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网络基础知识与概念 Chapter 1 江万里 2010 02 什么是协议 什么是协议 为了使数据可以在网络上从源传递到目的地 网络上所有设备需要 讲 相同的 语言 描述网络通信中 语言 规范的一组规则就是协议例如 两个人交谈 必须使用相同的语言 如果你说汉语 他说阿拉伯语 数据通信协议的定义决定数据的格式和传输的一组规则或者一组惯例 Chapter 2 培训目标 网络概述OSI开放系统互联7层参考模型识别集线器hub 交换机switch 路由器router的功能以及在网络中扮演的角色 描述数据封装与解除封装 Chapter 3 计算机网络概述 网络 计算机与通信技术相结合 不同种类计算机通过同类通信协议相互通信 形成计算机网络 Chapter 4 网络拓扑结构 计算机网络的拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式拓扑包括物理拓扑和逻辑拓扑物理拓扑是指设备或介质的连接方式逻辑拓扑是指数据传输的方式 Chapter 5 NetworkTopology Chapter 6 OSI参考模型 Chapter 7 计算机网络的功能 数据通信 Chapter 8 协议分层2 1 网络通信的过程很复杂数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机 然后转换成最初的形式 以便接收者能够阅读为了降低网络设计的复杂性 将协议进行了分层设计 Chapter 9 协议分层2 2 分层设计的意义用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别而通信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同 Chapter 10 例如 文件传输或电子邮件服务模块的设计 不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线 服务类型 面向连接的服务先建立连接再传输数据 之后再断开连接数据传输过程中 数据包不需要携带目的地址保证数据传输的可靠性无连接的服务不需要事先建立连接 直接发送数据每个报文都带有完整的目的地址不保证报文传输的可靠性 Chapter 11 服务元素 Chapter 12 面向连接的服务在建立连接和断开连接过程中 使用以下几个服务元素 服务元素举例 Chapter 13 1111 2222 拨号2222 请求建立连接 振铃 得到建立连接的指示 摘机 对连接请求的响应 听到振铃音停止 得到建立连接的确认 关于面向连接和无连接的服务 在传输层协议中将有应用 邮局实例2 2 Chapter 14 运输部门 甲地 乙地 邮局实例2 2 邮局对于写信人来说是下层运输部门是邮局的下层 下层为上层提供服务写信人与收信人之间使用相同的语言邮局之间的约定 同层次之间使用相同的协议 Chapter 15 OSI的七层框架2 1 Chapter 16 物理层 物理层 数据链路层 数据链路层 网络层 网络层 传输层 传输层 会话层 会话层 表示层 表示层 应用层 应用层 物理层协议 数据链路层协议 网络层协议 传输层协议 会话层协议 表示层协议 应用层协议 比特 帧 报文 TPDU SPDU PPDU APDU 1接口 2接口 3接口 4接口 5接口 6接口 主机A 主机B 数据单元 层 OSI的七层框架2 2 Chapter 17 数据的封装与解封装过程3 1 Chapter 18 Internet Hello 数据的封装与解封装过程3 2 Chapter 19 IP包头 Hello 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 比特 帧 报文 段 PDU Hello LLC子层 MAC子层 TCP UDP头 高层数据 MAC子层 LLC子层 FCS 数据的封装与解封装过程3 3 Chapter 20 IP包头 Hello 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 比特 帧 报文 段 PDU Hello LLC子层 MAC子层 MAC子层 FCS TCP UDP头 高层数据 LLC子层 TCP IP协议参考模型 TCP IP是20世纪70年代中期美国国防部为ARPANET开发的网络体系结构 Chapter 21 TCP IP模型与OSI模型的比较 相同点两者都是以协议栈的概念为基础协议栈中的协议彼此相互独立下层对上层提供服务不同点OSI是先有模型 TCP IP是先有协议 后有模型OSI适用于各种协议栈 TCP IP只适用于TCP IP网络层次数量不同 Chapter 22 数据链路层与交换机 Chapter 23 数据链路层的功能2 1 数据链路层位于网络层与物理层之间 Chapter 24 物理层 物理层 数据链路层 数据链路层 网络层 网络层 数据链路层协议 比特 Bit 帧 Frame 包 Packet 主机A 主机B 数据单元 数据链路层的功能2 2 数据链路层的功能数据链路的建立 维护与拆除帧包装 帧传输 帧同步帧的差错恢复流量控制 Chapter 25 以太网 以太网工作在数据链路层 Chapter 26 物理层 物理层 数据链路层 数据链路层 网络层 网络层 物理层协议 数据链路层协议 网络层协议 比特 帧 包 1 2 主机A 主机B 数据单元 层 以太网 什么是以太网 我们平常使用的局域网就是以太网 Chapter 27 如果主机A发出一个数据包给主机B 如何标识主机A和主机B呢 这就是主机的地址问题 以太网采用CSMA CD CSMA CD 带冲突检测的载波监听多路访问以太网采用CSMA CD避免信号的冲突工作原理发送前先监听信道是否空闲 若空闲则立即发送数据 在发送时 边发边继续监听若监听到冲突 则立即停止发送等待一段随机时间 称为退避 以后 再重新尝试 Chapter 28 以太网MAC地址 以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备例如 00 06 1b e3 93 6c00 0d 28 be b6 42 Chapter 29 以太网帧格式 Chapter 30 802 3以太网帧格式 7字节 6字节 6字节 前导码 目的地址 源地址 类型 长度 数据 帧校验序列 46 1500字节 4字节 1字节 2字节 帧启始定界符 2020 3 16 31 可编辑 MAC子层与LLC子层2 1 介质访问控制 MAC 子层 802 3 将上层交下来的数据封装成帧进行发送 接收时进行相反的过程 将帧拆卸 实现和维护介质访访问控制协议 例如CSMA CD 比特差错检测 MAC帧的寻址 即MAC帧由哪个站 源站 发出 被哪个站 哪些站接收 目的站 Chapter 32 MAC子层与LLC子层2 2 逻辑链路控制 LLC 子层 802 2 建立和释放数据链路层的逻辑连接 提供与上层的接口 给帧加上序号 Chapter 33 以太网命名方法 N 信号 物理介质N 以兆位为单位的数据速率 如10 100 1000信号 基带还是宽带物理介质 标识介质类型例如 100BASE TX Chapter 34 以太网交换机 Chapter 35 交换机是用来连接局域网的主要设备交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据 因此交换机工作在数据链路层交换机分割冲突域 实现全双工通信 交换机数据转发原理12 1 Chapter 36 11 B 33 44 22 AA BB A 端口1 端口1 端口2 端口2 端口3 端口3 交换机数据转发原理12 2 Chapter 37 A 交换机A在接收到数据帧后 执行以下操作 交换机A查找MAC地址表交换机A学习主机11的MAC地址交换机A向其他所有端口发送广播 111 交换机数据转发原理12 3 Chapter 38 11 B 33 44 22 AA BB A 端口1 端口1 端口2 端口2 端口3 端口3 交换机数据转发原理12 4 交换机B在接收到数据帧后 执行以下操作 交换机B查看MAC地址表交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B向所有端口广播数据包主机22 查看数据包的目标MAC地址不是自己 丢弃数据包 Chapter 39 B 113 22 交换机数据转发原理12 5 Chapter 40 B 33 44 22 AA BB A 端口1 端口1 端口2 端口2 端口3 端口3 11 交换机数据转发原理12 6 主机33 接收到数据帧主机44 丢弃数据帧 Chapter 41 33 44 在这个过程中 交换机的MAC地址表中没有需要的条目 交换机通过广播的方式 转发了数据帧 交换机数据转发原理12 7 Chapter 42 B 33 44 22 AA BB A 端口1 端口1 端口2 端口2 端口3 端口3 11 交换机数据转发原理12 8 交换机B在接收到数据帧后 执行以下操作 交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B查看MAC地址表 根据MAC地址表中的条目 单播转发数据到端口3 Chapter 43 B 113 442 交换机数据转发原理12 9 交换机A在接收到数据帧后 执行以下操作 交换机A学习源MAC地址和端口号交换机A查看MAC地址表 根据MAC地址表中的条目 单播转发数据到端口1主机11 收到数据帧 Chapter 44 A 111 443 交换机数据转发原理12 10 Chapter 45 B 33 44 22 AA BB A 端口1 端口1 端口2 端口2 端口3 端口3 11 在这个过程中 交换机的MAC地址表中已经学到了需要的条目 交换机通过单播的方式 转发了数据帧 交换机数据转发原理12 11 Chapter 46 A 111 443 222 333 113 442 223 331 交换机最终的MAC地址表 B 交换机数据转发原理12 12 转发交换机根据MAC地址表单播转发数据帧学习MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成的广播如果目标地址在MAC地址表中没有 交换机就向除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧更新交换机MAC地址表的老化时间是300秒交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同 交换机将MAC地址重新学习到新的端口 Chapter 47 单工 半双工与全双工 单工只有一个信道 传输方向只能是单向的半双工只有一个信道 在同一时刻 只能是单向传输全双工双信道 同时可以有双向数据传输 Chapter 48 A B A B A B 冲突与冲突域 Chapter 49 如果冲突过多 则传输效率就会降低 主机A 主机B 主机C 冲突域 分割冲突域 Chapter 50 为了提高传输效率 分割冲突域 冲突域1 冲突域2 冲突域3 冲突域与广播域 Chapter 51 广播域指接收同样广播消息的节点的集合 如 在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧 则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分交换机分割冲突域 但是不分割广播域 即交换机的所有端口属于同一个广播域 广播域 广播域 冲突域 冲突域 广播 阶段总结 Chapter 52 数据链路层与交换机 以太网 数据转发原理 全双工工作原理 工作原理 产品概述 CiscoCatalyst2900系列 数据链路层 链路层设备 交换机 CSMA CD 功能 帧格式 MAC地址 背板使用交换矩阵结构 保证每个端口都有收发专用通道 根据MAC地址表转发数据 MAC地址表是通过学习帧的源MAC地址生成的 目的地址 源地址 类型 数据 帧校验 48位 前24位是厂商编号 后24位是网卡编号 发送前先监听信道是否空闲 若空闲则立即发送数据 在发送时 边发边继续监听 若监听到冲突 则立即停止发送 等待一段随机时间 称为退避 以后 再重新尝试 Chapter 53 HubsOperateatPhysicallayer A B C D Physical AlldevicesinthesamecollisiondomainAlldevicesinthesamebroadcastdomainDevicessharethesamebandwidth Chapter 54 SwitchesandBridgesOperateatDataLinkLayer EachsegmenthasitsowncollisiondomainAllsegmentsareinthesamebroadcastdomain DataLink OR 1 2 3 1 2 ConceptofSwitches Chapter 55 每个岔路口都有专用车道EachsegmenthasitsowncollisiondomainBroadcastsareforwardedtoallsegments Memory Switch Routers OperateattheNetworkLayer BroadcastcontrolTrafficmanagementLogicaladdressingConnectstoWANservices Chapter 56 Chap