简单易懂的网络基础知识

1、1 1 网络基础知识网络基础知识 ISSUE 5.1 n 现在你是一名售前技术人员，要说服企业负责人构现在你是一名售前技术人员，要说服企业负责人构 建一个园区网络。建一个园区网络。 任务任务 n 计算机网络的概念和功能计算机网络的概念和功能 n 计算机网络的评价指标计算机网络的评价指标 n 计算机网络是怎样工作的计算机网络是怎样工作的 提示提示 从以下方面开展工作从以下方面开展工作 4 知识点知识点 l 网络的定义网络的定义 l 网络的功能网络的功能 l 网络的演进网络的演进 l LAN 和和WAN l 网络拓扑网络拓扑 l 网络性能指标网络性能指标 l 网络协议网络协议 l 标准化组织标准化

2、组织 l OSI模型模型 l TCP/IP模型模型 5 网络的定义网络的定义 l 计算机网络是一组自治计算机系统的集合计算机网络是一组自治计算机系统的集合 自治：每台计算机都有自主权 互连：通过通信介质进行连接 l 计算机网络是把计算机网络是把处在不同地理位置的独立计算处在不同地理位置的独立计算 机，用通信介质和设备互连，辅以网络软件进机，用通信介质和设备互连，辅以网络软件进 行控制，达到资源共享、协同操作的目的。行控制，达到资源共享、协同操作的目的。 6 网络的定义网络的定义 Internet SOHO 移动用户移动用户 公司总部公司总部 分支机构分支机构 7 网络的功能网络的功能 负载均衡

3、 硬件和软件资源共享 集中处理 综合信息服务(图像,语音,动画等) 8 网络的演进网络的演进 主机 主机网络 低速连接 服务器 WAN 简单连接简单连接 1960s 1970s 基于网络的连接基于网络的连接 1970s 1980s 网络互联网络互联 1980s 9 LAN l LAN定义：通常指几公里以内的，可以通过定义：通常指几公里以内的，可以通过 某种介质互联的计算机、打印机、某种介质互联的计算机、打印机、modem 或其它设备的集合。或其它设备的集合。 l 特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输 可靠。可靠。 l 标准（标准（standard）：描述

4、了协议的规定，设）：描述了协议的规定，设 定了最简的性能集。定了最简的性能集。 10 LAN常用设备常用设备 lLAN的设计目标：的设计目标： 运行在有限的地理区域； 允许网络设备同时访问高带宽的介质； 通过局部管理控制网络的权限； 提供全时的局部服务； 连接物理上相邻的设备。 HUB 交换机交换机 路由器路由器 中继器中继器 11 WAN定义和分类定义和分类 l WAN定义：在大范围区域内提供数据通信定义：在大范围区域内提供数据通信 服务，主要用于互连局域网。服务，主要用于互连局域网。 l WAN分类：分类： 公用电话网：PSTN 综合业务数字网：ISDN 数字数据网：E1专线 公用分组交换

5、网：X.25 帧中继：Frame Relay 异步传输模式：ATM 12 WAN交换模式交换模式 l 电路交换：基于电话网的电路交换电路交换：基于电话网的电路交换 优点：时延小、透明传输； 缺点：带宽固定，网络资源利用率低。 l 分组交换：以分组为单位存储转发分组交换：以分组为单位存储转发 优点：多路复用，网络资源利用率高； 缺点：实时性差。 13 WAN常用设备常用设备 l WAN的设计目标：的设计目标： 运行在广阔的地理区域； 通过低速串行链路进行访问； 网络控制服从公共服务的规则； 提供全时的或部分时间的连接； 连接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备。 Modem/CSU/DSU 路由

6、器路由器广域网交换机广域网交换机接入服务器接入服务器 14 常见网络拓扑结构常见网络拓扑结构 l 拓扑结构：拓扑结构： 总线型、星型、树型 环型、网型 15 网络性能指标网络性能指标 l 带宽：描述在一定时间范围内数据从网络的带宽：描述在一定时间范围内数据从网络的 一个节点传送到任意节点的容量，通常用一个节点传送到任意节点的容量，通常用 bit/s表示。表示。 l 以太网带宽：以太网带宽：10Mbit/s、100Mbit/s、 1000Mbit/s等。等。 l 广域网各类服务带宽。广域网各类服务带宽。 l 延迟：描述网络上数据从一个节点传送到另延迟：描述网络上数据从一个节点传送到另 一个节点所

7、经历的时间。一个节点所经历的时间。 16 网络协议网络协议 l 协议是一系列规则和约定的规范性描述协议是一系列规则和约定的规范性描述 l 协议定义了设备间通信的标准协议定义了设备间通信的标准 l 常见协议：常见协议：TCP/IP、X.25、PPP、SLIP、 Frame Relay 我用的 TCP/IP 是的,我也 是,我们可 以通信了 17 网络协议网络协议 l 网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 TCP/IP协议栈 源主机 A目的主机 B 好啊！我刚好也 懂TCP/IP。 请问可以用 TCP/IP和你

8、通 信吗? TCP/IP协议栈 18 标准化组织标准化组织 l 国际标准化组织（国际标准化组织（ISO） l 电子电器工程师协会（电子电器工程师协会（IEEE） l 美国国家标准局（美国国家标准局（ANSI） l 电子工业协会（电子工业协会（EIA / TIA） l 国际电信联盟（国际电信联盟（ITU） l INTERNET架构委员会（架构委员会（IAB） 19 OSI参考模型参考模型 l OSI RM：开放系统互连参考模型（：开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model） l OSI RM 定义了网络中设备所遵守的层次结定义了网

9、络中设备所遵守的层次结 构构 l 分层结构的优点：分层结构的优点： 简化网络的操作 提供设备间兼容性和标准接口 促进标准化工作 结构上可以分隔 易于实现和维护 20 分层体系结构分层体系结构 l 复杂问题简单化复杂问题简单化 l 提供不同厂商之间的提供不同厂商之间的 标准接口标准接口 l 确保互操作性确保互操作性 l 易于学习和操作易于学习和操作 1 1物 理 层 2 2数据链路层 4 4传 输 层 3 3网 络 层 5 5会 话 层 7 7应 用 层 6 6表 示 层 21 OSI七层功能七层功能 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物

10、理层物理层 1 2 3 4 5 6 7提供应用程序间通信提供应用程序间通信 处理数据格式、数据加密等处理数据格式、数据加密等 建立、维护和管理会话建立、维护和管理会话 建立主机端到端连接建立主机端到端连接 寻址和路由选择寻址和路由选择 提供介质访问、链路管理等提供介质访问、链路管理等 比特流传输比特流传输 22 层次间的关系层次间的关系 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 1 2 3 4 5 6 7 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 1 2 3 4 5

11、6 7 底层底层:负责网络负责网络 数据传输数据传输 高层高层:负责主机之负责主机之 间的数据传输间的数据传输 传输介质 23 对等通信对等通信 l 每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。 Host A Host B APDU PPDU SPDU 段段Segment 包包Packet 帧帧Frame 比特比特Bit 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层

12、 物理层物理层 24 数据封装与解封装过程数据封装与解封装过程 主机主机 主机主机 二层交换机二层交换机路由器路由器 Data Data Data 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 TCP IPTCP MAC+LLCDataIPTCP Data Data Data TCP IPTCP MAC+LLCDataIPTCP 10100101110001 10100101110001 25 物理层物理层 l 物理层：定义电压、

13、接口、线缆标物理层：定义电压、接口、线缆标 准、传输距离等准、传输距离等 l 物理层介质：物理层介质： 同轴电缆（coaxial cable）：细缆和 粗缆 双绞线（twisted pair）：UTP、STP 光纤（fiber）：单模、多模 无线（wireless）：红外线、蓝牙Blue Tooth、WLAN技术 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 26 物理层物理层 l 局域网与物理层局域网与物理层 网络设备：中继器、集线器等； 常见接口：10Base-T、100Base-T、100Base-TX/FX、 1000Base

14、-T、1000Base-SX/LX等 l 广域网与物理层广域网与物理层 DTE设备：路由器、终端主机等； DCE设备：广域网交换机、Modem、CSU/DSU等； 常见接口：RS-232、V.24、V.35等。 27 数据链路层数据链路层 l 局域网数据链路层分为局域网数据链路层分为2个个 子层：子层：LLC子层和子层和MAC子层。子层。 l 数据链路层的功能：数据链路层的功能： 物理地址定义 网络拓扑结构 链路参数 差错验证 物理介质访问 流控制（可选） 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 28 MAC/物理地址物理地址

15、lMAC地址有地址有48bit，用，用16进制数表示进制数表示 00e0.fc01.2345 厂商编号厂商编号序列号序列号 24 bits24 bits 00e0.fc01.2345 Rom Ram 29 LAN与数据链路层与数据链路层 l IEEE802标准：定义了系列局域网标准标准：定义了系列局域网标准 IEEE802.1 基本局域网问题 IEEE802.2 定义LLC子层 IEEE802.3 以太网标准 IEEE802.4 令牌总线网 IEEE802.5 令牌环网 l 局域网设备：局域网设备： 以太网交换机 HUB 30 WAN与数据链路层与数据链路层 l WAN数据链路层标准：数据链路

16、层标准： HDLC PPP ISDN X.25 Frame Relay l WAN数据链路层设备：数据链路层设备： Modem、ISDN终端适配器 CSU/DSU、广域网交换机 31 网络层网络层 l 编址和路由编址和路由 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 32 网络地址网络地址 l 网络层地址由两部分地址组成：网络地址和主网络层地址由两部分地址组成：网络地址和主 机地址。网络地址是全局唯一的。机地址。网络地址是全局唯一的。 IP 地址地址 IPX 地址地址 网络地址网络地址 主机地址主机地址 10. 8.2.48 网络地

17、址网络地址 主机地址主机地址 1aceb0b1. 0000.0c00.6e25 33 路由协议与可路由协议路由协议与可路由协议 l可路由协议：可路由协议：IP、IPX l路由协议：路由协议： RIP、OSPF、BGP等等 N2 N1 N1.H1 N1.H2 N2.H1 34 面向连接和无连接的服务面向连接和无连接的服务 l 面向连接的服务：适合延迟敏感性应用面向连接的服务：适合延迟敏感性应用 建立连接 数据传输 断开连接 l 无连接的服务：适合对延迟不敏感的应用无连接的服务：适合对延迟不敏感的应用 无需建立连接 资源动态分配 35 网络层协议操作网络层协议操作 网络层网络层 数据链路层数据链路

18、层 物理层物理层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 应用层应用层 A B C D E Router ARouter BRouter C 36 传输层传输层 l 传输层功能：传输层功能： 分段上层数据； 建立端到端连接； 将数据从一端主机传送到另一 端主机。 l 传输层协议：传输层协议： 主要有TCP/IP协议栈的TCP协 议和UDP协议，IPX/SPX协议 栈的SPX协议等。 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层

19、网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 37 端到端通信端到端通信 应用数据应用数据 WWWFTP 传输数据包传输数据包21102880 1027Data 传输层虚电路传输层虚电路 Host Data 38 流量控制流量控制 l 流量控制的三种方式：流量控制的三种方式： 缓存技术：突发缓存，空闲发送。 源抑制报文：利用ICMP协议向源端发送source quench 报文。 窗口机制：报文中包含窗口字段，用于控制源端一次发 送数据的多少。 39 确认技术确认技术 Send 1,2,3 Acknowledge 4 Send 4,5,6 Acknowledge 4 Send 4,5,6 传输层

20、虚电路传输层虚电路 Host 源源目的目的 Host 40 高层协议高层协议 l 会话层协议：会话层协议： SQL、NFS、RPC等； l 表示层协议：表示层协议： ASCII、MPEG、JPEG等； l 应用层协议：应用层协议： 文字处理、邮件、电子表格等。 应用层应用层 表示层表示层 会话层会话层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 主要功能：主要功能： l主机间通信 l建立、维护、终结应用程序之间的会话 主要功能：主要功能： l定义数据格式与结构 l协商上层数据格式 主要功能：主要功能： l为应用程序进程（比如文字处理、邮件、 电子表格）提供网络服务 41 T

21、CP/IP与与OSI 1 1物 理 层 2 2数据链路层 4 4传 输 层 3 3网 络 层 5 5会 话 层 7 7应 用 层 6 6表 示 层 1 1 物 理 层 2 2 数据链路层 4 4 传 输 层 3 3 网 络 层 5 5应 用 层 42 TCP/IP协议栈协议栈 应用层应用层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 提供应用程序网络接口提供应用程序网络接口 常见协议：常见协议：HTTP、FTP、SMTP、DNS、 TFTP 建立端到端连接建立端到端连接 常见协议：常见协议：TCP、UDP 寻址和路由选择寻址和路由选择 常见协议：常见协议：IP（ICMP、A

22、RP/RARP） 物理介质访问物理介质访问 常见协议：常见协议：Ethernet、PPP、HDLC、 Frame Relay、X.25 定义接口与线缆定义接口与线缆 二进制数据流传输二进制数据流传输 43 TCP/IP协议数据封装协议数据封装 TELNET 23 FTP 20/21 SMTP 25 TFTP 69 TCP/UDP 6/17 IP PACKETS FRAMES BITS 44 应用层协议应用层协议 应用层应用层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 l文件传输文件传输 FTP、TFTP l邮件服务邮件服务 SMTP、POP3 l网络管理网络管理 SNMP

23、 l远程登录远程登录 Telnet l网络服务网络服务 HTTP、DNS、WINS 45 传输层协议传输层协议 应用层应用层 传输层传输层 网络层网络层 数据链路层数据链路层 物理层物理层 lTCP（Transmission Control Protocol） lUDP（User Datagram Protocol） 46 TCP/UDP报文格式报文格式 08162431 16位源端口16位目的端口 32位序列号 32位确认号 URG ACK PSH RST SYN FIN 首部长度 保留(6位)16位窗口大小 16位TCP校验和16位紧急指针 选项 数据 08162431 16位源端口16位

24、目的端口 16位UDP校验和 数据 UDP报文格式报文格式 TCP报文格式报文格式 16位UDP长度 47 端口号端口号 l 传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。 l 套接字（套接字（Socket）IP端口号端口号 HTTPFTPTelnet SMTPDNSTFTP SNMP TCPUDP IP 数 据 包 套 接 字 80 20/212325 53 69161 48 如何使用如何使用TCP端口号端口号 服务器 IP： 主机 Telnet ，目的端口23 102823 源端口 目的端口IP地址 49 TCP三次握手建立连接三次握手建立连接 服务器 主机 SYN (seq=a) SYN (seq=b，acka+1) SYN (seq=a+1，ackb+1) 发送SYN 接收SYN，发 送SYN，ACK 发送SYN， 建立会话 50 滑动窗口滑动窗口 需要修改窗口大小发送数据太快了！ len 1024win4096 len 1024win4096 len 1024win4096 ack 4097win2048 len 1024win4096 len