网络工程师教材第1章

1、自强不息 厚德载物计算机网络技术与综合布线计算机网络技术与综合布线第一部分计算机网络技术第二部分综合布线自强不息 厚德载物第一部分计算机网络技术第一部分计算机网络技术自强不息 厚德载物计算机网络技术计算机网络技术第1章网络参考模型 学习目标学习目标 了解网络的发展历程，掌握网络的概念和分类。 掌握OSI参考模型的基本概念，重点在于各层数据帧的封装过程。 掌握TCP/IP四层参考模型的基本概念。 了解与网络相关的国际机构。计算机网络(Network)是将处在 且相互独立的 或 ，通过 和 按照特定的 和 相互连接起来，利用 进行管理和控制，从而实现 信息传输 和 的一种信息系统。 简单网络示意图

2、简单网络示意图 ARPAnet（高级研究计划署网络，Advanced Research Projects Agency net）是世界上第一个计算机网络，出现在20世纪60年代后期，由美国国防部资助。其第一个节点于1969年在加利福利亚大学洛杉矶分校安装，最终发展成为今天的Internet。我国Internet的发展 1987年9月下旬，钱天白教授发出我国第一封电子邮件“越过长城，通向世界”，揭开了中国人使用Internet的序幕。 覆盖范围一般不超过数十公里，通常是一幢建筑物内、相邻的几幢建筑物之间或者是一个园区的网络。 覆盖范围通常为数百公里到数千公里，甚至数万公里，可以是一个地区或一个国

3、家，甚至世界几大洲或整个地球。 覆盖的地理范围介于局域网和广域网之间，通常为数十公里到数百公里的一座城市内。 通常是由很少几台计算机组成的工作组。对等网采用分散管理的方式，网络中的每台计算机既作为客户机又可作为服务器来工作，每个用户都管理自己机器上的资源。 网络的管理工作集中在运行特殊网络操作系统服务器软件的计算机上进行，这台计算机被称为服务器，它可以验证用户名和密码的信息，处理客户机的请求。而网络中其余的计算机则不需要进行管理，而是将请求通过转发器(Redirector)发给服务器。 网络中的计算机或设备通过一条共享的通信介质进行数据传播，所有节点都会收到任何节点发出的数据信息。这种传输方式

4、主要应用于局域网中。广播网络中有三种传输类型：和。 网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点间都可能会有多条单独的链路。这种传播方式主要应用于广域网中。 拓扑结构拓扑结构 拓扑(topolgy)是从图论演变而来的概念，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把象工作站、服务器、交换机等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机和网络系统，就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。我们称这种采用拓扑学方法抽象的网络结构为计算机网络的拓扑结构。 计算机网络拓扑主要是指通信

5、子网的拓扑构型。分为两大类：点点线路通信子网的拓扑;广播信道通信子网的拓扑。 点点线路通信子网的拓扑结构有：星型、环型、树型、全连接型、交叉环型、网状型。如图所示。物理拓扑规定线缆的布局走向物理拓扑规定线缆的布局走向总线式环形星形扩展星形物理拓扑物理拓扑层次形网状形独立的主干网络独立的主干网络所有的主机直接连接到主干所有的主机直接连接到主干总线两端要有终结器总线两端要有终结器物理拓扑：总线型物理拓扑：总线型没有主干没有主干每一台主机直接连接邻居每一台主机直接连接邻居物理拓扑：环形物理拓扑：环形所有的网络设备连接到一个中心点所有的网络设备连接到一个中心点星形的中心一般用星形的中心一般用HUB或者

6、或者Switch物理拓扑：星形物理拓扑：星形把多个星形拓扑连接在一起把多个星形拓扑连接在一起星形的中间是星形的中间是HUB或者或者Switch扩展了网络的长度和大小扩展了网络的长度和大小物理拓扑：扩展星形物理拓扑：扩展星形类似于扩展星形类似于扩展星形物理拓扑：层次形物理拓扑：层次形每一个主机到网络中的其他主机都有直接连每一个主机到网络中的其他主机都有直接连接接物理拓扑：网状形物理拓扑：网状形 1.2.1 OSI参考模型简介 1.2.2 OSI参考模型各层的功能 1.2.3 数据传输的封装和解封装 1.2.4 TCP/IP四层模型 第7层应用层Application第6层 表示层Presenta

7、tion第5层 会话层Session第4层 传输层Transport第3层 网络层Network第2层 数据链路层Data Link第1层 物理层Physical给用户应用程序提供网络服务（如FTP服务）。提供数据表示和编码格式，以及数据传输语法的协商。它确保应用程序能使用从网络送达的数据，并且应用程序发送的信息能在网络上传送。负责建立、维护和管理应用程序之间的会话。提供流量控制、窗口操作和纠错功能。还负责数据流的分段和重组。具有保证连接和提供可行传输的能力，负责分配一个端口号，用来把信息传递给上层。OSI的的7层功能层功能通过标识终端的逻辑地址定义端到端的分组传送，从而决定把数据从一个地方移

8、到另一个地方的最佳路径。提供了跨越介质的物理传输过程。它提供错误检测，在某些情况提供错误纠正、网络拓扑和流量控制。使用介质访问控制（MAC）地址，也称为物理地址或硬件地址。提供电气的、机械的、规程的及功能的手段来激活和保持系统间的物理链路。使用的物理介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。OSI的的7层功能层功能层层的名称设备协议7 | 5应用层表示层会话层TFTP、FTP、SMTP、Telnet、HTTP、SNMP、DNS 、 NFS 、 rlogin4传输层TCP、UDP、IPX3网络层路由器AppleTalk、DECnet、IP、IPX、Vines、XNS、ICMP、ARP、RARP等2数据链路

9、层交换机、网桥、网卡ATM、PPP、HDLC、帧中继、802.2、802.31物理层集线器设备、协议与其所在的层设备、协议与其所在的层通信过程通信过程NameAddressNameAddressNameAddressNameAddress数据封装数据封装数据的封装数据的封装传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 上层数据上层数据上层数据上层数据TCP 头头数据数据IP 头头数据数据LLC 头头0101110101001000010数据数据MAC 头头表示层表示层应用层应用层会话层会话层段段包包比特比特帧帧PDU协议数据单元协议数据单元FCSFCS数据的解封装数据的解封装上

10、层数据上层数据LLC 头头 + IP + TCP + 上层数据上层数据MAC 头头IP + TCP +上层数据上层数据LLC 头头TCP+上层数据上层数据IP 头头上层数据上层数据TCP 头头0101110101001000010传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 表示层表示层应用层应用层会话层会话层封装与解封装的过程封装与解封装的过程HostAHostB应用层应用层表示层数据表示层会话层会话层传输层数据段数据传输层网络层分组数据段数据网络层数据链路层帧分组数据段数据数据链路层物理层11000100111000001110000101110000物理层数据流数据流数据

11、流数据流 数据流是一个一层到三层的封装与解封装动作，是数据从源到目的背后的过程 数据在封装的时候包含了第三层的源和目的的IP地址以及第二层的源和目的的MAC地址 各层间相互独立，某一层的变化 不会影响其他层 促进标准化工作 使网络易于实现和维护 物理层 数据链路层 网络层 传输层 57层 通过物理传输比特（bit）流 中继器和集线器 建立、维护和取消物理连接 ABCD物理层物理层 仅放大电信号仅放大电信号 延长传输距离延长传输距离 所有设备在同一所有设备在同一冲突域冲突域 所有设备在同一所有设备在同一广播域广播域 所有设备共享相同的带宽所有设备共享相同的带宽 物理上星型，逻辑上总线型（以太）物

12、理上星型，逻辑上总线型（以太）集线器运行在物理层集线器运行在物理层网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质同一时刻只能有一台主机在发送同一时刻只能有一台主机在发送CSMA/CDCSMA/CD：载波侦听多路复用与冲突检测载波侦听多路复用与冲突检测载波侦听：载波侦听： 先听后说先听后说冲突检测：冲突检测： 边说边听边说边听回退：回退： 检测到冲突后的处理检测到冲突后的处理CSMA/CD 接入设备越多冲突机率越大接入设备越多冲突机率越大 用用CSMA/CD技术技术一个冲突域经验上可连接一个冲突域经验上可连接64台以内的电脑台以内的电脑以获取较好的性能以获取

13、较好的性能集线器：同一个冲突域集线器：同一个冲突域类型最高速率最大距离同轴电缆10Base2(细缆以太网)10M185m10Base5(粗缆以太网)10M500m双绞线10BaseT(双绞以太网)10M100m光纤多模光纤几百兆1.4km单模光纤100G10km无线802.11a54M75英尺802.11b11M150英尺802.11g54M150英尺物理层传输介质物理层传输介质 将比特信息加以组织封装成数据帧（Frame） 通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址 硬件地址或物理地址（即MAC地址） 两个子层 媒体访问控制（MAC） 逻辑链路控制（LLC） 网卡、网桥和交换机 单播地址：表

14、示一个网段上的单台设备。 广播地址：表示一个网段上的所有设备。 组播地址：表示一个网段上的一组设备。 以太网是运行在数据链路层的LAN介质类型，使用载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）机制在共享的环境中发送信息。数据链路层数据链路层 在局域网的通信中，相互连接的同一类型介质上的每台机器都需要一个唯一的MAC地址。 MAC地址的长度是48bit并以十六进制数字来表示，为12个字符。 MAC地址的前6位与网络接口卡的厂商或制造商有关。后6位数用来与OUI（组织唯一标识符）值共同作为网络接口卡

15、的唯一标识。MAC地址地址数据数据源地址源地址FCS长度长度目标地址目标地址可变长可变长26640000.0C xx.xxxx厂商自己分配厂商自己分配IEEE 分配分配MAC子层子层- 802.3前导符前导符Ethernet II 在这在这里用里用 “Type”指指明上层协议，所明上层协议，所以不用以不用 802.2.MAC 地址地址（物理地址）（物理地址）8# 字节字节MAC地址格式地址格式 数据链路层数据链路层或或123124 每段有自己的每段有自己的冲突域冲突域 所有的段都在同一所有的段都在同一广播域（单播，广播，组播）广播域（单播，广播，组播）网桥和交换机运行在链路层网桥和交换机运行在

16、链路层 每段有自己的冲突域每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发广播信息向所有段转发缓冲区缓冲区交换交换交换机的工作原理交换机的工作原理网桥分段不分割广播域网桥分段不分割广播域网桥分段网桥分段 交换机通过网络中的帧来学习网络设备的交换机通过网络中的帧来学习网络设备的MAC地址并地址并将其保存在自己的地址表中，实现将其保存在自己的地址表中，实现MAC与接口的对应与接口的对应关系关系交换机交换机 基于网络层地址进行不同网络系统间基于网络层地址进行不同网络系统间的路径选择的路径选择 网络层地址（网络层地址（IP地址地址） 分割和重新组合分割和重新组合数据包数据包（Packet） 差错检验和可能的修

17、复差错检验和可能的修复 可能的数据流量控制可能的数据流量控制 路由器路由器 网络层网络层数据数据源地址源地址目标地址目标地址IP头头主机号主机号网络号网络号 逻辑地址逻辑地址网络层端接设备的数据包网络层端接设备的数据包网络层网络层-IPIP路由表路由表目标网络目标网络 端口端口距离距离124S0S0E01001.04.01.3E04.3S02.2E02.1S01.2路由表路由表目标网络目标网络 端口端口距离距离124E0S0S0001 逻辑地址提供分层结构的网络逻辑地址提供分层结构的网络 需要的配置需要的配置 利用配置信息来识别到达目标网络的路径利用配置信

18、息来识别到达目标网络的路径路由器工作路由器工作广播信息控制广播信息控制逻辑寻址逻辑寻址数据包转发数据包转发提供提供LAN和和WAN的连接的连接路由器：运行在网络层路由器：运行在网络层集线器集线器桥桥交换机交换机路由器路由器冲突域冲突域1 4 4 4 广播域广播域1 1 1 4 网络设备的域网络设备的域 在不同物理节点上的应用程序间建立连接以 传输数据 将数据组织成数据段（Segment） 连接类型 面向连接(Connection-oriented) 无连接(Connectionless) 用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序传输层地址（即端口号） 区分不同的上层应用区分不同的上层应用 建立应用间的端到端连接建立应用间的端到端连接 定义流量控制定义流量控制 为数据传输提供可靠或不可为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务靠的连接服务网络层网络层IPXIP传输层传输层SPXTCPUDP传输层的功能传输层的功能 TCP/IP与OSI的对应 TCP/IP参考模型的各层第1层：网络接口层(Network Interface)网络接口层对应OSI物理层和数据链路层并实现与它们相同的功能，其中包括LAN和WAN的技术细节。这一层也称为主机到网络层(Host-to-Network)。第2层：互联网络层(internet) 互联网络层的目的是运送数据包，将数据从任何在相连的网络上送