山东电力网络基础培训网络体系结构物理层

1、网络基础技术培训顾问工程师 马强第一部分 网络基础知识 osi网络模型 tcp/ip网络模型 物理层 数据链路层 网络安全概念 网络安全设计与管理 1、网络体系架构 计算机网络是一个非常复杂的系统，需要解决的问题很多并且性质各不相同。所以，在arpanet设计时，就提出了“分层”的思想，即将庞大而复杂的问题分为若干较小的易于处理的局部问题。 网络体系架构是指网络通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。它广泛采用的是iso在1979年提出的开放系统互联（osi）的参考模型。 层层 ( layer )的概念：的概念： 描述了所有需求的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上

2、的组叫做层 层的优点层的优点： 促进标准化工作,解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题； 1.1 osi 七层模型七层模型 各层间相互独立，把网络操作分成低复杂性单元 网络的不同功能模块（不同层次）分担起不同的职责; 灵活性好。某一层变化不会影响到别层，设计者可专心设计和开发模块功能 .1.1 osi 七层模型七层模型osi 七层网络模型 应用层应用层 表示层表示层 传输层传输层网络层网络层 链路层链路层物理层物理层会话层会话层7654321集线器集线器交换机交换机路由器路由器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理层物理层1234567提供应

3、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对等层通信 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 ahost bapduppduspdusegmentpacketframebit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数

4、据封装过程osi 模式数据流层数据流层传输层传输层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层物理层应用层应用层 (高高) 会话层会话层表示层表示层应用层应用层应用层作用telnet smtphttp ftp用户接口用户接口例子例子应用层应用层telnet smtphttp ftp asciiebcdicjpeg用户接口用户接口数据表示数据表示加密等特殊处理过程加密等特殊处理过程例子例子表示层表示层应用层应用层应用层作用telnethttpasciiebcdicjpeg保证不同应用间的数据区保证不同应用间的数据区分分用户接口用户接口数据表示数据表示加密等特殊处理过程加密等特殊处理过程operatin

5、g system/application access scheduling例子例子会话层会话层表示层表示层应用层应用层应用层作用保证不同应用间的数据区保证不同应用间的数据区分分用户接口用户接口数据表示数据表示加密等特殊处理过程加密等特殊处理过程telnethttpasciiebcdicjpegoperating system/application access scheduling传输层传输层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层物理层例子例子会话层会话层表示层表示层应用层应用层应用层作用数据流层的作用eia/tia-232v.35例子例子物理层物理层 设备间接收或发送比特流设备间接收或发

6、送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等802.3 / 802.2hdlceia/tia-232v.35例子例子数据流层的作用数据链路层数据链路层物理层物理层 将比特组合成字节进而组合成帧将比特组合成字节进而组合成帧 用用mac地址访问介质地址访问介质 错误发现但不能纠正错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等802.3 / 802.2hdlceia/tia-232v.35ipipx例子例子数据流层的作用网络层网络层 数据链路层数据链路层物理层物理层 将比特组合成字节进而组合成帧将比特组合成字节进而组合成帧 用

7、用mac地址访问介质地址访问介质 错误发现但不能纠正错误发现但不能纠正 设备间接收或发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等提供路由器用来决定路径的逻辑寻址提供路由器用来决定路径的逻辑寻址tcpudpspx802.3 / 802.2hdlceia/tia-232v.35ipipx表示层表示层应用层应用层会话层会话层例子例子数据流层的作用 可靠或不可靠的数据传输可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正数据重传前的错误纠正 将比特组合成字节进而组合成帧将比特组合成字节进而组合成帧 用用mac地址访问介质地址访问介质 错误发现但不能纠正错误发现但不能纠正 设

8、备间接收或发送比特流设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等说明电压、线速和线缆等传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层提供路由器用来决定路径的逻辑寻址提供路由器用来决定路径的逻辑寻址1.2 tcp/ip模型的层次结构 应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567应用层传输层网络层网络接口层1234osi参考模型tcp/ip模型网络接口层应用层传输层网络层网络接口层1234tcp/ip模型 负责处理与传输介质相关的细节 物理线路和接口 链路层通信 主要协议 以太网/fddi/令牌环 slip/hdlc/ppp x.25/帧中继/atm网络层应用层传输层

9、网络层网络接口层1234tcp/ip模型 负责将数据包送达正确的目的 数据包的路由 路由的维护 主要协议 ip icmp igmp传输层应用层传输层网络层网络接口层1234tcp/ip模型 负责提供端到端通信 数据完整性校验 差错重传 数据的重新排序 主要协议 tcp udp应用层应用层传输层网络层网络接口层1234tcp/ip模型 负责处理特定的应用程序细节 远程访问 资源共享 主要协议 telnet ftp/tftp smtp/pop3 snmp/http1.3 物理层 物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等。 物理层线缆： 同轴电缆（coaxial cable）：细缆和粗缆 双绞线

10、（twisted pair）：utp、stp 光纤（fiber） 无线电波（wireless radio）：无线局域网wlan 局域网与物理层 线缆标准：10base-t、100base-t、100base-tx/fx、1000base-t、1000base-sx/lx； 网络设备：中继器、集线器等。 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。 描述了如何向广域网的服务提供电气、机械、运行和功能的连接 dte和dce之间的接口 eiatia232 eiatia449 eiatia61

11、2613 v.24 v.35 g.703eia-232-e接口标准 eia-232-e是美国电子工业协会eia制定的著名物理层标准。 eia-232是dte与dce之间的接口标准。dce与dte dte (data terminal equipment)是数据终端设备。数据电路端接设备dce (data circuit-terminating equipment)。dce的作用就是在dte和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。dte通过dce与通信传输线路相连。dtedcedce串行比特传输用户环境通信环境用户设施通信设施dte用户设施用户环境eia-

12、232/v.24接口eia-232/v.24接口1.3.1 物理层常用介质非屏蔽双绞线 utp屏蔽双绞线 stp同轴电缆 光 缆同轴电缆同轴电缆： （ 10m 带宽 ）绝缘线包裹着中央铜导体的电缆线，它的特点就是抗干扰能力好，传输数据稳定，价格也便宜，同样被广泛使用，如闭路电视线等 .细缆，传输距离185米粗缆，传输距离500米物理层常用介质rj-45 连接器连接器188线对线对4 r41234567线对线对t 代表发送代表发送r 代表接收代表接收线对线对2 t2线对线对2 r2线对线对3 t3线对线对1 r1线对线对1 t1线对线对3 r3线对线对4 t4针针 双绞线物理层常用介质utp:

13、(unshield twisted pair): 非屏蔽双绞线，最大传输距离100米，经常使用；stp: (shield twisted pair):屏蔽双绞线, 应用特殊场合，造价高，实施困难屏蔽和非屏蔽主要区别是抗干扰能力。stp的双绞线内有一层金属隔离膜，在数据传输时可减少电磁干扰，所以它的稳定性较高。而utp内没有这层金属膜，所以它的稳定性较stp差，但它的优势就是价格便宜 。物理层常用介质 1类双绞线：使用普通的utp电话线，只能运载声音信号2类双绞线：保证数据传输速率可以最高可以达到4mbps3类双绞线：保证数据传输速率可以最高可以达到10mbps4类双绞线：保证数据传输速率可以最

14、高可以达到16mbps5类双绞线：保证数据传输速率可以最高可以达到100mbps超5类双绞线:保证数据传输速率可以最高可以达到1000mbps 6类双绞线: 保证数据传输速率可以最高可以达到1000mbps物理层常用介质光纤 昂贵的传输媒介 不受电信号的干扰 使用于长距离、高速率的信号传输一般用作传输主干，例如楼层之间或者建筑物之间光纤电缆有两种类型：即单模光纤和多模光纤光纤电缆有两种类型：即单模光纤和多模光纤。 单模光纤单模光纤：主要用于长距离通信主要用于长距离通信，其芯直径为8 1 0 um，芯的直径比多模光纤小。在给定的时间中，只能有一束光在光纤中传输。单模光纤使用的通信信号是激光。激光

15、光源激光光源包含在发送方发送接口中，由于带宽相当大，所以能够以很高的速度进行长距离传输。 多模光纤多模光纤：在传输距离上没有单模光纤那么长在传输距离上没有单模光纤那么长，,因为其可用的带宽较小，光源也较弱。对于多模光纤，在传输时使用的光源光源为为l e dl e d，该设备位于发送结点的网络接口中。 光纤类型光纤类型光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光波通信的波长范围光波通信的波长范围8 5 0 n m、(多模，短距离）1 3 0 0 n m、1 5 5 0 n m（单模，长距离）常用的光纤芯直径尺寸常用的光纤芯直径尺寸50um / 6 2 .

16、5um （多模光纤）810um (单模光纤）光纤基本参数1.3.2 同步光纤网 sonet 和同步数字系列 sdh sonet为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构，其传输速率以51.84mb/s为基础，大约对应于t3/e3的传输速率，此速率对电信号称为第1级同步传送信号（sns-1），对光信号则称为第1级光载波（oc-1） 现已定义了从51.84mb/s（ 即oc-1 ）一直到9953.280mb/s(即oc-192/sts-192)的标准。同步数字系列 sdh itu-t（国际电信联盟远程通信标准化组 ） 以美国标准 sonet 为基础，制订出国际标准同步数字系列 sdh (syn

17、chronous digital hierarchy)。即1988年通过的g.707-g.709,一般可认为 sdh 与 sonet 是同义词。 sdh 的基本速率为 155.52 mb/s，称为第 1 级同步传递模块 (synchronous transfer module)，即 stm-1，相当于 sonet 体系中的 oc-3 速率。 线路速率(mb/s)sonet符号itu-t符号表示线路速率的常用近似值 51.840oc-1/sts-1 155.520oc-3/sts-3stm-1155 mb/s 466.560oc-9/sts-9stm-3 622.080oc-12/sts-12s

18、tm-4622 mb/s 933.120oc-18/sts-18stm-61244.160oc-24/sts-24stm-82488.320oc-48/sts-48stm-162.5 gb/ssonet 的 oc 级/sts 级与 sdh 的 stm 级的对应关系 sonet 标准定义了四个光接口层 光子层(photonic layer) 处理跨越光缆的比特传送。 段层(section layer) 在光缆上传送 sts-n 帧。 线路层(line layer) 负责路径层的同步和复用。 路径层(path layer) 处理路径端接设备 pte (path terminating elemen

19、t)之间的业务的传输。 sonet 的体系结构 光子层路径层线路层段层线路 (line)光子层路径层线路层段层光子层线路层段层光子层段层光子层线路层段层光子层段层sdh终端sdh终端复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器段段段路径 (path)(section)(section)(section)1.3.3 dsl技术基础 dsl(digital subscriber line数字用户专线)技术是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，属于专线上网方式。dsl包括adsl、radsl、hdsl和vdsl等等。

20、 dsl技术分为对称dsl技术和非对称dsl技术。 对称dsl技术主要用于替代传统t1/e1接入技术，与传统的t1/e1接入相比，dsl技术具有对线路质量要求低、安装调试简便等特点，而且通过复用技术，还可以提供语音、视频与数据多路传送等服务。目前，对称dsl技术主要hdsl、sdsl、mvl及idsl等几种。 对称dsl技术 hdsl（高比特率dsl）是目前众多dsl技术中较为成熟的一种，并已得到了一定程度的应用。这种技术的特点是利用两对双绞线实现数据传输，支持n64kbps各种速率，最高可达e1速率。hdsl无需借助放大器即可实现3.6公里以内的正常数据传输。与传统t1/e1技术相比，hds

21、l最突出的优势是部署成本低廉、安装简便，是t1/e1较为理想的替代技术之一。 对称dsl技术 sdsl（单线dsl）是hdsl的单线版本，可提供双向高速可变比特率连接，速率范围从160kbps到2.084mbps。sdsl利用单对双绞线，可支持最高达e1速率的多种连接速率，在0.4mm双绞线上的最大传输距离可达3公里以上。与hdsl相比，sdsl可节省一对双绞线，因而部署更为简单方便。 对称dsl技术 mvl（多路虚拟dsl）是paradyne公司开发的低成本dsl传输技术，能够利用一对双绞线实现高速数据接入，部署成本及功耗都相对较低，并可进行高密度安装，能够利用与isdn技术相同的频率段，有

22、效传输距离可达7公里左右。 idsl（isdn数字用户线）通过在用户端使用isdn终端适配器和在另一端使用与isdn兼容的接口卡，idsl可以提供128kbps的服务。它与isdn的最大区别在于idsl的数据交换不通过交换机。 对称dsl技术 非对称非对称dsl技术技术 非对称dsl技术适用于对双向带宽要求不一致的应用，诸如web浏览、多媒体点播及信息发布等，非对称dsl技术主要有adsl、radsl及vdsl等。 非对称dsl技术 adsl（非对称dsl）能够在现有电话双绞线上提供高达8mbps的高速下行速率，及1mbps的上行速率，有效传输距离可达3至5公里。adsl能够充分利用现有pstn电话网络，只须在线路两端加装adsl设备即可为用户提供高速宽带服务，无需重新布线，因而可极大地降低服务成本。 非对称dsl技术 radsl（速率自适应dsl）允许服务供应商根据实际带宽需求情况调整连接带宽，