网络工程师教材第1章.ppt

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1、单击此处编辑母版标题 样式 单击此处编辑母版副标 题样式 *1 自强不息 厚德载物 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 单击此处编辑母版标题 样式 单击此处编辑母版副标 题样式 *2 自强不息 厚德载物 第一部分计算机网络技术 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。 1.1 1.1 网络概述网络概述 1.1.11.1.1 网络的概念网络的概念 1.1.21.1.2 网络的发展网络的发展 1.1.31.1.3 网络的

2、分类网络的分类 1.1.1.1 1.1 网络的概念网络的概念 计算机网络(Network)是将处在 不同地理位置不同地理位置 且 相互独立的 计算机计算机 或 设备设备，通过 传输介质传输介质 和 网络设备网络设备 按照特定的 结构结构 和 协议协议 相互连接起来 ，利用 网络操作系统网络操作系统 进行管理和控制，从而实现 信息传输 和 资源共享资源共享 的一种信息系统。 1.1.1.3 1.3 网络的分类网络的分类 按照地理范围分类按照地理范围分类 按照管理方式分类按照管理方式分类 按照数据传输方式分类按照数据传输方式分类 按照网络拓扑分类按照网络拓扑分类 按照地理范围分类按照地理范围分类

3、局域网局域网 (Local Area Network, LAN)(Local Area Network, LAN) 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。 广域网广域网 (Wide Area Network, WAN)(Wide Area Network, WAN) 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家，甚至 世界几大洲或整个地球。 城域网城域网 (Metropolitan Area Network, MAN)(Metropolitan Area Network, MAN) 覆盖的地理范围介于局域网和

4、广域网之间， 通常为数十公里到数百公里的一座城市内。 按照地理范围分类按照地理范围分类 按照管理方式分类按照管理方式分类 对等网对等网 (Peer to Peer)(Peer to Peer) 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。 客户机客户机/ /服务器网服务器网 (Client/Server)(Client/Server) 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

5、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。 按照管理方式分类按照管理方式分类 按照数据传输方式分类按照数据传输方式分类 广播网络广播网络 (Broadcasting Network)(Broadcasting Network) 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。 这种传输方式主要应用于局域网中。广播网络中有三种传 输类型：单播、组播单播、组播和广播广播。 点对点网络点对点网络 (Point to Point Network)(Point to Point Network) 网络中的计算机

6、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。 广播网络的三种类型广播网络的三种类型 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子网的拓扑构型。分

7、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 总线式 环形 星形 扩展 星形 物理拓扑 层次形 网状形 独立的主干网络 所有的主机直接连接到主干 总线两端要有终结器 物理拓扑：总线型 没有主干 每一台主机直接连接邻居 物理拓扑：环形 所有的网络设备连接到一个中心点 星形的中心一般用HUB或者Switch 物理拓扑：星形 把多个星形拓扑连接在一起 星形的中间是HUB或者Switch 扩展了网络的长度和大小 物理拓扑：扩展星形 类似于扩展星形 物理拓扑：层次形 每

8、一个主机到网络中的其他主机都有直接连 接 物理拓扑：网状形 1.2 1.2 标准网络模型的提出标准网络模型的提出 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 1.2.1 OSI1.2.1 OSI参考模型简介参考模型简介 OSIOSI七层参考模型七层参考模型 分层的优点分层的优点 OSIOSI七层参考模型七层参考模型 第7层应用层Application 第6层 表示层Presentation 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

9、层Data Link 第1层 物理层Physical 应用层（第应用层（第7 7层）层） 给用户应用程序提供网络服务（如FTP服务）。 表示层（第表示层（第6 6层）层） 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。 会话层（第会话层（第5 5层）层） 负责建立、维护和管理应用程序之间的会话。 传输层（第传输层（第4 4层）层） 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7层功能 网络层（第网络层（第3

10、3层）层） 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到另一个地 方的最佳路径。 数据链路层（第数据链路层（第2 2层）层） 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。 物理层（第物理层（第1 1层）层） 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7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

11、、 DNS 、 NFS 、 rlogin 4传输层TCP、UDP、IPX 3网络层路由器 AppleTalk、DECnet、IP、 IPX、Vines、XNS、ICMP 、ARP、RARP等 2数据链路层交换机、网桥、网卡 ATM、PPP、HDLC、帧中 继、802.2、802.3 1物理层集线器 设备、协议与其所在的层 通信过程 Name Address Post OfficePost OfficePost OfficePost Office Name Address Name Address Post OfficePost OfficePost OfficePost Office Name

12、 Address 数据封装 数据的封装 传输层 数据链路层 物理层 网络层 上层数据 上层数据TCP 头 数据IP 头 数据LLC 头 0101110101001000010 数据MAC 头 表示层 应用层 会话层 段 包 比特 帧 PDU 协议数据单元 FCS FCS 数据的解封装 上层数据 LLC 头 + IP + TCP + 上层数据 MAC 头 IP + TCP +上层数据 LLC 头 TCP+上层数据 IP 头 上层数据 TCP 头 0101110101001000010 传输层 数据链路层 物理层 网络层 表示层 应用层 会话层 封装与解封装的过程 HostAHostB 应用层应用

13、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 分层结构的优点分层结构的优点 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 1.2.2 OSI1.2.2 OSI参考模型各层的功能参考模型各层的功能 物理层 数据链路层 网络层 传输

14、层 57层 物理层物理层 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 仅放大电信号 延长传输距离 所有设备在同一冲突域 所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽 物理上星型，逻辑上总线型（以太） 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 同一时刻只能有一台主机在发送 CSMA/CD：载波侦听多路复用与冲突检测 载波侦听： 先听后说 冲突检测： 边说边听 回退： 检测到冲突后的处理 CSMA/CD 接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术 一个冲突域经验上可连接64台以内的电脑 以获取较好的性能 集线器：同一个冲突域

15、类型最高速率最大距离 同轴 电缆 10Base2(细缆 以太网)10M185m 10Base5(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 数据链路层数据链路层 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：表示一个网段上的单台

16、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 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的唯 一标

17、识。 MAC地址 数据源地址 FCS 长度目标地址 可变长2664 0000.0C xx.xxxx 厂商自己分配 IEEE 分配 MAC子层- 802.3 前导符 Ethernet II 在这 里用 “Type”指 明上层协议，所 以不用 802.2. MAC 地址（物理地址） 8# 字节 MAC地址格式 数据链路层 或 123124 每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域（单播，广播，组播） 网桥和交换机运行在链路层 每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发 缓冲区 交换 交换机的工作原理 网桥分段不分割广播域 网桥分段 交换机通过网络中的帧来学习网络设备的MAC地址并 将其保存在自己的

18、地址表中，实现MAC与接口的对应 关系 交换机 基于网络层地址进行不同网络系统间 的路径选择 网络层地址（IP地址） 分割和重新组合数据包（Packet） 差错检验和可能的修复 可能的数据流量控制 路由器 网络层 数据源地址目标地址IP 头 172.15.1.1 主机号网络号 逻辑地址 网络层端接设备的数据包 网络层-IP 路由表 目标网络 端口距离 1 2 4 S0 S0 E0 1 0 0 1.04.0 1.3 E0 4.3 S0 2.2 E0 2.1 S0 4.1 4.2 1.1 1.2 路由表 目标网络 端口距离 1 2 4 E0 S0 S0 0 0 1 逻辑地址提供分层结构的网络 需要

19、的配置 利用配置信息来识别到达目标网络的路径 路由器工作 广播信息控制 逻辑寻址 数据包转发 提供LAN和WAN的连接 路由器：运行在网络层 集线器桥交换机路由器 冲突域 1 4 4 4 广播域 1 1 1 4 网络设备的域 传输层传输层 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 建立应用间的端到端连接 定义流量控制 为数据传输提供可靠或不可 靠的连接服务 网络层

20、IPXIP 传输层 SPXTCPUDP 传输层的功能 1.2.4 TCP/IP1.2.4 TCP/IP参考模型参考模型 TCP/IP与OSI的对应 TCP/IP参考模型的各层 TCP/IPTCP/IP与与OSIOSI TCP/IPTCP/IP参考模型的各层参考模型的各层 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)。 TCP/IPTCP/IP参考模型的各层参考模型的各层 第2层：互联网络层(internet) 互联网络层的

21、目的是运送数据包，将数据 从任何在相连的网络上送到目的地，而不 在乎走的是哪个路径或网络。管理这层的 特定协议称为互联网络协议(IP)。最佳的 路径选定和数据包交换都发生在这层。 TCP/IPTCP/IP参考模型的各层参考模型的各层 第3层：传输层(Transport) 传输层负责处理有关服务质量等事项， 如可靠度、流量控制和错误校正。该层可以 提供不同服务质量、不同可靠性保证的传输 服务，并且协议发送端和目标端的传输速度 差异。这一层也称为主机到主机层(Host-to- Host)。 TCP/IPTCP/IP参考模型的各层参考模型的各层 第4层：应用层(Application) 应用层包括会

22、话层和表示层的功能，用来 建立应用层来处理高层协议、有关表达、编码 和会话控制。TCP/IP将所有应用程序相关的内 容都归为一层，并保证为下层适当的将数据封 装成数据包。 1.1.3 3 相关国际机构相关国际机构 ISOISO国际标准化组织（国际标准化组织（OSIOSI参考模型）参考模型） ANSIANSI美国国家标准协会（美国国家标准协会（FDDIFDDI） EIA/TIAEIA/TIA电子电子/ /电信工业协会（电信工业协会（RS232RS232，568568） IEEEIEEE电子及电气工程师协会（电子及电气工程师协会（802.802.x x） ITU-TITU-T国际电信联盟电信标准部门（国际电信联盟电信标准部门（X.25X.25） ISOCISOC国际互联网协会国际互联网协会 IABIABInternetInternet体系结构委员会（体系结构委员会（RFCRFC，请求注解）请求注解） IETFIETFInternetInternet工程任务组（近期问题）工程任务组（近期问题） IRTFIRTFInternetInternet研究任务组（未来问题）研究任务组（未来问题） 1.1.3 3 相关国际机构相关国际机构