地往上送至最高層 在發(fā)送方由上而下的過程中 每一層為了實現(xiàn)本層的功能都要加上相應(yīng)的控制信息 從而被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在形式上是越來越復(fù)雜 而到了接收方 在自下而上的過程中 每一層都要卸下在發(fā)送方對等層所加上的那些控制信息 就如同信件到了本地郵局要裝入郵包中 郵包到了本地運輸部門要裝入貨運箱中 而一旦到達遠端的運輸部門 則要將郵包重新從貨運箱中取出交給遠端郵局 而遠端郵局要將信件重新從郵包中取出交給用戶 計算機網(wǎng)絡(luò)中分別將發(fā)送方和接收方所歷經(jīng)的這種過程稱為數(shù)據(jù)封裝和數(shù)據(jù)拆封 2 計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu) 1 計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)概述計算機網(wǎng)絡(luò)的整套協(xié)議是一個龐大復(fù)雜的體系 為了便于對協(xié)議的描述 設(shè)計和實現(xiàn) 現(xiàn)在都采用分層的體系結(jié)構(gòu) 所謂層次結(jié)構(gòu)就是指把一個復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計問題分解成多個層次分明的局部問題 并規(guī)定每一層次所必須完成的功能 層次結(jié)構(gòu)提供了一種按層次來觀察網(wǎng)絡(luò)的方法 它描述了網(wǎng)絡(luò)中任意兩個結(jié)點間的邏輯連接和信息傳輸 圖1 12給出了計算機網(wǎng)絡(luò)分層模型的示意圖 該模型將計算機網(wǎng)絡(luò)中的每臺機器抽象為若干層 layer 每層實現(xiàn)一種相對獨立的功能 圖1 12 1 實體與對等實體每一層中 用于實現(xiàn)該層功能的活動元素被稱為實體 entity 包括該層上實際存在的所有硬件與軟件 如終端 電子郵件系統(tǒng) 應(yīng)用程序 進程等 不同機器上位于同一層次 完成相同功能的實體被稱為對等 peertopeer 實體 2 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在就算機網(wǎng)絡(luò)中 相互通信的雙方處于不同的地理位置 要使網(wǎng)絡(luò)上的兩個進程之間相互通信 就要都遵循雙方事先約定好的交換規(guī)則 即要通過交換信息來協(xié)調(diào)它們的動作和達到同步 我們把計算機網(wǎng)絡(luò)中為進行數(shù)據(jù)傳輸而建立的一系列規(guī)則 標準或約定成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 Protocol 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下3個要素構(gòu)成 語法 數(shù)據(jù)與控制信息的格式 數(shù)據(jù)編碼等 時序 事件先后順序和速度匹配 語義 控制信息的內(nèi)容 需要做出的動作及響應(yīng) 3 計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議協(xié)議是作用在不同系統(tǒng)的同等層實體上的 在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作用下 兩個同等層實體間的通信使本層能夠向它相鄰的上一層提供支持 以便上一層完成自己的功能 這種支持就是服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是指彼此相鄰的兩層間下層為上層提供通信能力或操作而屏蔽其細節(jié)的過程 上層可看成是下層的用戶 下層是上層的服務(wù)提供者 服務(wù)原語N 1層實體向N層實體請求服務(wù)時 服務(wù)用戶和服務(wù)提供者之間要進行信息交互 交互的信息即為服務(wù)原語 這些原語通知服務(wù)提供者采取某些行動或報告某個同等實體的活動 供用戶和其他實體訪問該服務(wù) 服務(wù)原語可分為以下4類 a 請求 Request 用以使服務(wù)用戶能從服務(wù)提供者那里請求一定的服務(wù) b 指示 Indication 用以使服務(wù)提供者能向服務(wù)用戶提示某種狀態(tài) c 響應(yīng) Response 用以使服務(wù)用戶能響應(yīng)先前的指示原語 d 證實 Confirm 用以使服務(wù)提供者能報告先前請求原請求成功與否 服務(wù)形式從通信角度看 各層所提供的服務(wù)有兩種形式 面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù) a 面向連接的服務(wù) 所謂 連接 是指在同等層的兩個同等實體間所設(shè)定的邏輯通路 利用建立的連接進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞骄褪敲嫦蜻B接的服務(wù) 面向連接的服務(wù)過程可分為三部分 建立連接 傳輸數(shù)據(jù)和撤消連接 b 無連接的服務(wù) 該類服務(wù)的過程類似于郵政系統(tǒng)的信件通信 無論何時 計算機都可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送想要發(fā)送的數(shù)據(jù) 通信前 無須在兩個同等層實體之間事先建立連接 通信鏈路資源完全在數(shù)據(jù)傳輸過程中動態(tài)地進行分配 2 計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點1 各層之間相互獨立 2 靈活性好 3 各層采用最合適的技術(shù)而不影響其他層 4 有利于促進標準化 3 OSI RM結(jié)構(gòu)體系 1 OSI RM簡介在計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史中 曾出現(xiàn)過多種不同的計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 其中包括IBM公司在1974年提出的SNA 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 模型 DEC公司于1975年提出的DNA 分布型網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系 模型等 這些由不同廠商自行提出的專用網(wǎng)絡(luò)模型 在體系結(jié)構(gòu)上差異很大 甚至相互之間互不相容 更談不上將運用不同廠商產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)相互連接起來以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu)的專用性實際上代表了一種封閉性 尤其在上個世紀70年代末至80年代初 一方面是計算機 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與數(shù)量的急劇增長 另一方面是許多按不同體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間難以進行互操作 嚴重阻礙了計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 1979年 國際標準化組織 ISO 成立了一個分委員會來專門研究一種用于開放系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 并于1983年正式提出了開放式系統(tǒng)互連OSI OpenSystemInterconnection 參考模型 簡稱OSI RM 這是一個定義連接異種計算機的標準體系結(jié)構(gòu) 所謂開放是指任何計算機系統(tǒng)只要遵守這一國際標準 就能同其他位于世界上任何地方的 也遵守該標準的計算機系統(tǒng)進行通信 ISO提出OSI參考模型的目的 就是要使在各種終端設(shè)備之間 計算機之間 網(wǎng)絡(luò)之間 操作系統(tǒng)進程之間以及人們之間互相交換信息的過程 能夠逐步實現(xiàn)標準化 參照這種模型進行網(wǎng)絡(luò)標準化的結(jié)果 就能使得各個系統(tǒng)之間都是 開放 的 而不是封閉的 即凡是遵守這一標準化的系統(tǒng)之間都可以相互連接使用 ISO還希望能夠用這種參考模型來解決不同系統(tǒng)之間的信息交換問題 使不同系統(tǒng)之間也能交互工作 以實現(xiàn)分布式處理 含有通信子網(wǎng)的OSI參考模型如圖1 13所示 圖1 13 2 OSI中的數(shù)據(jù)流動過程網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就相當于信件 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次模型中傳輸?shù)倪^程類似于信件的傳輸過程 如圖1 14所示 圖1 14 這樣 在發(fā)送端層層加控制信息 在接收端層層剝?nèi)タ刂菩畔?有兩個作用 1 在數(shù)據(jù)傳輸過程中 一旦出現(xiàn)差錯 可以及時發(fā)現(xiàn) 糾正 從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?2 高一層數(shù)據(jù)不含低層協(xié)議控制信息 可以使得相鄰層之間保持相對獨立性 這樣 低層實現(xiàn)方法的改變不影響高一層功能的執(zhí)行 3 OSI參考模型中各層簡介1 物理層 PhysicalLayer 物理層位于OSI參考模型的最低層 它直接面向原始比特流的傳輸 物理層的主要功能如下 物理連接的建立 維持和拆除當一個數(shù)據(jù)鏈路實體請求與另一個數(shù)據(jù)鏈路實體之間建立物理連接時 物理層應(yīng)能立即為它們建立相應(yīng)的物理連接 這個連接可能要經(jīng)過若干個中繼鏈路實體 在進行通信時 要維持該連接 通信結(jié)束后 要立即拆除 釋放或撤銷 該連接 以供其他的連接使用 b 實體間信息按比特傳輸在物理連接上 數(shù)據(jù)一般都是串行傳輸 即一個一個比特按時間順序傳輸 串行傳輸可采用同步傳輸方式 也可采用異步傳輸方式 物理層要保證信息按比特傳輸?shù)恼_性 并向數(shù)據(jù)鏈路層提供一個透明的比特傳輸 c 實現(xiàn)四大特性的匹配物理層協(xié)議規(guī)定了為完成物理層主要任務(wù)而建立 維持和拆除物理連接的四大特性 這些特性分別是機械 物理 特性 電氣特性 功能特性和規(guī)程特性 物理層還要實現(xiàn)這四大特性的匹配 2 數(shù)據(jù)鏈路層 DataLinkLayer 數(shù)據(jù)鏈路層涉及相鄰節(jié)點之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)鏈路層通過加強物理層傳輸原始比特的功能 使之對網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為一條無錯線路 為了能夠?qū)崿F(xiàn)相鄰節(jié)點之間無差錯的數(shù)據(jù)傳送 數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供了確認 差錯控制和流量控制等機制 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能如下 a 鏈路管理數(shù)據(jù)鏈路層的 鏈路管理 功能包括數(shù)據(jù)鏈路的建立 鏈路的維持和釋放三個主要方面 當網(wǎng)絡(luò)中的兩個結(jié)點要進行通信時 數(shù)據(jù)的發(fā)送方必須確知接收方是否已處在準備接受的狀態(tài) 為此通信雙方必須先要交換一些必要的信息 以建立一條基本的數(shù)據(jù)鏈路 在傳輸數(shù)據(jù)時要維持數(shù)據(jù)鏈路 而在通信完畢時要釋放數(shù)據(jù)鏈路 b 流量控制數(shù)據(jù)鏈路層既可以確保數(shù)據(jù)通信的有序進行 還可避免通信過程中不會出現(xiàn)因為接收方來不及接收而造成的數(shù)據(jù)丟失 這就是它的 流量控制 功能 數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收必須必須遵循一定的傳送速率規(guī)則 可以使得接收方能及時地接收發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù) 并且當接收方來不及接收時 就必須及時控制發(fā)送方數(shù)據(jù)的發(fā)送速率 使兩方面的速率基本匹配 c 成幀 幀同步 為了向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù) 數(shù)據(jù)鏈路層必須使用物理層提供的服務(wù) 而物理層以比特流進行傳輸?shù)?這種比特流并不保證在數(shù)據(jù)傳輸過程中沒有錯誤 接收到的位數(shù)量可能與發(fā)送的位數(shù)不同 這時數(shù)據(jù)鏈路層為了能實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的差錯控制 就采用了一種 幀 的數(shù)據(jù)塊進行傳輸 而要采幀格式傳輸 就必須有相應(yīng)的幀同步技術(shù) 就是 成幀 也稱 幀同步 功能 d 差錯控制在數(shù)據(jù)通信過程可能會因物理鏈路性能和網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境等因素 難免會出現(xiàn)一些傳送錯誤 但為了確保數(shù)據(jù)通信的準確 又必須使得這些錯誤發(fā)生的機率盡可能低 這一功能也是在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)的 就是它的 差錯控制 功能 3 網(wǎng)絡(luò)層 NetworkLayer 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能如下 路由選擇b 擁塞控制4 傳輸層 TransportLayer 傳輸層是OSI七層模型中唯一負責端到端節(jié)點間數(shù)據(jù)傳輸和控制功能的層 傳輸層主要有以下幾方面的功能 a 尋址傳輸層實現(xiàn)的是計算機進程間的通信 網(wǎng)絡(luò)如何正確識別一臺主機上的哪個應(yīng)用進程和另一臺主機上的哪個應(yīng)用進程進行通信 這需要在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層之外的一種尋址方式 這就是傳輸層的尋址 b 多路服用當傳輸層用戶進程產(chǎn)生的信息流較少時 可將多個傳輸連接映射到一個網(wǎng)絡(luò)連接上 以充分利用網(wǎng)絡(luò)連接的傳輸效率 即所謂向上多路復(fù)用 相反 當一對進程間傳送的信息量大于網(wǎng)絡(luò)連接所能傳送的信息量時 該傳輸連接可映射為多個網(wǎng)絡(luò)連接 以保證傳輸信息吞吐量的要求 即所謂的向下多路復(fù)用 5 會話層 SessionLayer 會話層的功能是在兩個節(jié)點間建立 維護和釋放面向用戶的連接 會話層的主要功能包括 a 建立連接為給兩個對等會話服務(wù)用戶建立一個會話連接 選擇需要的服務(wù)質(zhì)量參數(shù) QoS 對會話參數(shù)進行協(xié)商 識別各個會話連接 傳送有限的透明用戶數(shù)據(jù) b 數(shù)據(jù)傳輸在兩個會話用戶之間實現(xiàn)有組織的 同步的數(shù)據(jù)傳輸 用戶數(shù)據(jù)單元為SSDU 而協(xié)議數(shù)據(jù)單元為SPDU 會話用戶之間的數(shù)據(jù)傳送過程是將SSDU轉(zhuǎn)變成SPDU c 連接釋放連接釋放是通過有序釋放 廢棄 有限量透明用戶數(shù)據(jù)傳送等功能單元釋放會話連接 6 表示層 PresentationLayer 表示層以下的各層只關(guān)心可靠的數(shù)據(jù)傳輸 而表示層關(guān)心的是所傳輸數(shù)據(jù)的語法和語義 它主要涉及處理在兩個通信系統(tǒng)之間所交換信息的表示方式 包括數(shù)據(jù)格式變換 數(shù)據(jù)加密與解密 數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能 表示層的主要功能包括 完成應(yīng)用層所用數(shù)據(jù)的任何所需的轉(zhuǎn)換 能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機或系統(tǒng)程序所能讀得懂的格式 數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮 以及加密和解密可以在表示層進行 當然 數(shù)據(jù)加密和壓縮也可由運行在OSI應(yīng)用層以上的用戶應(yīng)用程序來完成 7 應(yīng)用層 ApplicationLayer 應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層 負責為用戶的應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 與OSI其他層不同的是 它不為任何其他OSI層提供服務(wù) 而只是為OSI模型以外的應(yīng)用程徏提供服務(wù) 包括為相互通信的應(yīng)用程序或進行之間建立連接 進行同步 建立關(guān)于錯誤糾正和控制數(shù)據(jù)完整性過程的協(xié)商等 應(yīng)用層還包含大量的應(yīng)用協(xié)議 如分布式數(shù)據(jù)庫的訪問 文件的交換 電子郵件 虛擬終端等 4 TCP IP結(jié)構(gòu)體系 1 TCP IP參考模型TCP IP協(xié)議是當今計算機網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛 最成熟的網(wǎng)絡(luò) 已成為事實上的工業(yè)標準 它是支持網(wǎng)際各異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和異種機之間互連通信的一種公共網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 基于TCP IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與OSI RM相比 結(jié)構(gòu)更簡單 TCP IP協(xié)議分為4層 即網(wǎng)絡(luò)接口層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層和應(yīng)用層 如圖1 15所示 圖1 15 TCP和IP兩個主要協(xié)議分別屬于傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層 在Internet中起著重要的作用 網(wǎng)絡(luò)接口層與OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層及物理層對應(yīng) 網(wǎng)絡(luò)層與OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層對應(yīng) 傳輸層與OSI模型的傳輸層對應(yīng) 應(yīng)用層與OSI模型的會話層 表示層和應(yīng)用層對應(yīng) 2 各層次功能及主要協(xié)議1 網(wǎng)絡(luò)接口層實際上該層本身并未定義自己的協(xié)議 而是將其他通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層協(xié)議應(yīng)用在TCP IP的主機 網(wǎng)絡(luò)層上 如以太網(wǎng) 令牌環(huán)網(wǎng) X 25網(wǎng) FDDI網(wǎng)協(xié)議等 2 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是網(wǎng)絡(luò)互連的基礎(chǔ) 提供無連接的數(shù)據(jù)報分組交換服務(wù) 其作用是負責將源主機的報文分組發(fā)送到目的主機 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能有以下幾點 a 接受傳輸層的發(fā)送請求 將分組裝入IP數(shù)據(jù)報 選擇路徑并發(fā)送IP數(shù)據(jù)報 b 接收來自網(wǎng)上的數(shù)據(jù)報 檢查目的地址 據(jù)此確定目的站 目的站接收信息后去掉報頭 將分組交上層處理 c 處理互連網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇 流量控制和阻塞問題 3 傳輸層主要功能是提供兩臺主機之間端 端數(shù)據(jù)傳輸 即在源主機和目的主機的對等實體之間建立端 端連接 傳輸層提供可靠的傳輸服務(wù) 確保數(shù)據(jù)按序到達 傳輸層主要有兩個協(xié)議 傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)UDP協(xié)議 兩者有不同的傳輸控制機制 TCP提供可靠的 面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) 而UDP提供不可靠的 面向無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) 4 應(yīng)用層主要功能是使應(yīng)用程序 應(yīng)用進程與協(xié)議相互配合 發(fā)送或接收數(shù)據(jù) 該層常用應(yīng)用協(xié)議有 文件傳輸協(xié)議FTP 遠程登錄協(xié)議Telnet 簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP 域名服務(wù)DNS 超文本傳輸協(xié)議HTTP 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS和路由信息協(xié)議RIP等 3 OSI與TCP IP的比較OSI RM和TCP IP兩者之間有著共同之處 都采用了層次結(jié)構(gòu)模型 在某些層次上有著相似的功能 OSI參考模型是國際標準化組織ISO制定的一個國際標準 但它并沒有成為事實上的國際標準 而TCP IP不是國際標準 卻成為了事實上的工業(yè)標準 正是OSI RM的大而全和層次劃分的復(fù)雜性 才使得人們只要了解和掌握了OSI RM 就能對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念 結(jié)構(gòu) 功能以及層間關(guān)系有一個明確的概念 而且OSI RM的層次劃分及功能也可很方便地套用到其他網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次分析上 TCP IP LAN RM都可通過對照OSI的層次劃分和功能 得以清晰解釋 由于計算機網(wǎng)絡(luò)是一個不斷發(fā)展的技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)又是一個發(fā)展中的概念 OSI RM對計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 尤其是對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展有著很高的指導(dǎo)意義和學術(shù)價值 三 任務(wù)擴展參見教材P22 任務(wù)四局域網(wǎng)技術(shù) 一 任務(wù)描述1 知識型工作任務(wù) 1 掌握局域網(wǎng)的特點和功能 IEEE802標準 介質(zhì)訪問控制的原理 無線局域網(wǎng)工作原理和基本組網(wǎng)方式 2 掌握主要的局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的功能與選擇 3 了解令牌環(huán)網(wǎng) FDDI VLAN的概念與實現(xiàn)方式 2 技能型工作任務(wù) 1 能夠選擇局域網(wǎng)組網(wǎng)的設(shè)備 2 能夠識別局域網(wǎng)的特點和功能 掌握無線局域網(wǎng)基本組網(wǎng)方式 3 能夠掌握令牌環(huán)網(wǎng) FDDI VLAN的實現(xiàn)方式 3 教學組織形式 1 學生角色 網(wǎng)絡(luò)公司職員或網(wǎng)絡(luò)管理人員 教師角色 資深網(wǎng)絡(luò)管理人員 2 教學過程 在網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)室 網(wǎng)絡(luò)公司或某小型企業(yè)進行教學 針對局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進行認知訓(xùn)練 二 任務(wù)實施計算機局域網(wǎng)技術(shù)對計算機信息系統(tǒng)的發(fā)展有很大影響 它不僅以中小型計算機信息系統(tǒng)的形式廣泛應(yīng)用于辦公自動化 工廠自動化 信息處理自動化以及金融 外貿(mào) 交通 商業(yè) 軍事 教育等部門 而且隨著通信技術(shù)的發(fā)展 對將來的大型計算機信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一定的影響 局域網(wǎng)最基本的技術(shù)包括拓撲結(jié)構(gòu) 傳輸技術(shù)和介質(zhì)訪問控制技術(shù) 它們共同確定信息的傳輸形式 速率和效率 信道容量以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)類型等 1 局域網(wǎng)的特點 1 覆蓋范圍小局域網(wǎng)中各節(jié)點分布的地理范圍較小 如一個工廠 學校 建筑物甚至一個房間內(nèi) 用戶可以在局部范圍內(nèi)移動 距離的改變一般不大 2 傳輸速率高由于局域網(wǎng)所用通信線路較短 故可選用高性能的介質(zhì)做通信線路 使線路有較寬的頻帶 這樣就可以提高通信速率 縮短延遲時間 3 誤碼率低 可靠性高局域網(wǎng)通信線路短 出現(xiàn)差錯的機會少 而且局域網(wǎng)多為專用 噪聲和其他干擾因素影響小 因而網(wǎng)絡(luò)信息傳輸過程中出錯的概率小 可靠性高 4 成本低 易于更新擴充由于網(wǎng)絡(luò)區(qū)域有限 所用通信線路短 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相對較少 從而降低了網(wǎng)絡(luò)成本 另外 局域網(wǎng)通常為一個部門所有 也不受其他網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的約束 容易進行設(shè)備的更新和使用最新技術(shù) 擴充網(wǎng)絡(luò)功能 5 結(jié)構(gòu)簡單 易于實現(xiàn) 2 局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)典型的局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)有雙絞線 同軸電纜和光纖 其次還有微波和衛(wèi)星等 雙絞線介質(zhì)有非屏蔽式雙絞線 UTP 和屏蔽式雙絞線 STP 其中UTP在共享介質(zhì)局域網(wǎng)和交換式局域網(wǎng)中均得到廣泛應(yīng)用 同軸電纜可用于基帶系統(tǒng) 也可用于寬帶系統(tǒng) 基帶同軸電纜在幾千米距離內(nèi)可提供10Mbps的傳輸速率 寬帶同軸電纜與有線電視網(wǎng)的傳輸介質(zhì)相同 可提供50Mbps的傳輸速率 光纖有單模光纖和多模光纖 在局域網(wǎng)領(lǐng)域 主要用于較大范圍的局域網(wǎng)和基于高速交換機的高速局域網(wǎng) 此外 在某些場合 由于移動性要求 不便采用以上有線介質(zhì) 則可采用微波 紅外線 衛(wèi)星等無線傳輸介質(zhì)連接局域網(wǎng) 3 局域網(wǎng)的分類局域網(wǎng)有許多不同的分類方法 如按拓撲結(jié)構(gòu)分類 按傳輸介質(zhì)分類 按介質(zhì)訪問控制方法分類等 1 按拓撲結(jié)構(gòu)分類按不同拓撲結(jié)構(gòu)組建的局域網(wǎng) 分別稱作星型網(wǎng)絡(luò) 總線型網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等 2 按傳輸介質(zhì)分類局域網(wǎng)使用的主要傳輸介質(zhì)有雙絞線 細同軸電纜 光纜等 以連接到用戶終端的介質(zhì)可分為雙絞線網(wǎng) 細纜網(wǎng)等 3 按介質(zhì)訪問控制方法分類介質(zhì)訪問控制方法提供傳輸介質(zhì)上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸控制機制 按不同的介質(zhì)訪問控制方式局域網(wǎng)可分為以太網(wǎng) 令牌環(huán)網(wǎng)等 4 按網(wǎng)絡(luò)使用的技術(shù)分類按網(wǎng)絡(luò)使用的技術(shù)可分為如以太網(wǎng) ATM網(wǎng) 快速以太網(wǎng) FDDI網(wǎng)等 IEEE802標準所描述的局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的關(guān)系如圖1 16所示 局域網(wǎng)參考模型只對應(yīng)于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 它將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層 邏輯鏈路控制 LLC 子層和介質(zhì)訪問控制 MAC 子層 網(wǎng)絡(luò)層 會話層 應(yīng)用層 物理層 介質(zhì)訪問控制子層 MAC 邏輯鏈路控制子層 LLC 局域網(wǎng)參考模型 表示層 傳輸層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 OSI參考模型 圖1 16IEEE802參考模型與OSI參考模型對應(yīng)關(guān)系 1 物理層物理層涉及通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?它的主要作用是確保二進制位信號的正確傳輸 包括位流的正確傳送與正確接收 這就是說物理層必須保證在雙方通信時 一方發(fā)送二進制 1 另一方接收的也是 1 而不是 0 2 MAC子層介質(zhì)訪問控制 MAC 是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層 MAC構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的下半部 它直接與物理層相鄰 MAC子層主要制定管理和分配信道的協(xié)議規(guī)范 換句話說 就是用來決定廣播信道中信道分配的協(xié)議屬于MAC子層 MAC子層是與傳輸介質(zhì)有關(guān)的一個數(shù)據(jù)鏈路層的功能子層 它的主要功能是進行合理的信道分配 解決信道競爭問題 它在支持LLC子層中 完成介質(zhì)訪問控制功能 為競爭的用戶分配信道使用權(quán) 并具有管理多鏈路的功能 MAC子層為不同的物理介質(zhì)定義了介質(zhì)訪問控制標準 目前IEEE802已制定的介質(zhì)訪問控制標準有著名的帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問 CSMA CD 令牌環(huán) Token Ring 和令牌總線 Token Bus 等 介質(zhì)訪問控制方法決定了局域網(wǎng)的主要性能 它對局域網(wǎng)的響應(yīng)時間 吞吐量和網(wǎng)絡(luò)利用率等都有十分重要的影響 3 LLC子層邏輯鏈路控制 LLC 也是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層 它構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的上半部 與網(wǎng)絡(luò)層和MAC子層相鄰 LLC在MAC子層的支持下向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù) 可運行于所有802局域網(wǎng)和城域網(wǎng)協(xié)議之上的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議被稱為邏輯鏈路控制LLC LLC子層與傳輸介質(zhì)無關(guān) 它獨立于介質(zhì)訪問控制方法 隱藏了各種802網(wǎng)絡(luò)之間的差別 向網(wǎng)絡(luò)層提供一個統(tǒng)一的格式和接口 LLC子層的具體功能包括數(shù)據(jù)幀的組裝與拆卸 幀的收發(fā) 差錯控制 數(shù)據(jù)流控制和發(fā)送順序控制等功能 并為網(wǎng)絡(luò)層提供兩種類型的服務(wù) 面向連接服務(wù)和無連接服務(wù) 5 IEEE802標準系列1980年以來 許多國家和國際標準化組織都積極進行局域網(wǎng)的標準化工作 其中影響較大的是IEEE802標準系列 IEEE802已公布的標準如表1 1所示 IEEE802標準為局部區(qū)域和都市區(qū)域的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)提供了建立公共接口和協(xié)議的技術(shù)規(guī)范 它定義了幾種介質(zhì)訪問技術(shù)規(guī)范 然后用一種邏輯鏈路控制標準與之相聯(lián)系 在邏輯鏈路控制標準之上又定義了一個網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)標準 與之上下相適配 圖1 17描述了IEEE802系列標準及相互之間的關(guān)系 圖1 17 6 局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法不論是是總線型網(wǎng) 環(huán)型網(wǎng)還是星型網(wǎng) 都是同一傳輸介質(zhì)中連接了多個站 而局域網(wǎng)中所有的站都是對等的 任何一個站都可以和其他站通信 這就需要有一種仲裁方式來控制各站使用介質(zhì)的方法 這就是所謂的 介質(zhì)訪問方法 介質(zhì)訪問方式是確保對網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點進行有序訪問的一種方法 在共享式局域網(wǎng)的實現(xiàn)過程中 可以采用不同的方式對其共享介質(zhì)進行控制 常用的介質(zhì)存取方法包括帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問 CSMA CD 方法 令牌總線 Token Bus 方法 以及令牌環(huán) Token Ring 方法 目前最流行的局域網(wǎng) 以太網(wǎng) Ethernet 使用的就是 CSMA CD 介質(zhì)訪問控制方法 而FDDI網(wǎng)則使用令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法 CSMA CD介質(zhì)訪問控制方法總線型局域網(wǎng)中 所有的節(jié)點都直接連到同一條物理信道上 并在該信道中發(fā)送和接收數(shù)據(jù) 因此對信道的訪問是以多路訪問方式進行的 CSMA CD協(xié)議起源于ALOHA協(xié)議 是Xerox 施樂 公司吸取了ALOHA技術(shù)的思想而研制出的一種采用隨機訪問技術(shù)的竟爭型媒體訪問控制方法 后來成為IEEE802標準之一即MAC的IEEE802標準 CSMA CD協(xié)議的工作過程為 由于整個系統(tǒng)不時采用集中式的控制方式 且總線上每個節(jié)點發(fā)送信息要自行控制 所以各個節(jié)點在發(fā)送信息之前 首先要偵聽總線上是否有信息在媒介體上傳送 若有 則其它各節(jié)點不發(fā)送信息 發(fā)免破壞傳送 若偵聽到總線上沒有信息傳送 則可以發(fā)送信息到總線上 當一個節(jié)點占用總線發(fā)送信息后 要一邊發(fā)送一邊檢測總線 看是否有沖突產(chǎn)生 發(fā)送節(jié)點檢測到?jīng)_突產(chǎn)生后 就立即停止發(fā)送信息 并發(fā)送強化沖突息號 然后采用某種算法等待一段時間后再重新偵聽線路 準備重新發(fā)送該信息 CSMA CD協(xié)議的工作流程圖1 18所示 對CSMA CD協(xié)議的工作過程通?？梢愿爬?先聽后發(fā) 邊聽邊發(fā) 沖突停發(fā) 隨機重發(fā) 圖1 18CSMA CD工作流程圖 沖突產(chǎn)生的原因可能是在同一時刻兩個節(jié)點同時偵聽到線路 空閑 又同時發(fā)送信息所以產(chǎn)生了沖突 使數(shù)據(jù)發(fā)送失敗 也可能是一個節(jié)點剛剛發(fā)送信息 還沒有傳送到目的節(jié)點 而另一個節(jié)點檢測到線路空閑 將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上 導(dǎo)致沖突的產(chǎn)生 CSMA CD一般應(yīng)用于總線型網(wǎng)絡(luò)或用于信道使用半雙工的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 對于使用全雙工的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境無需采用這種介質(zhì)訪問控制技術(shù) CSMA CD控制方式的優(yōu)點是 原理比較簡單 技術(shù)上易實現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位 不需集中控制 不提供優(yōu)先級控制 但在網(wǎng)絡(luò)負載增大時 發(fā)送時間增長 發(fā)送效率急劇下降 2 令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制方法令牌環(huán)訪問控制方法的主要原理是 使用一個稱之為 令牌 的控制標志 令牌是一個二進制數(shù)的字節(jié) 它由 空閑 與 忙 兩種編碼標志來實現(xiàn) 既無目的地址 也無源地址 當無信息在環(huán)上傳送時 令牌處于 空閑 狀態(tài) 它沿環(huán)從一個工作站到另一個工作站不停地進行傳遞 當某一工作站準備發(fā)送信息時 就必須等待 直到檢測并捕獲到經(jīng)過該站的令牌為止 然后 將令牌的控制標志從 空閑 狀態(tài)改變?yōu)?忙 狀態(tài) 并發(fā)送出一幀信息 其他的工作站隨時檢測經(jīng)過本站的幀 當發(fā)送的幀目的地址與本站地址相符時 就接收該幀 待復(fù)制完畢再轉(zhuǎn)發(fā)此幀 直到該幀沿環(huán)一周返回發(fā)送站 并收到接收站指向發(fā)送站的肯定應(yīng)簽信息時 才將發(fā)送的幀信息進行清除 并使令牌標志又處于 空閑 狀態(tài) 繼續(xù)插入環(huán)中 當另一個新的工作站需要發(fā)送數(shù)據(jù)時 按前述過程 檢測到令牌 修改狀態(tài) 把信息裝配成幀 進行新一輪的發(fā)送 令牌環(huán)的工作原理如圖1 19所示 與CSMA CD不同 令牌傳遞網(wǎng)是延遲確定型網(wǎng)絡(luò) 也就是說 在任何站點發(fā)送信息之前 可以計算出信息從源站到目的站的最長時間延遲 這一特性及令牌環(huán)網(wǎng)其它可靠特性 使令牌環(huán)網(wǎng)特別適合于那些需要預(yù)知網(wǎng)絡(luò)延遲和對網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求高的應(yīng)用 a 發(fā)送者等待空閑令牌 b 發(fā)送者把空閑令牌改為忙令牌 并附加數(shù)據(jù) c 接受者接受數(shù)據(jù) 并繼續(xù)傳遞數(shù)據(jù) d 發(fā)送者釋放令牌 將令牌改為空閑令牌 圖1 19 3 令牌總線介質(zhì)訪問控制方法前面介紹的CSMA CD媒體訪問控制采用總線爭用方式 具有結(jié)構(gòu)簡單 在輕負載下延遲小等優(yōu)點 但隨著負載的增加 沖突概率增加 性能明顯下降 采用令牌環(huán)媒體訪問控制具有重負載下利用率高 網(wǎng)絡(luò)性能對距離不敏感 以及具公平訪問等優(yōu)越性能 但環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 以及存在檢錯可靠性等問題 令牌總線媒體訪問是在綜合上面兩種媒體訪問控制優(yōu)點的基礎(chǔ)上形成一種媒體訪問控制方法 IEEE802 4標準就是提出了令牌總線的媒體訪問控制方法 令牌總線訪問控制方法的工作原理是 令牌總線訪問控制是將物理總線上的站點構(gòu)成一個邏輯環(huán) 每一個站都在一個有序的序列中被指定一個邏輯位置 而序列中最后一個成員又跟著第一個成員 每個站都知道在它之前和在它之后的站標識 如圖1 20所示 P CS D A P BS A C E P DS C B P AS B D P 前趨站S 后繼站 圖1 20 從圖可看出 在物理結(jié)構(gòu)上它是一個總線結(jié)構(gòu)局域網(wǎng) 但是 在邏輯結(jié)構(gòu)上 又成了一種環(huán)型結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng) 和令牌環(huán)一樣 站點只有取得令牌 才能發(fā)送幀 在令牌在邏輯環(huán)上依次 A D B C A 傳遞 在正常運行時 當站點做完該做的工作或者時間終了時 它將令牌傳遞給邏輯序列中的下一個站 從邏輯上看 令牌是按地址的遞減順序傳至下一個站點 但從物理上看 帶有目的地址的令牌幀廣播到所有的站點 當目的站識別出符合它的地址 即把該令牌幀接 應(yīng)該指出 總線上的實際順序與邏輯順序并無關(guān)系 令牌總線介質(zhì)訪問控制方法的特點 1 令牌總線不可能產(chǎn)生沖突 2 站點有公平的訪問權(quán) 3 每個站點發(fā)送幀的最大長度可以加以限制 7 以太網(wǎng)以太網(wǎng)最初是由Xerox公司研制而成的 并且在1980年由DEC公司和Xerox公司共同使之規(guī)范成形 后來它被作為802 3標準為電氣與電子工程師協(xié)會 IEEE 所采納 以太網(wǎng)的基本特征是采用載波監(jiān)聽多路訪問 沖突檢測 CSMA CD 的介質(zhì)訪問控制方式 即多個工作站都連接在一條總線上 所有的工作站都不斷向總線上發(fā)出監(jiān)聽信號 但在同一時刻只能有一個工作站在總線上進行傳輸 而其他工作站必須等待其傳輸結(jié)束后再開始自己的傳輸 沖突檢測方法保證了只能有一個站在電纜上傳輸 早期以太網(wǎng)傳輸速率為10Mbps 1 傳統(tǒng)以太網(wǎng)1 10Base 5網(wǎng)絡(luò)10Base 5是原始的以太網(wǎng)標準 使用直徑10mm的50歐姆粗同軸電纜 總線拓撲結(jié)構(gòu) 站點網(wǎng)卡的接口為DB 15連接器 通過AUI電纜 用MAU裝置栓接到同軸電纜上 末端用50歐姆 1W的電阻端接 一端接在電氣系統(tǒng)的地線上 每個網(wǎng)段允許有100個站點 每個網(wǎng)段最大允許距離為500m 網(wǎng)絡(luò)直徑為2500m 既可由5個500m長的網(wǎng)段和4個中繼器組成 利用基帶的10M傳輸速率 采用曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù) 2 10Base 2網(wǎng)絡(luò)10Base 2是為降低10Base 5的安裝成本和復(fù)雜性而設(shè)計的 使用廉價的R9 58型50歐姆細同軸電纜 總線拓撲結(jié)構(gòu) 網(wǎng)卡通過T形接頭連接到細同軸電纜上 末端連接50歐姆端接器 每個網(wǎng)段允許30個站點 每個網(wǎng)段最大允許距離為185m 仍保持10Base5的4中繼器 5網(wǎng)段設(shè)計能力 允許的最大網(wǎng)絡(luò)直徑為5x185 925m 利用基帶的10M傳輸速率 采用曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù) 與10Base 5相比 10Base 2以太網(wǎng)更容易安裝 更容易增加新站點 能大幅度降低費用 3 10Base T網(wǎng)絡(luò)10Base T是1990年通過的以太網(wǎng)物理層標準 10Base T使用兩對非屏蔽雙絞線 一對線發(fā)送數(shù)據(jù) 另一對線接收數(shù)據(jù) 用RJ 45模塊作為端接器 星形拓撲結(jié)構(gòu) 信號頻率為20MHz 必須使用3類或更好的UTP電纜 布線按照EIA568標準 站點 中繼器和中繼器 中繼器的最大距離為100m 保持了10Base5的4中繼器 5網(wǎng)段的設(shè)計能力 使10Base T局域網(wǎng)的最大直徑為500m 10Base T的集線器和網(wǎng)卡每16秒就發(fā)出 滴答 Hear beat 脈沖 集線器和網(wǎng)卡都要監(jiān)聽此脈沖 收到 滴答 信號表示物理連接已建立 10Base T設(shè)備通過LED向網(wǎng)絡(luò)管理員指示鏈路是否正常 2 高速以太網(wǎng)世界上使用最普遍的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng) 但傳統(tǒng)的以太網(wǎng)10Mbps的傳輸輸率在多方面都限制了其應(yīng)用 特別是進入20世紀90年代 隨著多媒體信息技術(shù)的成熟和發(fā)展 對網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率和傳輸質(zhì)量提出了更高的要求 10Mbps網(wǎng)絡(luò)所提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬難以滿足人們的需要 于是 國際上一些著名的大公司便聯(lián)合起來研究和開發(fā)新的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 幾年來相繼開發(fā)并公布的高速以太網(wǎng)技術(shù)有100Mbps以太網(wǎng) 1000Mbps以太網(wǎng)和10Gbps以太網(wǎng)技術(shù) IEEE802委員會對這些技術(shù)分別已經(jīng)進行了或正在進行著標準化工作 8 虛擬局域網(wǎng)在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)中 通常一個工作組是在同一個網(wǎng)段上 多個邏輯工作組之間通過實現(xiàn)互聯(lián)的網(wǎng)橋或路由器來交換數(shù)據(jù) 當一個邏輯工作組的結(jié)點要轉(zhuǎn)移到另一個邏輯工作組時 就需要將節(jié)點計算機從一個網(wǎng)段撤出 連接到另一個網(wǎng)段上 甚至需要重新進行布線 因此邏輯工作組的組成就要受節(jié)點所在網(wǎng)段的物理位置限制 所以我們提出了虛擬局域網(wǎng)的概念 1 虛擬局域網(wǎng)的基本概念所謂虛擬局域網(wǎng) VLAN VirtualLAN 就是將局域網(wǎng)上的用戶或節(jié)點劃分成若干個 邏輯工作組 邏輯組的用戶或節(jié)點可以根據(jù)功能 部門 應(yīng)用策略等因素劃分 不需考慮所處的物理位置 此種網(wǎng)絡(luò)是建立在交換技術(shù)基礎(chǔ)上 并以軟件方式來實現(xiàn)邏輯工作組的劃分與管理 其結(jié)構(gòu)一般如圖1 21所示 1 2 3 4 5 6 A B C D E VLAN1 VLAN2 圖1 21 2 虛擬局域網(wǎng)的實現(xiàn)技術(shù)虛擬局域網(wǎng)技術(shù)允許網(wǎng)絡(luò)管理者將一個物理LAN邏輯地劃分成不同的廣播域 即VLAN 每個VLAN都包含一組有著相同需求或特性的計算機工作站 與物理上形成的局域網(wǎng)有著相同的屬性 由于它是邏輯的而不是物理的劃分 所以同一VLAN內(nèi)的各個工作站結(jié)點無須局限在同一物理空間下 一個VLAN內(nèi)部的廣播和組播都不會發(fā)到其它的VLAN中 VLAN是以交換以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的 它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了VLAN頭 用 VLANID 將用戶劃分為更小的工作組 每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng) 目前 虛擬局域網(wǎng)有四種實現(xiàn)技術(shù) 基于端口的虛擬局域網(wǎng) 基于MAC地址的虛擬局域網(wǎng) 基于第三層協(xié)議的虛擬局域網(wǎng)和基于用戶使用策略的虛擬局域網(wǎng) 1 基于端口實現(xiàn)的VLAN基于端口的VLAN是劃分虛擬局域網(wǎng)最簡單也是最常用的方法 網(wǎng)絡(luò)管理員只需要管理和配置交換端口 而不管交換端口連接什么設(shè)備 屬于同一VLAN的端口可以不連續(xù) 同時一個VLAN可以跨越多個以太網(wǎng)交換機 2 基于MAC地址的VLAN這種實現(xiàn)方式是根據(jù)每個主機的MAC地址來劃分VLAN 這種劃分方法的最大優(yōu)點就是當用戶物理位置移動或端口改變時 不用重新配置VLAN 3 基于第三層協(xié)議的VLAN基于第三層的VLAN是采用路由器中常用的方法 即根據(jù)每個主機的網(wǎng)絡(luò)層地址或協(xié)議類型來劃分 盡管這種劃分是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址 但它不是路由 與網(wǎng)絡(luò)層的路由毫無關(guān)系 4 基于用戶使用策略的VLAN基于用戶使用策略的VLAN是一種比較靈活有效的VLAN劃分方法 該方法的核心是采用什么樣的策略 目前常用的策略有 按IP地址 按網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等 9 無線局域網(wǎng)技術(shù) 1 無線局域網(wǎng)概述隨著無線局域網(wǎng) WirelessLan WLAN 技術(shù)的發(fā)