網(wǎng)絡(luò)工程師教材第1章

1、自強不息 厚德載物計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與綜合布線計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與綜合布線第一部分計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第二部分綜合布線自強不息 厚德載物第一部分計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第一部分計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自強不息 厚德載物計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第1章網(wǎng)絡(luò)參考模型 學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標 了解網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，掌握網(wǎng)絡(luò)的概念和分類。 掌握OSI參考模型的基本概念，重點在于各層數(shù)據(jù)幀的封裝過程。 掌握TCP/IP四層參考模型的基本概念。 了解與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的國際機構(gòu)。計算機網(wǎng)絡(luò)(Network)是將處在 且相互獨立的 或 ，通過 和 按照特定的 和 相互連接起來，利用 進行管理和控制，從而實現(xiàn) 信息傳輸 和 的一種信息系統(tǒng)。 簡單網(wǎng)絡(luò)示意圖

2、簡單網(wǎng)絡(luò)示意圖 ARPAnet（高級研究計劃署網(wǎng)絡(luò)，Advanced Research Projects Agency net）是世界上第一個計算機網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)在20世紀60年代后期，由美國國防部資助。其第一個節(jié)點于1969年在加利福利亞大學(xué)洛杉磯分校安裝，最終發(fā)展成為今天的Internet。我國Internet的發(fā)展 1987年9月下旬，錢天白教授發(fā)出我國第一封電子郵件“越過長城，通向世界”，揭開了中國人使用Internet的序幕。 覆蓋范圍一般不超過數(shù)十公里，通常是一幢建筑物內(nèi)、相鄰的幾幢建筑物之間或者是一個園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)。 覆蓋范圍通常為數(shù)百公里到數(shù)千公里，甚至數(shù)萬公里，可以是一個地區(qū)或一個國

3、家，甚至世界幾大洲或整個地球。 覆蓋的地理范圍介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，通常為數(shù)十公里到數(shù)百公里的一座城市內(nèi)。 通常是由很少幾臺計算機組成的工作組。對等網(wǎng)采用分散管理的方式，網(wǎng)絡(luò)中的每臺計算機既作為客戶機又可作為服務(wù)器來工作，每個用戶都管理自己機器上的資源。 網(wǎng)絡(luò)的管理工作集中在運行特殊網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)服務(wù)器軟件的計算機上進行，這臺計算機被稱為服務(wù)器，它可以驗證用戶名和密碼的信息，處理客戶機的請求。而網(wǎng)絡(luò)中其余的計算機則不需要進行管理，而是將請求通過轉(zhuǎn)發(fā)器(Redirector)發(fā)給服務(wù)器。 網(wǎng)絡(luò)中的計算機或設(shè)備通過一條共享的通信介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳播，所有節(jié)點都會收到任何節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)信息。這種傳輸方式

4、主要應(yīng)用于局域網(wǎng)中。廣播網(wǎng)絡(luò)中有三種傳輸類型：和。 網(wǎng)絡(luò)中的計算機或設(shè)備通過單獨的鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸，并且兩個節(jié)點間都可能會有多條單獨的鏈路。這種傳播方式主要應(yīng)用于廣域網(wǎng)中。 拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu) 拓撲(topolgy)是從圖論演變而來的概念，是一種研究與大小形狀無關(guān)的點、線、面特點的方法。在計算機網(wǎng)絡(luò)中拋開網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，把象工作站、服務(wù)器、交換機等網(wǎng)絡(luò)單元抽象為“點”，把網(wǎng)絡(luò)中的電纜等通信介質(zhì)抽象為“線”，這樣從拓撲學(xué)的觀點看計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就形成了點和線組成的幾何圖形，從而抽象出了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。我們稱這種采用拓撲學(xué)方法抽象的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。 計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲主要是指通信

5、子網(wǎng)的拓撲構(gòu)型。分為兩大類：點點線路通信子網(wǎng)的拓撲;廣播信道通信子網(wǎng)的拓撲。 點點線路通信子網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)有：星型、環(huán)型、樹型、全連接型、交叉環(huán)型、網(wǎng)狀型。如圖所示。物理拓撲規(guī)定線纜的布局走向物理拓撲規(guī)定線纜的布局走向總線式環(huán)形星形擴展星形物理拓撲物理拓撲層次形網(wǎng)狀形獨立的主干網(wǎng)絡(luò)獨立的主干網(wǎng)絡(luò)所有的主機直接連接到主干所有的主機直接連接到主干總線兩端要有終結(jié)器總線兩端要有終結(jié)器物理拓撲：總線型物理拓撲：總線型沒有主干沒有主干每一臺主機直接連接鄰居每一臺主機直接連接鄰居物理拓撲：環(huán)形物理拓撲：環(huán)形所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到一個中心點所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到一個中心點星形的中心一般用星形的中心一般用HUB或者

6、或者Switch物理拓撲：星形物理拓撲：星形把多個星形拓撲連接在一起把多個星形拓撲連接在一起星形的中間是星形的中間是HUB或者或者Switch擴展了網(wǎng)絡(luò)的長度和大小擴展了網(wǎng)絡(luò)的長度和大小物理拓撲：擴展星形物理拓撲：擴展星形類似于擴展星形類似于擴展星形物理拓撲：層次形物理拓撲：層次形每一個主機到網(wǎng)絡(luò)中的其他主機都有直接連每一個主機到網(wǎng)絡(luò)中的其他主機都有直接連接接物理拓撲：網(wǎng)狀形物理拓撲：網(wǎng)狀形 1.2.1 OSI參考模型簡介 1.2.2 OSI參考模型各層的功能 1.2.3 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆庋b和解封裝 1.2.4 TCP/IP四層模型 第7層應(yīng)用層Application第6層 表示層Presenta

7、tion第5層 會話層Session第4層 傳輸層Transport第3層 網(wǎng)絡(luò)層Network第2層 數(shù)據(jù)鏈路層Data Link第1層 物理層Physical給用戶應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（如FTP服務(wù)）。提供數(shù)據(jù)表示和編碼格式，以及數(shù)據(jù)傳輸語法的協(xié)商。它確保應(yīng)用程序能使用從網(wǎng)絡(luò)送達的數(shù)據(jù)，并且應(yīng)用程序發(fā)送的信息能在網(wǎng)絡(luò)上傳送。負責(zé)建立、維護和管理應(yīng)用程序之間的會話。提供流量控制、窗口操作和糾錯功能。還負責(zé)數(shù)據(jù)流的分段和重組。具有保證連接和提供可行傳輸?shù)哪芰?，負?zé)分配一個端口號，用來把信息傳遞給上層。OSI的的7層功能層功能通過標識終端的邏輯地址定義端到端的分組傳送，從而決定把數(shù)據(jù)從一個地方移

8、到另一個地方的最佳路徑。提供了跨越介質(zhì)的物理傳輸過程。它提供錯誤檢測，在某些情況提供錯誤糾正、網(wǎng)絡(luò)拓撲和流量控制。使用介質(zhì)訪問控制（MAC）地址，也稱為物理地址或硬件地址。提供電氣的、機械的、規(guī)程的及功能的手段來激活和保持系統(tǒng)間的物理鏈路。使用的物理介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜和光纖等。OSI的的7層功能層功能層層的名稱設(shè)備協(xié)議7 | 5應(yīng)用層表示層會話層TFTP、FTP、SMTP、Telnet、HTTP、SNMP、DNS 、 NFS 、 rlogin4傳輸層TCP、UDP、IPX3網(wǎng)絡(luò)層路由器AppleTalk、DECnet、IP、IPX、Vines、XNS、ICMP、ARP、RARP等2數(shù)據(jù)鏈路

9、層交換機、網(wǎng)橋、網(wǎng)卡ATM、PPP、HDLC、幀中繼、802.2、802.31物理層集線器設(shè)備、協(xié)議與其所在的層設(shè)備、協(xié)議與其所在的層通信過程通信過程NameAddressNameAddressNameAddressNameAddress數(shù)據(jù)封裝數(shù)據(jù)封裝數(shù)據(jù)的封裝數(shù)據(jù)的封裝傳輸層傳輸層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)TCP 頭頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)IP 頭頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)LLC 頭頭0101110101001000010數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)MAC 頭頭表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層會話層會話層段段包包比特比特幀幀PDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元協(xié)議數(shù)據(jù)單元FCSFCS數(shù)據(jù)的解封裝數(shù)據(jù)的解封裝上

10、層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)LLC 頭頭 + IP + TCP + 上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)MAC 頭頭IP + TCP +上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)LLC 頭頭TCP+上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)IP 頭頭上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)TCP 頭頭0101110101001000010傳輸層傳輸層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層會話層會話層封裝與解封裝的過程封裝與解封裝的過程HostAHostB應(yīng)用層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)表示層會話層會話層傳輸層數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)傳輸層網(wǎng)絡(luò)層分組數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層幀分組數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層物理層11000100111000001110000101110000物理層數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)

11、流數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)流是一個一層到三層的封裝與解封裝動作，是數(shù)據(jù)從源到目的背后的過程 數(shù)據(jù)在封裝的時候包含了第三層的源和目的的IP地址以及第二層的源和目的的MAC地址 各層間相互獨立，某一層的變化 不會影響其他層 促進標準化工作 使網(wǎng)絡(luò)易于實現(xiàn)和維護 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層 57層 通過物理傳輸比特（bit）流 中繼器和集線器 建立、維護和取消物理連接 ABCD物理層物理層 僅放大電信號僅放大電信號 延長傳輸距離延長傳輸距離 所有設(shè)備在同一所有設(shè)備在同一沖突域沖突域 所有設(shè)備在同一所有設(shè)備在同一廣播域廣播域 所有設(shè)備共享相同的帶寬所有設(shè)備共享相同的帶寬 物理上星型，邏輯上總線型（以太）物

12、理上星型，邏輯上總線型（以太）集線器運行在物理層集線器運行在物理層網(wǎng)絡(luò)中所有主機的收發(fā)都依賴于同一套物理介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中所有主機的收發(fā)都依賴于同一套物理介質(zhì)同一時刻只能有一臺主機在發(fā)送同一時刻只能有一臺主機在發(fā)送CSMA/CDCSMA/CD：載波偵聽多路復(fù)用與沖突檢測載波偵聽多路復(fù)用與沖突檢測載波偵聽：載波偵聽： 先聽后說先聽后說沖突檢測：沖突檢測： 邊說邊聽邊說邊聽回退：回退： 檢測到?jīng)_突后的處理檢測到?jīng)_突后的處理CSMA/CD 接入設(shè)備越多沖突機率越大接入設(shè)備越多沖突機率越大 用用CSMA/CD技術(shù)技術(shù)一個沖突域經(jīng)驗上可連接一個沖突域經(jīng)驗上可連接64臺以內(nèi)的電腦臺以內(nèi)的電腦以獲取較好的性能以獲取

13、較好的性能集線器：同一個沖突域集線器：同一個沖突域類型最高速率最大距離同軸電纜10Base2(細纜以太網(wǎng))10M185m10Base5(粗纜以太網(wǎng))10M500m雙絞線10BaseT(雙絞以太網(wǎng))10M100m光纖多模光纖幾百兆1.4km單模光纖100G10km無線802.11a54M75英尺802.11b11M150英尺802.11g54M150英尺物理層傳輸介質(zhì)物理層傳輸介質(zhì) 將比特信息加以組織封裝成數(shù)據(jù)幀（Frame） 通過使用接收系統(tǒng)的硬件地址或物理地址來尋址 硬件地址或物理地址（即MAC地址） 兩個子層 媒體訪問控制（MAC） 邏輯鏈路控制（LLC） 網(wǎng)卡、網(wǎng)橋和交換機 單播地址：表

14、示一個網(wǎng)段上的單臺設(shè)備。 廣播地址：表示一個網(wǎng)段上的所有設(shè)備。 組播地址：表示一個網(wǎng)段上的一組設(shè)備。 以太網(wǎng)是運行在數(shù)據(jù)鏈路層的LAN介質(zhì)類型，使用載波偵聽多路訪問/沖突檢測（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）機制在共享的環(huán)境中發(fā)送信息。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 在局域網(wǎng)的通信中，相互連接的同一類型介質(zhì)上的每臺機器都需要一個唯一的MAC地址。 MAC地址的長度是48bit并以十六進制數(shù)字來表示，為12個字符。 MAC地址的前6位與網(wǎng)絡(luò)接口卡的廠商或制造商有關(guān)。后6位數(shù)用來與OUI（組織唯一標識符）值共同作為網(wǎng)絡(luò)接口卡

15、的唯一標識。MAC地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源地址源地址FCS長度長度目標地址目標地址可變長可變長26640000.0C xx.xxxx廠商自己分配廠商自己分配IEEE 分配分配MAC子層子層- 802.3前導(dǎo)符前導(dǎo)符Ethernet II 在這在這里用里用 “Type”指指明上層協(xié)議，所明上層協(xié)議，所以不用以不用 802.2.MAC 地址地址（物理地址）（物理地址）8# 字節(jié)字節(jié)MAC地址格式地址格式 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層或或123124 每段有自己的每段有自己的沖突域沖突域 所有的段都在同一所有的段都在同一廣播域（單播，廣播，組播）廣播域（單播，廣播，組播）網(wǎng)橋和交換機運行在鏈路層網(wǎng)橋和交換機運行在

16、鏈路層 每段有自己的沖突域每段有自己的沖突域 廣播信息向所有段轉(zhuǎn)發(fā)廣播信息向所有段轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)緩沖區(qū)交換交換交換機的工作原理交換機的工作原理網(wǎng)橋分段不分割廣播域網(wǎng)橋分段不分割廣播域網(wǎng)橋分段網(wǎng)橋分段 交換機通過網(wǎng)絡(luò)中的幀來學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的交換機通過網(wǎng)絡(luò)中的幀來學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的MAC地址并地址并將其保存在自己的地址表中，實現(xiàn)將其保存在自己的地址表中，實現(xiàn)MAC與接口的對應(yīng)與接口的對應(yīng)關(guān)系關(guān)系交換機交換機 基于網(wǎng)絡(luò)層地址進行不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間基于網(wǎng)絡(luò)層地址進行不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的路徑選擇的路徑選擇 網(wǎng)絡(luò)層地址（網(wǎng)絡(luò)層地址（IP地址地址） 分割和重新組合分割和重新組合數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包（Packet） 差錯檢驗和可能的修

17、復(fù)差錯檢驗和可能的修復(fù) 可能的數(shù)據(jù)流量控制可能的數(shù)據(jù)流量控制 路由器路由器 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源地址源地址目標地址目標地址IP頭頭主機號主機號網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號 邏輯地址邏輯地址網(wǎng)絡(luò)層端接設(shè)備的數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層端接設(shè)備的數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層-IPIP路由表路由表目標網(wǎng)絡(luò)目標網(wǎng)絡(luò) 端口端口距離距離124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2路由表路由表目標網(wǎng)絡(luò)目標網(wǎng)絡(luò) 端口端口距離距離124E0S0S0001 邏輯地址提供分層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)邏輯地址提供分層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò) 需要的配置需要的配置 利用配置信息來識別到達目標網(wǎng)絡(luò)的路徑利用配置信

18、息來識別到達目標網(wǎng)絡(luò)的路徑路由器工作路由器工作廣播信息控制廣播信息控制邏輯尋址邏輯尋址數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)提供提供LAN和和WAN的連接的連接路由器：運行在網(wǎng)絡(luò)層路由器：運行在網(wǎng)絡(luò)層集線器集線器橋橋交換機交換機路由器路由器沖突域沖突域1 4 4 4 廣播域廣播域1 1 1 4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的域 在不同物理節(jié)點上的應(yīng)用程序間建立連接以 傳輸數(shù)據(jù) 將數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)段（Segment） 連接類型 面向連接(Connection-oriented) 無連接(Connectionless) 用一個尋址機制來標識一個特定的應(yīng)用程序傳輸層地址（即端口號） 區(qū)分不同的上層應(yīng)用區(qū)分不同的上層應(yīng)用 建立應(yīng)用間的端到端連接建立應(yīng)用間的端到端連接 定義流量控制定義流量控制 為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠或不可為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠或不可靠的連接服務(wù)靠的連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層IPXIP傳輸層傳輸層SPXTCPUDP傳輸層的功能傳輸層的功能 TCP/IP與OSI的對應(yīng) TCP/IP參考模型的各層第1層：網(wǎng)絡(luò)接口層(Network Interface)網(wǎng)絡(luò)接口層對應(yīng)OSI物理層和數(shù)據(jù)鏈路層并實現(xiàn)與它們相同的功能，其中包括LAN和WAN的技術(shù)細節(jié)。這一層也稱為主機到網(wǎng)絡(luò)層(Host-to-Network)。第2層：互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層(internet) 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層的目的是運送數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)從任何在相連的網(wǎng)絡(luò)上送