网络模型与协议

1、计算机网络模型与协议1计算机网络概述OSI参考模型和TCP/IP协议栈基础数据交换、路由技术基础2计算机网络概述3计算机网络的分类按网络覆盖范围划分局域网按网络所支持的速率10M网络100M网络1000M网络城域网广域网按拓扑类型划分总线形网络星形网络环形网络网状网络按提供服务的方式对等网络服务器/客户端网络4网络通讯的方式单播广播组播5网络协议100085北京市海淀区上地东路5号神州数码大厦神州数码网络有限公司 负责人 （收）北京市友华科技公司100088FROM: Room No。108, Bldg。F, Huiyuan International Apartment No。8 Anli

2、Road Chaoyang District Beijing, PRC 100101TO: DigitalChina USA 5 Musick, Irvine CA,92718 U.S.A协议就是一套约定俗成国内信件需要按照此格式美国的信件需要按照此格式6计算机网络业界有影响的组织国际标准化组织(ISO)电子电气工程师协会(IEEE)美国国家标准局(ANSI)电子工业协会/电信工业联盟(EIA/TIA)国际电信联盟(ITU)INTERNET行动委员会(IAB)7OSI参考模型物理介质应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层处理网络应用数据格式

3、转换网络设备间通信管理端到端的连接寻址和最短路径的选择接入网络介质比特数据流传送8应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络应用数据传输层与层之间功能相互独立（每层遵照自己独有的协议集，与对方相应层次进行通讯）上层通讯依赖于下层通讯OSI参考模型9应用层（L7）应用程序接口： http, 实现多个系统应用进程相互通信,提供应用程序接口物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层10表示层（L6）数据的解码和编码数据的加密和解密数据的压缩和解压表示层保证一个系统应用层发出的信息能被另一个系统的应用层读出物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层11会话层（L5）会话的建立、维持、终

4、止系统软件：Windows 2003 server、Sco UNIX应用软件： IE、CuteFTP、IIS、SQL管理通信实体间的会话物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层12数据的封装示意用户数据协议数据单元（PDU）数据段（Segment）数据包（Packet）数据帧（Frame）位流（Bit Flow）物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层13数据的解封示意物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层用户数据数据解封14协议数据单元（PDU)7654321数据数据H4L4数据H3L3数据H2110000101010数据段（Segment）数据包（Packet）数据帧（

5、Frame）数据位（Bits）15物理层（L1）线路类型（双绞线、光纤、Wireless）传输速率（bps、Kbps、Mbps、Gbps、10Gbps）传输模式（单工、半双工、全双工）网络物理拓扑结构（星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑）16双绞线100M双绞线线序双绞线的制作过程如下：1、按照线序图打开线对并排列整齐2、小心的将线头掐平并送入水晶头的8个线槽中，按紧3、用专门的卡线钳子将水晶头中的线掐紧12317网络设备以太口的线序标准PinSignalDescription1RX+ReceiveData +2RX-ReceiveData -3TX+Transmit Data +4Not appl

6、icableNot applicable5Not applicableNot applicable6TX-Transmit Data +7Not applicableNot applicable8Not applicableNot applicablePinSignalDescription1TX+Transmit Data +2TX-Transmit Data -3RX+ReceiveData+4Not applicableNot applicable5Not applicableNot applicable6RX-ReceiveData -7Not applicableNot applic

7、able8Not applicableNot applicableMDI-X portMDI portHub Uplink，网卡，路由器以太口Hub ，交换机18网络传输介质10Mbps Ethernet：10BaseT-使用3/4/5类UTP，距离100米。100Mbps FastEthernet:100BaseTX-使用5类UTP，距离100米。100BaseFX-使用单模和多模光纤（直径62.5或125um）。多模光纤连接的最大距离为550米，单模光纤连接的最大距离为3000米。19网络传输介质1000Mbps GigabitEthernet：1000Base-SX-使用直径为62.5u

8、m或50um的多模光纤，工作波长为770-860nm，传输距离为220-550m。1000Base-LX -使用直径为9um或10um的单模光纤，工作波长为1270-1355nm，传输距离为5km。1000Base-CX -使用150欧屏蔽双绞线（STP），传输距离为25m。1000Base-T -使用5类UTP，距离100米。20物理层设备-集线器中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供更多端口服务，也称为多口中继器。 所有端口属于同一个冲突域所有端口属于同一个广播域所有端口共享总线带宽以泛洪方式转发任何形式的数据21数据链路层（L2）网段（广播域）中数据通讯的机制数据的差错检测指明上层（L

9、3）网络协议22IEEE802模型数据链路层LLC层MAC层MAC：网段（广播域）中数据通讯的机制和数据的差错检测LLC：指明上层网络协议(IEEE802.2)23以太网帧格式MAC地址:48位二进制（以十六进制形式表示），设备的物理标识，其值与设备的生产厂商有关TYPE（类型）：指明上层（L3）网络协议，0 x86DATA（数据）：可变于46Byte1500Byte之间FCS（帧检测序列）：CRC校验DSTSRCTYPEDATAFCS24CSMA/CD听PacketPC APC BPC CPC D空闲当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

10、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.25CSMA/CDHUB上的链路是共享的,所以如果HUB上有数据在转发,那么此时PCA需要等待.听有数据在转发继续听PC APC BPC CPC D26CSMA/CD现在的情况是PCA和PCC都要发数据,但是两人刚才都检测到HUB上是空闲的.那么两人都发.结果发生了冲突.两人都同时启动BACK OFF动作.随机的生成一个秒数,再发数据包.如果再与其他PC发送的数据包冲突.那么再次BACK OFF,BACK OFF一共可进行15次.听Pac

11、ketPC APC BPC CPC D空闲听Packet随机秒数随机秒数27二层互联设备-交换机每端口属于独立的冲突域所有端口属于同一个广播域每端口带宽独立根据数据帧L2报头信息转发数据28外部网E2MAC 地址表00d0.f811.111100d0.f822.222200d0.f833.333300d0.f844.4444ABCDF0/1F0/3F0/2F0/4数据帧的过滤及转发XXF0/1: 00d0.f811.1111F0/2: 00d0.f822.2222F0/3: 00d0.f833.3333F0/4: 00d0.f844.444429地址学习MAC地址表形成外部网E2MAC 地址表

12、00d0.f811.111100d0.f822.222200d0.f833.333300d0.f844.4444ABCDF0/1F0/3F0/2F0/430地址学习MAC地址表形成外部网E2MAC 地址表00d0.f811.111100d0.f822.222200d0.f833.333300d0.f844.4444ABCDF0/1F0/3F0/2F0/4F0/1: 00d0.f811.111131MAC 地址表00d0.f811.111100d0.f822.222200d0.f833.333300d0.f844.4444F0/1: 00d0.f811.1111F0/2: 00d0.f822.2

13、222F0/3: 00d0.f833.3333F0/4: 00d0.f844.4444ABCDF0/1F0/3F0/2F0/4广播地址（或未知地址）：扩散操作交换机扩散数据32网络层（L3）网段间互连(为互连网中每个设备分配逻辑地址)决定数据传输的路径(根据路由信息)33TCP/IP协议层次结构TCP/IP协议栈提供应用程序网络接口建立端到端连接寻址和路由选择物理介质访问二进制数据流传输OSI参考模型物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层网络层传输层应用层网络接口层34TCP/IP协议栈Internet层应用层传输层IP、ICMP、ARP网络接口层35IP地址网络位主机位 101011

14、00 00010000 01111010 172 16 122 204128643216842132比特的二进制数每8比特表示成一个十进制数36IP地址的分类A类: B类: C类: D类: 组播IP地址 E类: 实验研究网络位主机位主机位主机位网络位网络位主机位主机位网络位网络位网络位主机位8 8 8 8 37IP地址的分类A类: B类: C类: 0NNNNNNN主机位主机位主机位10NNNNNN网络位主机位主机位110NNNNN网络位网络位主机位8 8 8 8 (1-126)(128-191)(192-223)38私有IP地址 （RFC1918)A类:至55B类:至55C类:至55注：RFC

15、 Request For Comments, 请求注解, Internet标准(草案)39IP网段中主机数量的计算计算公式： 2N-2（“N”代表主机位数）IP地址当中：主机位全“0”表示IP网络编号主机位全“1”表示该网络中的广播IP地址40IP数据包结构Bit 0Bit 15Bit 16Bit 31版本 (4)总长度（16）字节数标识（16）生存时间（8）目标地址（32）任选项 数据 (上层协议数据,可变长)源地址(32)头部长度（4）TOS字段（8）标志（3）片偏移（13）协议（8）头部校验和（16）41IPv6 vs. IPv442IPv6地址的表示方法IPV6地址的表示采用16进制的

16、表示方法。将128bit分为8组，每组16比特，用4个16进制数表示，各组之间用：隔开，每组中最前面的0可以省略，但每组必须得有一个数，如： FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210 1080:0:0:0:8:800:200C:417A 43IPv6地址的表示方法在IPV6地址段中有时会出现连续的几组0，这时这些0可以用:代替，但一个地址中只能出现一次:。如： 1080:0:0:0:8:800:200C:417A =1080:8:800:200C:417A FF01:0:0:0:0:0:0:101=FF01:101 0:0:0:0:0:0:0:1=:1 4

17、4IPv6地址的表示方法某些情况下，IPV4地址需要包含在IPV6地址中，这时，最后两组用现在习惯使用的IPV4的十进制表示方法，前六组表示方法同上，如： 0:0:0:0:0:0: 或: 45IP的协议号表示数据包封装的上层协议类型Protocol (8)。传输层互连网络层TCPUDP协议号IP61746ICMP协议目的不可达Echo (Ping)其他Internet Control Message Protocol网间控制报文协议网际层的自我检测网络层传输层应用层网络接入层47Ping功能的实现ABICMP echo询问B 可达吗?ICMP echo reply 答复可达48Trace功能的

18、实现ABC第一跳可达吗？ICMP echo request(TTL=1)ICMP TTL-expired到达下一跳可达第二跳可达吗？ICMP echo request(TTL=2)ICMP echo reply顺利到达可达49ARP协议IP: 0800.115e.1200.45e1 我听到广播了，是关于我的信息，这是我的以太网地址IP: = ?我需要的以太网地址IP地址映射Ethernet地址本地ARP50主机地址查询过程主机初次与某设备建立连接时1. 主机目前还没有IP地址与MAC地址的对应条目2. 当与某设备进行 过数据传输之后 在缓冲中即会保 存相应条目 51三层互联设备-路由器每端口属

19、于独立的冲突域每端口属于独立的广播域每端口带宽独立根据数据包L3报头信息转发数据52路由器转发数据特点02118F1172.161212网络主机.网络端口F0F1路由表F053计算可用的主机地址 172 16 0 0 16151413121110 987654321网络主机 . 123655346553565536-.265534N2N-2 = 216-2 = 6553454子网掩码1721600255255002552552550网络主机网络子网主机“/16” 表示子网掩码有16位“/24”表示子网掩码有24位 11111111 1111111155子网划分网络 56子网间转发数据02118F1子网/子网掩码端口/24/24F0F1路由表F0172.16112网络主机子网.57IP网段中子网数量的计算计算公式： 2M（“M”代表子网位数）“全0”以及“全1”子网能够被系统支持58IP网段中子网数量的计算试求该IP地址所在子网的网络编号试求该IP地址所在子网的广播地址试求该IP地址所在子网的主机IP地址范围网络主机60 92子网59子网划分练习条件：网络要求：划分20个子网，每个子网5个主机60传输层（L4）数据拆分与重组将上层应用加以区分建立主机端到端的连接，负责数据在端到端之间的传输差错恢复流量控制61TCP/IP传输层建立端到端连接网络层传输层应用层网络接入层TC