項(xiàng)目2認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次模型

1、項(xiàng)目2：認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次模型項(xiàng)目主題：描述網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，包括成功通信所需的設(shè)備和介質(zhì)。說(shuō)明協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)通信中的功能。說(shuō)明使用分層模型來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)功能的優(yōu)點(diǎn)。描述以下兩種公認(rèn)網(wǎng)絡(luò)模型中每一層的作用：TCP/IP 模型和 OSI 模型?！靶g(shù)語(yǔ)表”任務(wù)1 認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”是指支持基礎(chǔ)架構(gòu)的技術(shù)以及通過(guò)該基礎(chǔ)架構(gòu)傳輸消息的編程服務(wù)和協(xié)議。隨著 Internet 和通用網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展變化，我們發(fā)現(xiàn)底層體系結(jié)構(gòu)必需解決以下四個(gè)基本特性才能滿(mǎn)足用戶(hù)的期望：容錯(cuò)能力、可擴(kuò)展性、服務(wù)質(zhì)量、安全性。參看思科網(wǎng)院 第一章1.4節(jié)網(wǎng)絡(luò)通信的基本要素對(duì)于個(gè)人和企業(yè)來(lái)說(shuō)，能與身處任意地域的任何人進(jìn)行可靠通信正變

2、得越來(lái)越重要。為了即時(shí)傳輸全世界人們交換的數(shù)百萬(wàn)條消息，我們需要依靠很多數(shù)據(jù)和信息網(wǎng)絡(luò)互連而成的一張大網(wǎng)。雖然這些數(shù)據(jù)或信息網(wǎng)絡(luò)的大小和功能各異，但所有網(wǎng)絡(luò)都有四個(gè)共同的基本要素：用于管理消息如何發(fā)送、定向、接收和解釋的規(guī)則或協(xié)議將會(huì)從一個(gè)設(shè)備傳送到另一設(shè)備的消息或信息單位互聯(lián)這些設(shè)備的工具，也就是可以將消息從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪辉O(shè)備的介質(zhì)彼此之間要交換消息的設(shè)備任務(wù)2 認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議協(xié)議的三要素：語(yǔ)法、語(yǔ)義和時(shí)序（定時(shí)）參看思科網(wǎng)院 第二章2.1節(jié) 通信平臺(tái)通信的三要素分段多路復(fù)用2.3節(jié) 協(xié)議 2.4節(jié)分層模型思考：分層的優(yōu)勢(shì)任務(wù)3：認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)分層模型協(xié)議模型和參考模型協(xié)議模型提供了與特定協(xié)議簇

3、結(jié)構(gòu)精確匹配的模型。協(xié)議簇中分層的一組相關(guān)協(xié)議通常代表連接以人為本的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所需的全部功能。TCP/IP 模型描述了 TCP/IP 協(xié)議簇中每個(gè)協(xié)議層實(shí)現(xiàn)的功能，因此屬于協(xié)議模型。參考模型為各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和服務(wù)之間保持一致性提供了通用的參考。參考模型的目的并不是作為一種實(shí)現(xiàn)規(guī)范，也不是為了提供充分的詳細(xì)信息來(lái)精確定義網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的服務(wù)。參考模型的主要用途是幫助人們更清晰地理解涉及的功能和過(guò)程。開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián) (OSI) 模型是最廣為人知的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)參考模型，用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、操作規(guī)范和故障排除。盡管 TCP/IP 模型和 OSI 模型是討論網(wǎng)絡(luò)功能時(shí)使用的主要模型，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或網(wǎng)絡(luò)

4、設(shè)備的設(shè)計(jì)人員也可以自行創(chuàng)建模型來(lái)代表自己的產(chǎn)品。不過(guò)，設(shè)計(jì)人員最終還是需要將自己的產(chǎn)品或服務(wù)與 OSI 模型和 TCP/IP 模型之中任一或全部相關(guān)聯(lián)才能與行業(yè)通信。任務(wù)4 ：OSI參考模型OSI 模型最初由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 設(shè)計(jì)，旨在提供一套開(kāi)放式系統(tǒng)協(xié)議的構(gòu)建框架。其初衷是希望使用這套協(xié)議開(kāi)發(fā)一個(gè)獨(dú)立于私有系統(tǒng)的國(guó)際網(wǎng)絡(luò)。不過(guò)，由于基于 TCP/IP 協(xié)議的 Internet 迅速得到廣泛采用并且擴(kuò)展速度極快，致使 OSI 協(xié)議簇的制定和認(rèn)可相對(duì)滯后。但即使目前只有少數(shù)使用 OSI 規(guī)范制定的協(xié)議得到了廣泛使用，七層 OSI 模型對(duì)適用于所有新興網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型的其它協(xié)議的制定和產(chǎn)品的

5、開(kāi)發(fā)作出的貢獻(xiàn)也不容忽視。作為一種參考模型，OSI 模型詳細(xì)羅列了每一層可以實(shí)現(xiàn)的功能和服務(wù)。它還描述了各層與其上、下層之間的交互。雖然本課程將圍繞 OSI 模型組織內(nèi)容，但是 TCP/IP 協(xié)議棧中確定的協(xié)議將是我們討論的重點(diǎn)。請(qǐng)注意，我們提及 TCP/IP 模型的各層時(shí)只使用其名稱(chēng)，而提及 OSI 模型的七個(gè)層時(shí)則通常使用編號(hào)而非名稱(chēng)。動(dòng)畫(huà)：認(rèn)識(shí)OSI參考模型2.2.1 局域網(wǎng)為家庭、建筑或園區(qū)提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)視為局域網(wǎng)（LAN）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)在以下方面可能存在巨大差異:覆蓋的區(qū)域大小連接的用戶(hù)數(shù)量可用的服務(wù)數(shù)量和類(lèi)型2.2.2 廣域網(wǎng)分布于不同地區(qū)的局域網(wǎng)由稱(chēng)為廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接在一起2.2.

6、3 The Internet 由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)絡(luò)internet由相互連接的網(wǎng)絡(luò)組成. LANs 和 WANs 可連接成網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò).2.2.4 網(wǎng)絡(luò)表示方式需要牢記的重要術(shù)語(yǔ)包括:網(wǎng)絡(luò)接口卡 物理端口接口2.4 使用分層模型2.4.1 使用分層模型的優(yōu)點(diǎn)有助于協(xié)議設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?duì)于在特定層工作的協(xié)議而言，它們的工作方式及其與上下層之間的接口都已經(jīng)確定促進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)使用不同廠商的產(chǎn)品。避免一個(gè)協(xié)議層的技術(shù)或功能變化影響相鄰的其它層。提供了描述網(wǎng)絡(luò)功能和能力的通用語(yǔ)言2.4.2 協(xié)議模型和參考模型網(wǎng)絡(luò)模型有兩種基本類(lèi)型：協(xié)議模型和參考模型2.4.3 TCP/IP 模型OSI Model Ove

7、rviewData Flow LayersTransport LayerData Link Network LayerPhysicalApplication (Upper) LayersSessionPresentationApplicationRole of Application LayersTelnetFTPUser InterfaceEXAMPLESApplicationTelnetFTPASCIIEBCDICJPEGUser InterfaceHow data is presentedSpecial processing such as encryptionEXAMPLESPrese

8、ntationApplicationRole of Application LayersTelnetFTPASCIIEBCDICJPEGKeeping different applications data separateUser InterfaceHow data is presentedSpecial processing such as encryptionOperating System/Application Access SchedulingEXAMPLESSessionPresentationApplicationRole of Application LayersKeepin

9、g different applications data separateUser InterfaceHow data is presentedSpecial processing such as encryptionTelnetFTPASCIIEBCDICJPEGOperating System/Application Access SchedulingTransport LayerData Link Network LayerPhysicalEXAMPLESSessionPresentationApplicationRole of Application LayersRole of Da

10、ta Flow LayersEIA/TIA-232V.35EXAMPLESPhysical Move bits between devicesSpecifies voltage, wire speed and pin-out cables802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35EXAMPLESRole of Data Flow LayersData LinkPhysical Combines bits into bytes and bytes into framesAccess to media using MAC addressError detection not

11、correctionMove bits between devicesSpecifies voltage, wire speed and pin-out cables802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPXEXAMPLESRole of Data Flow LayersNetwork Data LinkPhysical Combines bits into bytes and bytes into framesAccess to media using MAC addressError detection not correctionMove bits bet

12、ween devicesSpecifies voltage, wire speed and pin-out cablesProvide logical addressing which routers use for path determinationTCPUDPSPX802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIPXEXAMPLESRole of Data Flow LayersTransport Data LinkPhysical Reliable or unreliable deliveryError correction before retransmitCo

13、mbines bits into bytes and bytes into framesAccess to media using MAC addressError detection not correctionMove bits between devicesSpecifies voltage, wire speed and pin-out cablesNetwork Provide logical addressing which routers use for path determinationTCPUDPSPX802.3 / 802.2HDLCEIA/TIA-232V.35IPIP

14、XPresentationApplicationSessionEXAMPLESRole of Data Flow LayersReliable or unreliable deliveryError correction before retransmitCombines bits into bytes and bytes into framesAccess to media using MAC addressError detection not correctionMove bits between devicesSpecifies voltage, wire speed and pin-

15、out cablesTransport Data LinkPhysical Network Provide logical addressing which routers use for path determination2.4.7 OSI 模型應(yīng)用層為以人為本網(wǎng)絡(luò)中的不同個(gè)人之間提供了使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)端到端連接的方法.表示層對(duì)應(yīng)用層服務(wù)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)規(guī)定了通用的表示方式.會(huì)話層為表示層提供組織對(duì)話和管理交換的服務(wù).傳輸層為終端設(shè)備之間的每個(gè)通信定義了數(shù)據(jù)分段、傳輸和重組服務(wù).網(wǎng)絡(luò)層為所標(biāo)識(shí)的終端設(shè)備直接按通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)的片段提供服務(wù).數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議描述了設(shè)備之間通過(guò)公共介質(zhì).物理

16、層協(xié)議描述的機(jī)械、電氣、功能和操作方法用于激活、維護(hù)和停用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間比特傳輸使用的物理連接. 認(rèn)識(shí)OSI參考模型案例 QQ傳輸信息過(guò)程（1） 信息的編輯和發(fā)送當(dāng)編輯好一條信息如“你好”后，單擊發(fā)送按鈕，這樣一條信息就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳出去了。 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 認(rèn)識(shí)OSI參考模型 QQ傳輸信息過(guò)程（2） 建立連接當(dāng)計(jì)算機(jī)把“你好”轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制之后，就可以進(jìn)行傳輸了。首先，要想把這樣一條信息傳輸出去，必須和對(duì)方的計(jì)算機(jī)建立連接，同時(shí)使雙方的信息都能夠相互識(shí)別，就是要為不同計(jì)算機(jī)間提供公共語(yǔ)言，這兩個(gè)任務(wù)是由OSI參考模型中表示層和會(huì)話層完成的，會(huì)話層負(fù)責(zé)通信鏈路連接，表示層則負(fù)責(zé)雙方能夠順利通信。

17、1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 認(rèn)識(shí)OSI參考模型（3） 信息容錯(cuò)不管我們發(fā)送什么信息，在傳輸時(shí)都要檢測(cè)傳輸線路的容錯(cuò)性。這一過(guò)程由OSI模型的傳輸層完成。 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 認(rèn)識(shí)OSI參考模型（4） 路徑選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸上，每一條信息都是有地址的，就像我們寄信一樣，尋找地址的工作就由OSI模型的第三層網(wǎng)絡(luò)層來(lái)完成。 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 認(rèn)識(shí)OSI參考模型（5） 數(shù)據(jù)糾錯(cuò)與建立鏈接要發(fā)送的信息地址找到后，就要進(jìn)行數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)，如果發(fā)現(xiàn)信息有錯(cuò)誤，則通知上層重新整理發(fā)送，如果信息無(wú)誤，則進(jìn)行物理鏈路的鏈接。這一功能主要由OSI模型數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)完成。 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 認(rèn)識(shí)OSI參考模型 QQ傳輸信息過(guò)程（6） 數(shù)據(jù)發(fā)送信息地

18、址被確認(rèn)之后，就要進(jìn)行信息編碼的傳輸了 。 1. 數(shù)據(jù)發(fā)送 認(rèn)識(shí)OSI參考模型 QQ傳輸信息過(guò)程（1） 接收數(shù)據(jù)對(duì)于接收方計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，首先，信息由網(wǎng)線傳送到的網(wǎng)卡上，執(zhí)行接收過(guò)程。 2. 數(shù)據(jù)接收（2） 數(shù)據(jù)檢測(cè)當(dāng)數(shù)據(jù)被接收時(shí)，會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有誤，則發(fā)出通知，要求對(duì)方重新發(fā)送；若信息正確，則接收信息（如“你好”），然后拆除鏈路。 認(rèn)識(shí)OSI參考模型 QQ傳輸信息過(guò)程（3） 信息確認(rèn)與會(huì)話結(jié)束當(dāng)信息被接收到計(jì)算機(jī)后，由高層進(jìn)行數(shù)據(jù)確認(rèn)，然后發(fā)送收到確認(rèn)，結(jié)束會(huì)話。這一過(guò)程是由接收方計(jì)算機(jī)的傳輸層和會(huì)話層完成的 。 2. 數(shù)據(jù)接收 認(rèn)識(shí)OSI參考模型（4） 發(fā)送完畢，編碼轉(zhuǎn)化到此，通

19、過(guò)QQ發(fā)送的“你好”兩個(gè)字發(fā)送完畢，只不過(guò)發(fā)到目的計(jì)算機(jī)上的仍然是二進(jìn)制編碼，由接收方的計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成“你好”二字，然后顯示在屏幕上。如果對(duì)方再發(fā)回一條信息，則又會(huì)重新建立一條鏈路，道理和前面講述的完全一樣。 2. 數(shù)據(jù)接收Protocol Data Unit（PDU）協(xié)議層的協(xié)議在對(duì)等層之間交換的信息叫協(xié)議數(shù)據(jù)單元。Message（流）PacketFrameBitSegment封裝數(shù)據(jù)封裝 （ encapsulate/encapsulation）：數(shù)據(jù)要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，要從高層一層一層的向下傳送，如果一個(gè)主機(jī)要傳送數(shù)據(jù)到別的主機(jī),先把數(shù)據(jù)包裝到一個(gè)特殊協(xié)議報(bào)頭中，這個(gè)過(guò)程叫封裝。數(shù)據(jù)解封裝數(shù)

20、據(jù)被封裝并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸后，接收設(shè)備將刪除添加的信息，并根據(jù)報(bào)頭中的信息決定如何將數(shù)據(jù)沿協(xié)議棧向上傳給合適的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過(guò)程31InternetHello!IP包頭數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過(guò)程32Hello物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層 比特 幀 報(bào)文段PDUHelloTCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數(shù)據(jù)MAC子層LLC子層FCSIP包頭數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過(guò)程33Hello物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層 比特 幀 報(bào)文段PDUHelloTCP/

21、UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層FCSTCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數(shù)據(jù)LLC子層Encapsulating DataTransport Data LinkPhysical Network Upper Layer DataUpper Layer DataTCP HeaderDataIP HeaderDataLLC Header01000010DataMAC HeaderPresentationApplicationSessionSegmentPacketBitsFramePDUFCSFCSUpper Layer

22、 DataDe-encapsulating DataLLC Hdr + IP + TCP + Upper Layer DataMAC HeaderIP + TCP + Upper Layer DataLLC HeaderTCP+ Upper Layer DataIP HeaderUpper Layer DataTCP Header01000010Transport Data LinkPhysical Network PresentationApplicationSession2.4.4 通信過(guò)程完整的通信過(guò)程包括以下步驟:1.在發(fā)送方源終端設(shè)備的應(yīng)用層創(chuàng)建數(shù)據(jù)2.當(dāng)數(shù)據(jù)在源終端設(shè)備中沿協(xié)議棧向

23、下傳遞時(shí)對(duì)其分段和封裝3.在協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)接入層的介質(zhì)上生成數(shù)據(jù)4.通過(guò)由介質(zhì)和任意中間設(shè)備組成的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)5.在目的終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入層接收數(shù)據(jù)6.當(dāng)數(shù)據(jù)在目的設(shè)備中沿協(xié)議棧向上傳遞時(shí)對(duì)其解封和重組7.將此數(shù)據(jù)傳送到目的終端設(shè)備應(yīng)用層的目的應(yīng)用程序任務(wù)5運(yùn)行在OSI參考模型不同層次中的設(shè)備第一層：運(yùn)行在物理層的設(shè)備集線器的特點(diǎn)及其工作原理沖突(collision):在以太網(wǎng)中,當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí),從兩個(gè)設(shè)備發(fā)出的幀將會(huì)碰撞,在物理介質(zhì)上相遇,彼此數(shù)據(jù)都會(huì)被破壞.沖突域(collision domain):在以太網(wǎng)中會(huì)引起沖突的這一個(gè)區(qū)域.沖突是在第一層(物理層)發(fā)生的.廣播域(bro

24、adcast domain):網(wǎng)絡(luò)中能接收任一設(shè)備發(fā)出的廣播幀的所有設(shè)備的集合,也就是廣播幀傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)范圍.廣播是在第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)發(fā)生的.第二層：運(yùn)行在數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備交換機(jī)的特點(diǎn)交換機(jī)的工作原理 48bit,16進(jìn)制交換機(jī)的功能在交換機(jī)中最常用的是：透明網(wǎng)橋。它執(zhí)行3種簡(jiǎn)單的功能：學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾。它的透明性在于終端站點(diǎn)不知道網(wǎng)橋的存在。為什么交換機(jī)能夠分割沖突域，因?yàn)樗倪^(guò)濾功能。PC-APC-BPC-CPC-DPC-EA BDrop第三層：運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備 路由器的特點(diǎn)路由器的工作原理路由器工作原理511.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2Router1Router2Data主機(jī)1.1要發(fā)送數(shù)據(jù)到4.2路由表網(wǎng)段接口1.0E02.0S04.0S0路由表網(wǎng)段接口1.0S02.0S04.0E0路由器工作原理52路由表網(wǎng)段接口1.0E02.0S04.0S01.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2Router1Router2Data路由器接收到數(shù)據(jù)，查看