专题一计算机网络基础.ppt

1、计算机网络基础,ISSUE 1.0,日期：,杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播,计算机网络的相关术语 OSI模型与TCP/IP模型 局域网基本原理与结构 广域网基本概念 数据流分析,目录,计算机网络的定义,SOHO,移动用户,公司总部,分支机构,计算机网络是一组自治计算机互连的集合,Internet,计算机网络的基本功能,资源共享 分布式处理与负载均衡 综合信息服务,计算机网络的演进,主机,主机互连,主机,主机,主机,主机,主机,主机,主机,局域网,因特网 （Internet）,PSTN,LAN,LAN,WAN,LAN,互联网 （internet）,ISP,企业,企业,

2、ISP,校园,ISP,网络的拓扑结构,总线型,星型,树型,环型,全网状,部分网状,衡量计算机网络的主要指标,带宽（bandwidth） 描述在一定时间范围内能够从一个节点传送到另一个节点的数据量 通常以bps为单位 例如以太网带宽为10Mbps，快速以太网为100Mbps 延迟（delay） 描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间,计算机网络的相关术语 OSI模型与TCP/IP模型 局域网基本原理与结构 广域网基本概念 数据流分析,目录,OSI参考模型,OSI参考模型定义了网络中设备所遵守的层次结构 分层结构的优点： 开放的标准化接口 多厂商兼容性 易于理解、学习和更新协议标准

3、实现模块化工程，降低了开发实现的复杂度 便于故障排除,OSI参考模型层次结构,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,提供应用程序间通信,处理数据格式、数据加密等,建立、维护和管理会话,建立主机端到端连接,寻址和路由选择,提供介质访问、链路管理等,比特流传输,对等通信,每一层都使用自己的协议 每一层都利用下层提供的服务与对等层通信,HostA,HostB,APDU,PPDU,SPDU,Segment（段）,Packet（包）,Frame（帧）,Bit（比特）,数据封装与解封装,Data,Data,第7层头,+,第7层头,+,第6层头,Data,第

4、7层头,第6层头,+,第5层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,+,第4层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,+,第3层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,第3层头,+,第2层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,第3层头,第2层头,+,第1层头,Data,第2层头,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,二进制的数据流,第1层头,Data,第2层头,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第5层

5、头,第6层头,第7层头,Data,第6层头,第7层头,Data,第7层头,封装,解封装,TCP/IP模型的层次结构,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,OSI参考模型,TCP/IP模型,网络接口层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型,负责处理与传输介质相关的细节 物理线路和接口 链路层通信 主要协议 以太网/FDDI/令牌环 SLIP/HDLC/PPP X.25/帧中继/ATM,网络层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型,负

6、责将数据包送达正确的目的 数据包的路由 路由的维护 主要协议 IP ICMP IGMP,传输层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型,负责提供端到端通信 数据完整性校验 差错重传 数据的重新排序 主要协议 TCP UDP,应用层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型,负责处理特定的应用程序细节 远程访问 资源共享 主要协议 Telnet Ftp/tftp Smtp,计算机网络的相关术语 OSI模型与TCP/IP模型 局域网基本原理与结构 广域网基本概念 数据流分析,目录,局域网与OSI参考模型,物理层,数据链路层,网络层,同轴线缆

7、、双绞线、光纤、 RJ-45、无线电波,IP、IPX等网络层协议,OSI参考模型,局域网,802.3、802.4、802.5,802.2 LLC/SNAP,LLC子层,MAC子层,主要局域网技术,以太网,早期以太网技术介绍,Hub,10BASE5/10BASE2,10BASE-T,以太网集线器,集线器(Hub)与主机构成物理星型拓扑 集线器内部采用总线结构，任意时间只有一台主机能占用总线,Host,Host,Host,Host,内部总线,集线器,MDI/MDIX,同类接口互连用交叉线，异类接口互连用直连线 H3C以太网交换机支持MDI/MDIX自适应，不必考虑连线类型,10BASE-T线缆和接

8、口,10BASE-T使用5类UTP和RJ-45接头,Side 1,Side 2,Side 1,12345678,12345678,1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕,Side 2,Side 1,Side 2,Side 1,Side 2,12345678,12345678,1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕,1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕,1=白/绿 2=绿 3=白/橙 4=蓝 5=白/蓝 6=橙 7=白/棕 8=棕,直连线,交叉线,RJ-45接头,CSMA/C

9、D载波侦听,侦听到线路上有载波时，不发送数据,侦听不到载波时，说明线路已经空闲,侦听到载波,侦听到载波 不发送,侦听到载波 不发送,侦听不到载波,侦听不到载波,侦听不到载波,抢占发送,线路空闲时，任一主机都可以抢占线路,CSMA/CD冲突检测和退避,两台主机同时发送数据导致冲突,全部主机停止发送，等待一个随机退避时间,退避期满的主机首先开始发送,检测到冲突,检测到冲突,检测到冲突,MAC地址,MAC地址为48位二进制数，常用12位16进制数表示,24位OUI,24位EUI,00 - E0 - FC - 01 - 23 - 45,操作系统,网络接口卡,RAM,IP: ,ROM,M

10、AC: 00-E0-FC-01-23-45,48位MAC地址,单播与广播,接收地址包括本卡MAC地址、广播地址和本机所属组播组地址 网卡丢弃与本卡接收地址不匹配的帧 网卡解开与本卡接收地址匹配的帧，将数据递交上层处理,接收,DMAC=00E0.FC01.2222,不接收,MAC: 00E0.FC01.1111,MAC: 00E0.FC01.2222,MAC: 00E0.FC01.3333,接收,DMAC=FFFF.FFFF.FFFF,接收,MAC: 00E0.FC01.1111,MAC: 00E0.FC01.2222,MAC: 00E0.FC01.3333,单播,广播,冲突域,总线型以太网拓扑

11、扩展,用中继器可以扩展10BASE5和10BASE2网络范围 所有线缆段都属于一个冲突域,中继器,星型以太网拓扑扩展,冲突域,Hub,Hub,Hub,用集线器可以扩展10BASE-T网络范围 全部线缆段都属于一个冲突域,快速以太网和千兆以太网,用交换机扩展以太网拓扑,Switch,Switch,Hub,隔离冲突域，避免冲突域过大 进一步扩大物理连接范围 提高以太网带宽利用率，增加吞吐量 适应不同的速率和不同的双工状况,计算机网络的相关术语 OSI模型与TCP/IP模型 局域网基本原理与结构 广域网基本概念 数据流分析,目录,局域网的不足,WAN,LAN,北京,西安,以太网等局域网技术无法支持远

12、程传输 企图通过大量设备级连将局域网扩展到超远距离是不现实的 即使可以扩展局域网的范围，但普通组织没有专用的长距离线路,1000km,广域网的作用,基于电信运营商的通信网络设施建立远程连接 在相距遥远的局域网之间建立连接性,WAN,运营商通信网,北京,西安,1000km,广域网与OSI参考模型,OSI参考模型,广域网,广域网连接方式,X.25/帧中继/ATM,PSTN/ISDN,分组交换方式,电路交换方式,专线方式,异步/同步专线,链路层协议,在点到点连接中，链路层协议通常运行于端系统之间 常用链路层协议包括HDLC、PPP、SLIP、SDLC等,链路层协议,运营商 传输设备,运营商通信网,运

13、营商 传输设备,DTE,DTE,DCE,DCE,用户路由器,用户路由器,计算机网络的相关术语 OSI模型与TCP/IP模型 局域网基本原理与结构 广域网基本概念 数据流分析,目录,前同步码：56位交替出现的0和1，对接收系统进行同步。前同步码实际上是在物理层添加上去的，它并不是正式帧的一部分。 首定界符(SFD)：802.3桢的SFD字段用1字节(10101011) 作为帧开始的信号。SFD给接收信号的站最后一次机会进行同步。最后两位是11，表示下面的字段就是目的地址。 目的地址(DA)：DA字段有6字节，是下一站的物理地址。 源地址(SA)：SA字段也是6字节，是前一站的物理地址。 长度/类

14、型：长度/类型字段具有两种意义，如果这个字段的值小于1518，那么这个字段就是长度字段，并定义后面的数据字段的长度，紧跟其后的数据字段包含LLC帧格式。如果这个字段的值大于1518，它就定义的是上层协议数据。 CRC：802.3桢的最后一个字段包含差错检测信息，现在使用的CRC-32。,二层以太网帧结构,主机转发原则,当主机要向同一网络/子网内的其他主机发送数据包时，发送端主机直接将包发送给那台主机 当主机要向不同网络/子网内的其他主机发送数据包时，发送端主机将包发送给它的默认网关 不管主机使用上面两步中的哪一步，发送端主机可以利用ARP来获知正确的MAC地址，并将它封装在以太网帧里面,ARP

15、,当主机被分配到IP地址之后，它们就会希望开始向一些其他的主机发送IP包。一台IP主机要在一个局域网上发送IP包，发送主机必须要知道局域网上其他设备的以太网MAC地址，主机通常利用地址解析协议（ARP）来实现。,ARP工作过程,源,目的,1.在ARP高速缓存中检测目标设备的MAC地址,2.生成ARP请求,3.广播ARP请求,广播,4.处理ARP请求帧,5.生成ARP应答帧,6.更新ARP高速缓存,7.发送ARP应答帧,8.处理ARP应答帧,9.更新ARP高速缓冲,单播,ARP报文格式,硬件类型：表示硬件地址的类型。它的值为1表示以太网地址； 协议类型：表示要映射的协议地址类型。它的值为0 x0

16、800即表示IP址； 硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4； 操作类型（OP）：1表示ARP请求，2表示ARP应答； 发送端MAC地址：发送方设备的硬件地址； 发送端IP地址：发送方设备的IP地址； 目标MAC地址：接收方设备的硬件地址。 目标IP地址：接收方设备的IP地址。,28字节ARP请求/应答,ARP抓包分析,ARP抓包分析（续）,交换机的工作原理,交换机可以分割冲突域，提高传输效率 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。,交换机的学习功能,PC4,PC1

17、,PC2,PC3,1,3,4,2,0200.1111.1111,0200.2222.2222,0200.3333.3333,0200.4444.4444,交换机的转发功能,PC3,PC1,PC2,PC4,0200.1111.1111,0200.3333.3333,0200.2222.2222,0200.4444.4444,0,1,交换机的过滤功能,PC3,PC1,PC2,PC4,0200.1111.1111,0200.3333.3333,0200.2222.2222,0200.4444.4444,0,1,泛洪未知单播帧,未知单播帧指帧中的目的MAC地址在MAC表中没有，交换机会泛洪这样的帧。

18、以太网中还用到另外两种帧 广播帧帧中的目的MAC地址为FFFF.FFFF.FFFF，这样的帧应传给LAN中的所有设备 组播帧帧中目的MAC地址为组播地址，通常用于IP组播的以太网的组播地址以0100.5E或0100.5F开头，这些帧发送给LAN中的一组设备，而不是全部。,泛洪未知单播帧（续）,1,3,4,2,0200.1111.1111,0200.2222.2222,0200.3333.3333,0200.4444.4444,组播帧的处理方法,1,3,4,2,不支持组播优化功能交换机处理组播的方法,加入组播组0100.5E12.3456,加入组播组0100.5E12.3456,0200.111

19、1.1111,0200.2222.2222,0200.3333.3333,0200.4444.4444,组播帧的处理方法（续）,1,3,4,2,支持组播优化功能交换机处理组播的方法,加入组播组0100.5E12.3456,加入组播组0100.5E12.3456,0200.1111.1111,0200.2222.2222,0200.3333.3333,0200.4444.4444,路由器的工作原理,PC1 ,51,FA0/0,FA0/1,51,PC2 ,PC11 1,PC22

20、2,子网： 子网掩码：,子网： 子网掩码：,R1,主机转发逻辑回顾,当主机要向同一网络/子网内的其他主机发送数据包时，发送端主机直接将包发送给那台主机 当主机要向不同网络/子网内的其他主机发送数据包时，发送端主机将包发送给它的默认网关 不管主机使用上面两步中的哪一步，发送端主机可以利用ARP来获知正确的MAC地址，并将它封装在以太网帧里面,默认网关/路由器,,1,2,PC21,PC22,2,3,PC11,PC12,1,2,PC31,PC32,,,Fa0/0,Fa0/2,Fa0/1,子网：所有地址 从192.168.1开始,子网：所有地址 从