Module1网络层次模型

1、Module1了解了解OSIOSI参考模型参考模型Host-to-HostHost-to-Host信息传递过程信息传递过程 通过本章的学习，您应该掌握以下内容通过本章的学习，您应该掌握以下内容: 掌握OSI分层模型 描述数据在源和目标设备间的传送过程 清楚集线器、交换机和路由器在网络中担当的角色和功能 懂得在什么情况下该用什么样的设备 ISO:国际标准化组织 ( International Organization for Standardization ) OSI:开放系统互联 ( open system interconnection ) 20世纪70年代后期，ISO创建OSI参考模型，希

2、望不同供应商的网络能够相互协同工作，但迄今为止，这仍然是一个伟大的目标！标准化组织ISOOSI七层模型七层模型 OSI七层模型七层模型(续续)OSI七层模型七层模型(续续)OSI七层模型七层模型(续续)OSI七层模型七层模型(续续)OSI七层模型七层模型(续续)OSI七层模型七层模型(续续) 层 layer：描述了所有需求的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上的组叫做层。 分层的优点： 1、将网络的通信过程划分为小一些，简单一些的部件，因此有助于各个部件的使用及故障排错； 2、促进标准化工作,允许各个供应商进行开发； 3、通过定义在模型的每一层实现什么功能，鼓励产业的标准化； 4、允许各种类型的

3、网络硬件和软件互相通信； 5、灵活性好,某一层变化不会影响到别层，设计者可专心设计和开发模块功能。网络分层的优点网络分层的优点数据封装数据封装数据解封装数据解封装封装 （ encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫-封装封装分为：切片和加控制信息解封装：上述的逆向过程封装与解封装封装与解封装端到端的信息传输端到端的信息传输PDU（protocol data unit):每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协

4、议数据单元。Applicationlayer: APDUPresentation : PPDUSession : SPDU上三层数据 : Messagetransport layer : SegmentNetwork layer : PacketData-link layer : FramePhysical layer : BitPDU（协议数据单元）通通 信信 介介 质质应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据连路层数据连路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据连路层数据连路层物理层物理层网络层数据连路层物理层通通 信信 介介

5、质质端系统端系统A A端系统端系统B B数据传输过程数据传输过程定义定义 介质类型 连接器类型 信令类型Ethernet802.3V.35物理层物理层EIA/TIA-232物理层物理层机械特性电气特性功能特性规程特性Network Interface Card传输介质传输介质 有线介质有线介质: 双绞线 同轴电缆 光纤 无线介质无线介质: 无线信号不需要任何铜或光纤等物理介质，每个信号都使用不同的频率。Differentiating Between ConnectionsUnshielded Twisted-Pair Cable 传输速率：10 to 1000 Mb/s 平均网络节点间成本：低

6、 连接器和介质尺寸：小 最大线缆长度：可变RJ-45 ConnectorRJ-45 Jack双绞线双绞线 双绞线的分类 屏蔽双绞线(stp) (2对线) 非屏蔽双绞线(utp) (4对线)Cable 10BASE-T/100BASE-TX Straight-ThroughPin LabelPin Label12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNC12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNCStraight-Through CableWires on cable endsare in same order.UTP Implementation (Straight-Th

7、rough)Cable 10BASE-T or100BASE-TX Straight-ThroughCrossover CableSome wires on cableends are crossed.Pin LabelPin Label12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNC12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNCEIA/TIA T568AEIA/TIA T568BUTP Implementation (Crossover)UTP Implementation: Straight-Through vs. Crossover两个端口均标有或均没标有两个端口均标有

8、或均没标有“X”时用交叉线时用交叉线. 有且仅有一个端口标记有有且仅有一个端口标记有“ X”时使用直连线时使用直连线.1x 2x 3x 4x 1x 2x 3x 4x 1x 2x 3x 4x Using Varieties of UTP同轴电缆同轴电缆的分类同轴电缆的分类 基带（一般用于数字信号传输） 粗缆（AUI，电阻：50 ） 细缆（BNC，电阻：50 ） 宽带（采用频分多路复用法） 有线电视(CATV)，电阻：75 同轴电缆的接头同轴电缆的接头粗缆(AUI)的DB15连接粗缆：粗缆：0.5英寸英寸(直径直径)细缆细缆:0.25英寸英寸(直径直径) 细缆(BNC)的连接 光纤的特征 高速度(

9、可达到10Gbps) 低损耗 长距离 高抗干扰性 多用于主干 每条光纤都沿单一方向传送信号，因此光纤须成对出现(一个用于发送，另一个用于接收)光纤光纤光纤的分类光纤的分类类别类别纤芯直径纤芯直径(m) 1m=百万分之一米百万分之一米发光源发光源传输距离传输距离单模8/125微米或9/125微米 激 光10km多模62.5/125微米或50/125微米发光二极管2km以太网物理层相关概念以太网物理层相关概念MICRJ-45AUIBNCRJ-45连接器连接器400m100m500m185m100m最大最大传输距离传输距离62.5m 多模光纤5类UTP粗缆细缆345类UTP 2对介质介质类型类型10

10、0Base-FX100Base-TX10Base-510Base-210Base-T以太网以太网类型类型RJ-45RJ-45连接器连接器3-10km275m（62.5m）550m（50m）100m25m最大最大传输距离传输距离9m单模光纤62.5/50m5类UTP 4对STP介质介质类型类型1000Base-LX1000Base-SX1000Base-T1000Base-CX以太网以太网类型类型 802.3 说明了10mb以太网规范 10 Base-T、10 Base-2、10 Base-3 802.3u 说明了100mb (快速) 以太网规范 100 Base-TX、100 Base-FX

11、802.3z 说明了1000mb 以太网规范 1000 Base-CX、1000 Base-SX、1000 Base-LX 802.3ab 说明了1000mb 以太网规范 1000 Base-T 802.3ae 说明了10Gbps 以太网规范 光缆上的10Gbps以太网物理层相关概念以太网物理层相关概念l 集线器集线器l 编码编码解码器解码器 l 传输介质连接器传输介质连接器l 中继器中继器物理层设备物理层设备LAN集线器（集线器（HUB）共享带宽延长传输距离放大信号冲突冲突 冲突冲突 （collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，

12、彼此数据都会被破坏 冲突域冲突域（collision domain）一个支持共享介质的网段冲突域CSMA/CD技术技术 载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD（carrier sense multiple access/collision detect)： 一种介质访问的控制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题CSMA/CD 发前先听 忙则等待 空闲转发 边发边听CSMA/CD重要特性重要特性 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信） 每个站在发送数据之后的一

13、小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频（RF）技术，取代旧事的双绞线构成的局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。无线网络所需要的基础设施不需要在埋在地下或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。 WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为例更好的构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系，熟悉构建无线网络的设备的功能。无线技术无线技术ITU-R with FCC Wireless ISM指：工业，科学和医疗频段 没有许可

14、证要求 没有独家使用 尽最大努力 可能干扰几种常用的无线技术 IrDA BlueTooth 802.11 802.11b 802.11a 802.11g 802.11nCables and ConnectorsWLAN组件组件 客户端适配器 接入点 网桥 天线 线缆和附件物理层物理层: 广域网广域网Data Terminal Equipment数据终端设备数据终端设备 WAN连接中用户方的最后设备Data Communications Equipmen数据通讯设备数据通讯设备WAN服务商方的最后通讯设备 DCE提供时钟Serial Point-to-Point Connections2500

15、路由器路由器背板一览背板一览WAN串口可以采用固化方式串口可以采用固化方式固化的端口固化的端口控制口控制口1603 路由器路由器背板一览背板一览 AUI以太网口以太网口10BaseT以太网口以太网口ISDN BRI S/TWAN串口可以采用模块化方式串口可以采用模块化方式3640 路由器路由器背板一览背板一览模块模块WAN 接接口卡口卡模块化端口模块化端口数据链路层 源和目标的物理地址 与帧关联的高层协议 (Service Access Point) 网络拓扑 帧顺序 数据流控制 有向或无向连接IEEE以太网的组件以太网的组件数据链路层 名称IEEE标准 描述上部逻辑链路控制LLC802.2定

16、义如何在数据链路层内多路复用网络层协议。LLC是由软件执行的下部介质访问控制MAC802.3定义信息是如何在以太网环境中传输的，并且定义成帧、MAC寻址以及关于以太网如何工作的技术细节。MAC由硬件执行Ethernet 帧帧类型：0 x0800(Ipv4数据包) 0 x86dd(Ipv6数据包) 0 x0806(ARP数据包) 0 x8035(RARP数据包) MAC子层（media access control): 负责MAC寻址和定义介质访问控制方法 MAC子层一般的访问控制方式： 1.争用式：冲突不可避免； CSMA/CD ；FCFS（first come first service)

17、2.轮流式：访问时间可预见，不发生冲突；但是要有Token 令牌 MAC子层协议有： 802.3 802.5 FDDI（fiber distributed data interface)三个LAN技术的不同在于帧结构和访问机制的不同MAC子层MAC 地址组成地址组成0=0=全局管理地址全局管理地址1=1=本地管理地址（一般不用）本地管理地址（一般不用）0=0=单播地址单播地址1=1=组播地址组播地址主要公司的Ethernet物理地址: 公司：公司： CiscoCisco 00-00-0c Novell Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com 3Com 00-20-AF 00

18、-60-8C IBM IBM 08-00-5ALAN通信通信多个冲突域多个冲突域 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Summary 以太网起源于上世纪70年代的DEC、英特尔、和施乐公司以及被称为DIX以太网。在上世纪80年代中期，一个工作组对本机构定义了新的以太网标准，确定了以太网网络，被称为以太网802.2和802.3。 在OSI模型的物理和数据链路层， 以太网LAN标准指定线路和信号。 终端使用CSMA/CD的冲突避免机制，可以在任一时间上网。发送数据之前，CSMA/ CD的站监听网络，以确定它是否已被使用。如果在使用中，他们等待。如果网络是空

19、闲的，则传递数据。发生碰撞时，则退避等待下次监听。Summary (Cont.) 一个以太网络帧包括起始帧首定界符，目的地址，源地址，类型/长度，数据和PAD，和帧校验序列。 主要有三种类型的通信网络： 单播，帧是从一个主机发送给一个具体的目标； 广播，其中一帧是来自一个地址的所有其他地址； 组播，其中一个目标针对特定的一组设备。 在以太网中使用地址，是针对数据传递给相应的接受端。 MAC子层处理物理地址的问题，物理地址是一个48bit二进制，采用十六进制的表示方式。Wide-Area NetworkNeed for WANsWANs vs. LANsWANSLANSArea区域广阔单一的建筑

20、或者小的范围ownership运营商属于自己的或者单位的WAN Access and the OSI Reference ModelWANMultiple LANsWAN Devices Routers Terminal servers Modems DSU/CSU WAN networking devicesATM switchesFrame Relay switchesPSTNWAN Data-Link Protocols HDLC PPP Frame Relay (LAPF) ATMWAN Link OptionsSummary 广域网有三个主要特点： 连接的设备被分隔在广泛地地理范围;

21、 使用运营商的服务，如电话公司，有线电视公司，卫星系统，和网络提供商; 高带宽的使用串行连接访问不同的地理区域。 许多企业和家庭与远程用户的连接，包括用户与位置偏远的公司之间的通信；不同组织之间的数据共享；访问企业信息的远行工作者。Summary (Cont.) 局域网连接计算机，外设，和其他装置，一个单一的建筑物或其他小的地理区域;广域网中数据传输在广泛的地理位置上。 一个公司，组织或个人必须向外部广域网服务供应商申请使用广域网的网络服务，而局域网通常的拥有和使用者是该公司，组织，或个人。 广域网的功能主要集中在OSI参考模型的第1层和2层。Summary (Cont.) 主要类型的设备用于

22、广域网接入环境包括路由器，通讯服务器，调制解调器(DSU/CSUs),和其他网络设备，如帧中继和PSTN交换机。 局域网和广域网都使用路由器，在局域网中路由器可用来分段，它也可作为广域网连接设备。 基于数据链路层的协议，定义了数据在WAN传输的过程中被封装的格式 ，各种技术：如综合业务数字网，帧中继或ATM。核心核心服务器服务器core_sw_a ISDN 云云图例图例快速以太网快速以太网/以太网以太网ISDN专线专线core_sw_b core_sw_b ISL 专线专线/帧中继帧中继 连接广域网 OSI的网络层 无连接的协议 独立的数据包处理 分级地址 最大努力将报文传送到目的地 没有数据恢复功能网络层网络层IP, IPX数据链路层数据链路层物理层物理层EIA/TIA-232v.35Ethernet帧中继帧中继HDLC802.2802.3了解网络层了解网络层数据数据源地址源地址目标地址目标地址IP头头172.15.1.1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功能网络层功能路由表路由表目标网络目标网络 端口端口距离距离124S0S0E01001.04.01.3E