网络互连第1章计算机网络体系结构

计算机网络工程技术与实验技能目标硬技能掌握网络设备工作原理和操作能力软技能口头、书面表达能力，倾听能力，回应能力，主动学习能力，团队精神，领导能力等课程内容网络原理计算机网络体系结构

TCP/IP协议分析交换机工作原理及配置路由器工作原理及配置三层交换技术路由协议：RIPOSPF

防火墙技术无线局域网

VPN技术网络管理技术网络存储技术网络工程规划与设计实验网络实验网线制作二层交换机配置，VLAN划分，Trunk配置,STP

路由器及基本配置实验；路由协议的配置三层交换机配置NAT配置ACL配置VRRP配置（虚拟路由冗余）搭建小型局域网讲述的专题交换机的工作原理VLANSTPARPNATACLOSPFVRRPVPN网络存储技术资料查找——自愿职业、岗位类：搜索网络类或相关职业的岗位和不同岗位的技能要求比较、评估自己的现状与现实的距离设想初步的职业愿景考试类：国家软考大纲：知识点的要求CISCO认证资料、考点、技能要求华为认证考试资料、考点、技能要求其它认证考试如锐捷、联想资料整理要求形成资料查找报告：封面、目录、正文报告后给出自己的分析或感想自己设计第1章绪论及网络体系结构绪论第一节计算机网络的定义计算机网络是利用利用通信设备和线路将地理上分散的、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的系统。计算机网络演进简单网络联接（终端网络）多计算机互联网络阶段开放互联计算机网络阶段信息高速公路（高速，多业务，大数据量、Internet）计算机网络功能数据通信资源共享分布式计算，集中式管理负荷均衡计算机网络的分类点到点广播按照通讯方式来分：按照距离来分：广域网、城域网、局域网按照交换方式来分：电路交换、报文交换、分组交换（数据报交换、虚电路交换）计算机网络的资源组成

广域网的结构组成电路交换网络传输过程

分组交换网络传输过程网络体系结构第二节主要内容

网络层次结构的概念OSI/RM体系结构TCP/IP体系结构其他网络体系结构网络层次结构

计算机网络非常复杂

为什么要分层？

在对等层(之间)建立通信关系

简化软件的编制、调制、修改

修改某层不影响其他层

容易标准化、开放式划分成小的子系统来处理（分层）如何分层根据不同层次的抽象分层，每层应当实现一个定义明确的功能；各层的功能及技术实现应有明显差别，交界面的相互作用要少。低层对高层而言是透明的。每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标准。层次数目要适当。层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层中，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大。考虑现有网络结构及通信协议。协议通信的关键是通信的双方能够相互理解：人类语言：主-谓-宾-状

(讲什么--如何讲--谁先讲，谁后讲)计算机网络：报文格式-报文含义-发送顺序

这种约定或规则（Agreementaboutcommunication）称做协议(protocol)。协议实例人类协议与计算机网络协议

HiHiGotthetime?2:00timeTCPconnectionreq.TCPconnectionreply.<file>Gethttp:///index.htm协议集协议的层次结构协议各自解决不同的问题多个协议一起工作一般成为Protocolsuite（协议组）Protocolfamily（协议簇）实体、服务、SAP

实体：可以发送或接收信息的硬件或软件进程。

对等实体：位于不同子系统的同一层内的实体。服务：同层实体间通信时，向上层提供的功能，表现为原语操作(如库函数或系统调用)。

SAP(ServiceAccessPoint)：服务访问点，相邻两层交互信息处,一个抽象的概念，一个逻辑接口。任何层间服务是在SAP上进行的；每个层间可以有多个SAP；每个SAP有唯一的识别地址；实际上，数据不是从一台机器的第n层直接传送到另一台机器的第n层，而是把数据和控制信息层层下传，直到最低层。第一层下面是物理介质，实际通信在最底层完成。对等层逻辑通信网络体系结构的定义网络体系结构即是层次与协议与服务的集合。

开放系统互连参考模型开放系统参考模型（OSI/RM：opensystemsinterconnectionReferenceModel)是由国际标准化组织(ISO)提出和定义的计算机网络的分层、各层协议和层间接口的集合。

OSI/RM把进行交换信息的“源端系统”和“目的端系统”划分为七个子系统，即七层，每一层完成系统信息交换所需的部分功能，通过层间的接口与其相邻层连接，从而实现不同系统之间、不同结点之间的信息交换。如果两个端系统主机之间没有直接的物理介质相连，其间的信息交换必须通过通信子网中的路由器(Router)进行数据中转，路由器只需要七层中的下三层。传输层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层系统A系统B对等层之间的通信网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层

通信子网路由器路由器传输介质传输介质传输介质应用层表示层会话层网络层数据链路层物理层传输协议

会话协议

表示协议

应用协议

层与层之间的通信应用层功能：实现各种应用服务，如WWW、文件传输、电子邮件等等。应用层协议：HTTP、FTP、SMTP、POP3等表示层功能:数据编码/解码；数据压缩/解压缩；加密/解密等会话层功能:对话管理（建立会话、维护会话、释放会话）；重新同步（断点恢复）传输层功能:数据分段与重组、端-端流控，错误控制等网络层功能：网络互连；逻辑编址；路由；转发；拥塞控制。数据链路层功能：组帧、物理地址、流量控制、错误控制、多路访问控制物理层物理层的主要功能：负责实际或原始的数据“位（BIT）”传送，通过传输介质将比特流由一个节点传向另一个节点。中国教师德国教师翻译翻译秘书秘书消息“你好”“HALLO”“HELLO”“HELLO”传真传真

2/3接口

1/2接口

2/3接口

1/2接口P3P1P2对交谈内容的共识用英语对话使用传真通信多层通信示例：中德教师之间的讨论实例Internet体系结构

ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDatalinkPhysicalOSIRefModel因特网四层结构网络接口层网间网层应用层主机-主机层网络实例与互联设备第三节生活中的网络(1)生活中的网络(2)生活中的网络(3)生活中的网络(4)网络实例(WAN)组件一：网络传输介质网络互联设备组件二：物理层设备组件三：数据链路层设备组件四：网络层设备同轴电缆同轴电缆是由一根绝缘体包围的中央铜线、一个网状金属屏蔽层以及一个塑料封套组成，铜导线、空心圆柱导体和外界之间分别用绝缘材料隔开，具有足够的可柔性，能支持254mm(10英寸)的弯曲半径。同轴电缆结构组成线序标准：568A白绿、绿、白橙、兰、白兰、橙、白棕、棕568B白橙、橙、白绿、兰、白兰、绿、白棕、棕线缆种类交叉线相同设备类型接口使用交叉线直连线不同设备类型接口使用直连线智能MDI/MDIX不需知道电缆的类型（普通、交叉）可直接连接交换机、集线器或NIC设备消除电缆配错引起的连接错误,简化网络安装维护，降低开销。网络传输介质：双绞线直通双绞线交叉双绞线光纤光纤是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤，因此也称为光导纤维。

光纤的组成结构FC－PC型光尾纤接头外形图SC－PC型光尾纤接头外形图ST-PC型光尾纤接头外形图FC/PC－SC/PC型光尾纤外形图1000BASE-SX代表1000M传输速率，多模光纤，传输距离为550米。1000BASE-LX代表单模/多模接口，传输距离从550米-10千米。1000BASE-TX代表RJ45接口光纤介质光纤直接接入RG-M100FX-S多模光纤模块RG-M100FX单模光纤模块M2101TRJ45电口模块光以太网络无线通讯介质无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展，是在有线局域网基础上通过无线访问节点、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。与有线网络一样，无线局域网同样也需要传送介质，只是无线局域网采用的传输媒体不是双绞线或者光纤，而是红外线或者无线电波。实验项目1：制作双绞线【任务目标】

学会识别各种不同制作双绞线工具学会制作交叉线和直通线，测试连通性【材料准备】

RJ45接头（若干）；双绞线（若干）；卡线钳（1把）测线仪器（1台）实验项目2：组建双机互联对等网

【任务目标】

学会制作交叉线和直通线，测试连通性使用双绞线连接PC组建双机互联对等网络【材料准备】

RJ45接头（若干）双绞线（若干）卡线钳（1把）测线仪器（1台）测试PC（2台）组件二：物理层设备物理层设备在网络中连接示意图物理层是指OSI参考模型最低层，物理层设备有中继器，集线器，无线AP等。工作在物理层的设备由于性能限制，无法分辨出传输信号中的数据信息，其任务就是为和它互相连接的设备，提供一个传输数据的物理连接，数据流在物理信道上是以信号的方式进行传输的。物理层设备-集线器听当PCA要发一个数据包给PCD的时候,首先PCA要先听HUB的链路上是否有数据在跑,如果有那么PCA等待,如果没有那么PCA将数据包发出.这样的做法是由于HUB上的链路是共享的,所以采用了发数据包之前先进行冲突检测的方法,那么我们称为CSMA/CD。PCAPCBPCCPCD空闲共享式以太网工作机制：CSMA/CD：载波侦听、多路访问、冲突检测数据工作原理：CSMA/CD共享式以太网的全网络广播和冲突共享网络涉及到基本概念共享式以太网：网络内一台主机发送数据的时候，其他主机只能接收数据，都不能发送数据；冲突域：域内的不同设备同时发出的帧互相冲突；特点为：每台主机得到的可用带宽很低，网上冲突增加，信息传输安全得不到保证。广播域：网络中接受广播信息的设备集合；当这些设备中的一个发出一个广播时，所有其他的设备都能接收到这个广播帧。AP（AccessPoint无线接入点）：AP相当于基站，主要作用将无线网络接入以太网，其次要将各无线网络客户端连接到一起，相当于以太网的集线器，使装有无线网卡的PC，通过AP共享有线局域网络甚至广域网络的资源，一个AP能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户。组建WLAN基本设备室内型无线接入点安装APwlan网络模式

组件三：数据链路层设备节点的身份证明局域网中，网络设备利用数据包的MAC地址来寻找它的目的地址的网卡MAC地址数据链路层基础知识:MAC地址MAC地址3字节设备编号3字节厂商编号数据链路层核心设备介绍交换机用于连接局域网各节点，高性能的特殊计算机设备是一种具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品。多端口的网桥。二层交换属数据链路层，可以识别数据包中MAC地址，根据MAC地址转发信息，将MAC地址与对应端口记录在地址表。

交换机与集线器的区别共享式以太网源主机1目的主机2源主机2目的主机1交换式以太网源主机1目的主机1目的主机2源主机2组件四：网络层设备网络层设备在网络中连接示意图网络层属于OSI模型第三层，解决不同网络之间数据通信，即网际间的数据通信问题。工作在网络层设备主要功能是为网络间数据包提供传输路由，即设备在收到数据包后，选择到达目标主机最佳路径，并沿该路径传送数据包到目的计算机上。此外网络层设备还解决网络拥挤，网络流量控制问题。路由器是工作在网络层最典型设备，高档交换机也能提供路由功能，俗称“三层交换机”，是工作在校园网中实现网络层互连最常见设备。路由器硬件系统路由器软件系统网络层设备-路由器路由器功能介绍1）连接不同网络，在不同网络间接收转发送。2）选择最合理的路由，引导不同网络间通信。3）在转发过程中，按照预定的规则，把大的数据包分解成适当大小数据包，到达目的地后，再把分解包还原。4）多协议路由器还可以连接使用不同协议的网络。网络层设备三层交换机三层交换（也称多层交换技术）是在网络模型中第三层实现数据包高速转发。三层交换技术是：二层交换技术＋三层转发技术不是简单二层交换机和路由器叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换高速背板总线上，突破传统路由器接口速率限制，速率可达几十Gbps