网络基础知识讲解

网络体系的演变过程40年代中期60年代初期70年代初期80年代初期90年代初期90年代末期21世纪网络概念萌芽阶段提出分组交换概念稳步发展与应用提出OSI参考模型体系结构成熟发展Internet广泛应用后TCP/IP模型时代什么是协议什么是协议？为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需要“讲”相同的“语言”描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是协议

例如：两个人交谈，必须使用相同的语言，如果你说汉语，他说阿拉伯语……数据通信协议的定义决定数据的格式和传输的一组规则或者一组惯例@#&$％……协议分层网络通信的过程很复杂数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机，然后转换成最初的形式，以便接收者能够阅读为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分层设计OSI的七层框架物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层协议数据链路层协议网络层协议传输层协议会话层协议表示层协议应用层协议

比特

帧

报文TPDUSPDUPPDUAPDU1接口2接口3接口4接口5接口6接口主机A主机B数据单元层OSI的七层框架名称功能实例应用层用户接口HTTPTelnet表示层数据的表现形式、特定功能的实现如-加密ASCII、EBCDICJPEG会话层对应用会话的管理、同步操作系统/应用读取传输层可靠与不可靠的传输、传输前的错误检测、流控TCP、UDP网络层提供逻辑地址、选路IP数据链路层成帧、用MAC地址访问媒介、错误检测与修正802.3/802.2HDLC物理层设备之间的比特流的传输、物理接口、电气特性等EIA/TIA-232

V.35IP包头数据的封装与解封装过程Hello物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层

比特

帧

报文段PDUHelloTCP/UDP头HelloIP包头LLC子层TCP/UDP头HelloIP包头LLC子层MAC子层TCP/UDP头HelloTCP/UDP头高层数据MAC子层LLC子层FCSIP包头数据的封装与解封装过程Hello物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层

比特

帧

报文段PDUHelloTCP/UDP头HelloIP包头LLC子层MAC子层TCP/UDP头HelloIP包头LLC子层MAC子层FCSTCP/UDP头HelloTCP/UDP头高层数据LLC子层TCP/IP协议参考模型TCP/IP是20世纪70年代中期美国国防部为ARPANET开发的网络体系结构网络接口层互联网层传输层应用层TCP/IP

4层模型物理层数据链路层网络层OSI

7层模型会话层表示层应用层传输层互联网层传输层应用层物理层数据链路层TCP/IP5层模型物理层的传输介质有线介质双绞线光纤同轴电缆无线介质无线电微波激光红外线双绞线双绞线TP是目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质由两根绝缘铜导线相互缠绕组成，以减少对邻近线对的电气干扰由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP双绞线的标准EIA/TIA-568——“商用建筑物电信布线标准”Cat5：适用于100Mbps的100Base-TX和100Base-T4支持高达100MHz的数据通信传输频率为100MHz用于语音传输和最高传输速率为1000Mbps的数据传输主要用于100base-T和10base-T网络。Cat5e：超五类双绞线Cat6:传输频率为200MHzCat5eUTPCat5eSTP双绞线的重要性能指标参数名称参数含义合格标准（100MHz）衰减（Attenuation）信号经过线缆时的强度损失，单位为分贝21.6近端串扰（NEXT，Near-EndCrossTalk）电缆中某导线上传输的信号对其它导线信号产生的噪声称为串扰，近端串扰是出现在发送端的串扰32.3额定传输速度（NVP，NominalVelocityofPropagation）是信号在线缆中传输的速度，以光速的百分比形式表示60％～90％衰减串扰比（ACR，Attenuation-to-CrosstalkRatio）串扰与衰减量的比例关系，单位为分贝10.7回波损耗（RL，ReturnLoss）信号源输入给数据传输系统的信号与信号源接收到的反射信号的功率之比11.0以超五类双绞线为例，其性能参数如下：六类布线系统六类系统向下兼容三类、五类、超五类布线产品，同时满足混合使用的要求六类提供2倍于超五类的带宽改善了在串扰以及回波损耗方面的性能6类线与5类和超5类标准存在许多不同之处：最高工作带宽200MHz按照250MHz下检测进行设计可作为UTP和STP的解决方案包括超5类的所有测试，并加入新的参量光传输系统光传输系统由三个部分组成：光纤传输介质、光源和检测器驱动器光源光检测器放大器电信号电信号光信号光纤超细玻璃熔硅纤维发光二极管激光二极管光电二极管光信号在光纤中的传输光脉冲在光纤中的传输是利用了光的全反射原理光纤分为多模光纤和单模光纤多模光纤单模光纤输入脉冲输出脉冲输入脉冲输出脉冲

多模光纤和单模光纤的比较单模光纤多模光纤用于高速度、长距离用于低速度、短距离成本高成本低端接较难端接较易窄芯线，需要激光源宽芯线，聚光好，光源可采用激光或发光二极管耗散极小，高效耗散大，低效无线标准无线标准工作无线频率传输速度802.11b2.4GHZ11Mb/s802.11g2.4GHZ54Mb/s108Mb/s802.11n2.4GHZ5GHZ54Mb/s108Mb/s300Mb/s802.11ac5GHZ1Gb/s以太网标准中的线缆规范以太网标准传输介质最大传输距离（m）速率（Mb/s）10Base-T2对三类或以上UTP10010100Base-TX2对五类UTP或以上1001001000Base-T4对五类UTP或以上10010001000Base-LX光缆500010001000Base-SX多模光缆5501000线缆的连接标准网线的线序交叉网线的线序制作过程线缆的连接2-1EIA/TIA568A和568B线缆的连接标准网线交叉网线全反线直通/交叉直通交叉直通交叉直通交叉交叉管脚号用途颜色1发送+白色和绿色2发送-绿色3接收+白色和橘黄色4不被使用蓝色5不被使用白色和蓝色6接收-橘黄色7不被使用白色和棕色8不被使用棕色T568A标准中RJ-45连接器的管脚号和颜色编码物理层的设备网络接口卡连接计算机和网络硬件有一个惟一的网络节点地址按照速率可分为10M网卡、10/100M自适应网卡和千兆网卡按照总线类型可分为ISA网卡、PCI网卡等按照提供的线缆接口类型可分为RJ-45接口网卡、光纤网卡等便携式电脑可使用PCMCIA网络接口卡

单工、半双工与全双工单工只有一个信道，传输方向只能是单向的半双工只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输全双工双信道，同时可以有双向数据传输ABABAB例如：寻呼机例如：对讲机例如：电话物理层的设备中继器能放大信号延长网络传输距离只包含有一个输入端口和一个输出端口，所以只能接收和转发数据流成本低物理层的设备集线器最初只是一个多端口的中继器可用于星形拓扑结构能够支持各种不同的传输介质和数据传输速率有些集线器具有内部处理能力，例如，可以接受远程管理、过滤数据或提供网络诊断信息被交换机所取代数据链路层数据链路层位于网络层与物理层之间物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层数据链路层协议

比特（Bit）

帧（Frame）包(Packet）主机A主机B数据单元以太网以太网工作在数据链路层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层协议数据链路层协议网络层协议

比特

帧

包12主机A主机B数据单元层以太网什么是以太网我们平常使用的局域网就是以太网①如果中间的线路是共享的，这条链路在同一时间由谁来使用呢？如何来保证这些主机能有序的使用共享线路，不发生数据的冲突？

②如果主机A发出一个数据包给主机B，如何标识主机A和主机B呢？这就是主机的地址问题。③主机之间发送的数据，需要保证双方互相都能读懂，那么它们发送的数据的格式，是不是需要有一个统一的规范呢？以太网采用CSMA/CDCSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突工作原理发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听若监听到冲突，则立即停止发送等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试以太网MAC地址以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备

例如：00－06－1b－e3－93－6c00－0d－28－be－b6－42IBMCISCO24比特（供应商标识）24比特（供应商对网卡的唯一编号）对于目的地址：0–物理地址（单播地址）1–逻辑地址（组播地址）以太网交换机

交换机是用来连接局域网的主要设备交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层交换机分割冲突域，实现全双工通信交换机数据转发原理111B334422AABBA端口1端口1端口2端口2data端口3端口3主机11给主机33发送一个数据帧：目标地址：33源地址：11交换机数据转发原理2AMAC地址端口号交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A查找MAC地址表交换机A学习主机11的MAC地址交换机A向其他所有端口发送广播111交换机数据转发原理311B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data交换机数据转发原理4交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B查看MAC地址表交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B向所有端口广播数据包主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包BMAC地址端口号11322data交换机数据转发原理5B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data11data交换机数据转发原理6主机33，接收到数据帧主机44，丢弃数据帧3344datadata在这个过程中，交换机的MAC地址表中没有需要的条目，交换机通过广播的方式，转发了数据帧交换机数据转发原理7B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11这时，主机44要给主机11发送一个数据帧：目标地址：11源地址：44交换机数据转发原理8BMAC地址端口号113交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口3442交换机数据转发原理9AMAC地址端口号111交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A学习源MAC地址和端口号交换机A查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口1主机11，收到数据帧443交换机数据转发原理10B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口311data在这个过程中，交换机的MAC地址表中已经学到了需要的条目，交换机通过单播的方式，转发了数据帧交换机数据转发原理11AMAC地址端口号111443222333MAC地址端口号113442223331交换机最终的MAC地址表B交换机数据转发原理12转发交换机根据MAC地址表单播转发数据帧学习MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成的广播如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧更新交换机MAC地址表的老化时间是300秒交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC地址重新学习到新的端口冲突与冲突域如果冲突过多，则传输效率就会降低......主机A主机B主机C冲突域交换机背板交换矩阵结构交换机的每个端口访问另一个端口时，都有一条专有的线路，不会产生冲突。冲突域与广播域广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所有端口属于同一个广播域....广播域

广播域冲突域冲突域广播交换机内部交换方式1存储转发交换机发送接收FCS校验缓存交换机内部交换方式2快速转发交换机发送接收直接发送交换机内部交换方式3分段过滤（FragmentFree）交换机发送接收冲突检测收到64字节后发送静态VLAN的配置和查看VLAN的种类划分VLAN的作用VLANVLAN概述什么是VLANVirtualLAN（虚拟局域网）是物理设备上连接的不受物理位置限制的用户的一个逻辑组。为什么引入VLAN交换机分割了冲突域，但是不能分割广播域随着交换机端口数量的增多，网络中广播增多，降低了网络的效率为了分割广播域，引入了VLANVLAN的作用VLAN的作用广播控制安全性带宽利用延迟VLAN的种类基于端口划分的静态VLAN基于MAC地址划分的动态VLAN基于端口划分的静态VLAN主机A主机B主机C主机D以太网交换机VLAN表端口所属VLANPort1VLAN5Port2VLAN10…………Port7VLAN5…………Port10VLAN10Port1Port2Port7Port10基于MAC地址划分的动态VLANVLAN表MAC地址所属VLANMACAMACBMACCMACDVLAN10VLAN5VLAN10VLAN5主机A主机B主机C主机D以太网交换机MACAMACBMACCMACDVMPS服务器当主机发送数据帧，交换机查看了数据帧的源MAC地址后，才能判断主机属于哪个VLANVLANTrunk本章目标

能够配置VLANTrunk，实现跨交换机的VLAN通讯，并能排除一般的配置故障理解Trunk的概念和工作原理理解802.1q和ISL两种封装方式的工作原理多个交换机上的VLAN应用FastEthernet工程VLAN市场VLAN会计VLAN1楼2楼3楼交换机之间的VLAN通信1VLAN1VLAN2VLAN3VLAN1VLAN2VLAN3如何实现交换机之间的VLAN通信？每个VLAN一条链路？如果有100个VLAN怎么办呢？交换机之间的VLAN通信2VLAN1VLAN2VLAN3VLAN1VLAN2VLAN3如何实现交换机之间的VLAN通信？只使用一条链路，那么来自多个VLAN的数据如何标识？VLAN标识交换机给每个去往其他交换机的数据帧打上VLAN标识VLAN1VLAN2VLAN3VLAN1VLAN2VLAN3中继链路（Trunk）接入链路（Access）VLAN1标记VLAN3标记VLAN标识的种类以太网上实现中继可用两种封装类型ISL（Cisco私有协议）IEEE802.1Q拓朴图VLAN名称：VLAN2：Financial

；VLAN3：Engineering；VLAN4：Marketingsw1sw2sw3TrunkTrunkVLAN4VLAN3VLAN2VLAN2VLAN3VLAN2VLAN4Port24Port23Port24Port24TP-LINKTL-SG1008+详细参数问题交换机级联和堆叠的区别广播风暴，网络环路。568B（抗干扰性更好）级联和堆叠对设备要求不同对连接介质要求不同最大连接数不同管理方式不同设备间连接带宽不同网络覆盖范围不同广播风暴使用过多集线器网线质量不好或损坏网络环路非网管交换机的过多使用网卡或者交换机网口损坏（设备损坏产生大量广播）病毒网络层IP早期IP—美国ARPANET二代IP—IPV4（可用ip地址数40多亿，中国3亿多），北美30亿）IPV6（1999年开始推广，暂时推动困难—主要是全球电信商升级网络设备投入太大）IP地址的作用用来标识一个节点的网络地址2进制10进制逢10升位包含数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、92进制逢2升位只包含数字0、110进制数2进制数001121031141005101611071118100091001101010IP地址的组成点分十进制最大值

10101100二进制十进制例子二进制例子

255

255255

255NetworkHost128

64

32

16

8

4

2

1

11111111

11111111

11111111

11111111

00010000

01111010

11001100

172

16

1221891617242532128

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2

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4

2

1

32bits

202

255

10101100IP地址的分类1A类:Bits:0NNNNNNNHostHostHost891617242532范围(1-126)1B类:Bits:10NNNNNNNetworkHostHost891617242532范围(128-191)1C类:Bits:110NNNNNNetworkNetworkHost891617242532范围(192-223)1D类:Bits:1110MMMMMulticastGroupMulticastGroupMulticastGroup891617242532范围

(224-239)子网掩码的使用子网掩码:ABCD网络ID相同，在同一网段，可以通信网络IDA的主机ID.0.2A与C不在同一网段，不能通信.2A与C、D不在同一网段，不能通信划分子网划分子网的作用通过将子网掩码变长，将大的网络划分成多个小的网络