网络模型与协议.ppt

计算机网络模型与协议 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 计算机网络概述 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 网络通讯的方式 单播 广播 组播 网络协议 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 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 OSI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 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 应用层 L7 应用程序接口 http ftp telnet dns dhcp smtp pop3 实现多个系统应用进程相互通信 提供应用程序接口 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 会话层 L5 会话的建立 维持 终止系统软件 Windows2003server ScoUNIX应用软件 IE CuteFTP IIS SQL 管理通信实体间的会话 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 BitFlow 数据的解封示意 用户数据 数据解封 协议数据单元 PDU 数据 数据 H4 L4数据 H3 L3数据 H2 10101000011110000101010 数据段 Segment 数据包 Packet 数据帧 Frame 数据位 Bits 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 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 1 2 3 网络设备以太口的线序标准 MDI Xport MDIport HubUplink 网卡 路由器以太口 Hub 交换机 网络传输介质 10MbpsEthernet 10BaseT 使用3 4 5类UTP 距离100米 100MbpsFastEthernet 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 网络传输介质 1000MbpsGigabitEthernet 1000Base SX 使用直径为62 5um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 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 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 L3 网络协议 IEEE802模型 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 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46Byte 1500Byte之间FCS 帧检测序列 CRC校验 CSMA CD 听 Packet PCA PCB PCC PCD 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 CSMA CD HUB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 PCA PCB PCC PCD CSMA 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BACKOFF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BACKOFF BACKOFF一共可进行15次 听 Packet PCA PCB PCC PCD 空闲 听 Packet 随机秒数 随机秒数 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 外部网 E2 MAC地址表 00d0 f811 1111 00d0 f822 2222 00d0 f833 3333 00d0 f844 4444 A B C D F0 1 F0 3 F0 2 F0 4 数据帧的过滤及转发 X X F0 1 00d0 f811 1111F0 2 00d0 f822 2222F0 3 00d0 f833 3333F0 4 00d0 f844 4444 地址学习 MAC地址表形成 外部网 E2 MAC地址表 00d0 f811 1111 00d0 f822 2222 00d0 f833 3333 00d0 f844 4444 A B C D F0 1 F0 3 F0 2 F0 4 地址学习 MAC地址表形成 外部网 E2 MAC地址表 00d0 f811 1111 00d0 f822 2222 00d0 f833 3333 00d0 f844 4444 A B C D F0 1 F0 3 F0 2 F0 4 F0 1 00d0 f811 1111 MAC地址表 00d0 f811 1111 00d0 f822 2222 00d0 f833 3333 00d0 f844 4444 F0 1 00d0 f811 1111F0 2 00d0 f822 2222F0 3 00d0 f833 3333F0 4 00d0 f844 4444 A B C D F0 1 F0 3 F0 2 F0 4 广播地址 或未知地址 扩散操作 交换机扩散数据 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 TCP IP协议层次结构 TCP IP协议栈 提供应用程序网络接口 OSI参考模型 TCP IP协议栈Internet层 应用层 传输层 IP ICMP ARP 网络接口层 IP地址 网络位 主机位 10101100 00010000 01111010 11001100 172 16 122 204 1286432168421 32比特的二进制数 每8比特表示成一个十进制数 IP地址的分类 A类 B类 C类 D类 组播IP地址E类 实验研究 8 8 8 8 IP地址的分类 A类 B类 C类 8 8 8 8 1 126 128 191 192 223 私有IP地址 RFC1918 A类 10 0 0 0至10 255 255 255B类 172 16 0 0至172 31 255 255C类 192 168 0 0至192 168 255 255注 RFCRequestForComments 请求注解 Internet标准 草案 IP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 IP数据包结构 IPv6vs IPv4 IPv6地址的表示方法 IPV6地址的表示采用16进制的表示方法 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 32101080 0 0 0 8 800 200C 417A IPv6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 417AFF01 0 0 0 0 0 0 101 FF01 1010 0 0 0 0 0 0 1 1 IPv6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 61 1 133 1或 61 1 133 1 IP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 TCP UDP 协议号 IP 6 17 ICMP协议 目的不可达 Echo Ping 其他 网际层的自我检测 网络层 传输层 应用层 网络接入层 Ping功能的实现 A B ICMPecho询问 B可达吗 ICMPechoreply答复 可达 Trace功能的实现 A B C 第一跳可达吗 ICMPechorequest TTL 1 ICMPTTL expired到达下一跳 可达 第二跳可达吗 ICMPechorequest TTL 2 ICMPechoreply顺利到达 可达 ARP协议 192 168 10 1 192 168 10 2 IP 0800 115e 1200 45e1 IP 192 168 10 2 IP地址 映射 Ethernet地址 本地ARP 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 三层互联设备 路由器 每端口属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 路由器转发数据特点 172 16 2 1 172 16 3 10 172 16 12 12 10 2 2 2 10 250 8 11 10 180 30 118 F1 172 16 12 12 网络 主机 网络 端口 172 16 0 010 0 0 0 F0F1 路由表 172 16 0 1 10 0 0 1 F0 计算可用的主机地址 11111111 1721600 10101100 00010000 00000000 00000000 161514131211109 87654321 网络 主机 00000000 00000001 11111111 11111111 11111111 11111110 00000000 00000011 11111101 1 2 3 65534 65535 65536 2 65534 N 2N 2 216 2 65534 子网掩码 255 255 0 0 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 11111111 00000000 00000000 子网划分 172 16 1 0 172 16 2 0 172 16 3 0 172 16 4 0 网络172 16 0 0 子网间转发数据 172 16 1 3 172 16 1 10 172 16 1 12 172 16 2 2 172 16 2 11 172 16 2 118 F1 子网 子网掩码 端口 172 16 1 0 24172 16 2 0 24 F0F1 路由表 172 16 1 1 172 16 2 1 F0 172 16 1 12 网络 主机 子网 IP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 IP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 172 16 2 160 255 255 255 192 10101100 11111111 10101100 00010000 11111111 00010000 11111111 00000010 10100000 11000000 10000000 00000010 子网 子网划分练习 条件 网络192 168 18 0要求 划分20个子网 每个子网5个主机 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 TCP IP传输层 建立端到端连接 TCP协议 面向连接 可靠 UDP协议 无连接 不可靠 发送 确认 发送 发送 无确