项目三 网络体系结构

1、项目三项目三 网络体系结构网络体系结构课程目标课程目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：u了解网络协议的基本概念u理解网络体系结构分层的原则u理解通信信息流动过程u掌握计算机网络的定义u掌握OSI/RM各层的基本功能u掌握流量控制技术u掌握路由选择技术u掌握TCP/IP各层对应的协议u能总结OSI/RM与TCP/IP的区别u能根据网络需要进行流量控制u能区分静态路由和动态路由u能利用Packet Tracer分析ARP协议目录目录u任务一 认识网络体系结构u任务二 认识OSI/RM参考模型u任务三 认识TCP/IP协议u任务四 利用PT软件分析ARP协议u习题与实验本任务要点

2、本任务要点 掌握OSI参考模型的结构和各层功能。 了解网络体系结构分类、功能特点。掌握TCP/IP体系结构的层次和功能。 掌握IP地址管理和子网划分的方法。 网络通信网络通信 通信的概念v通信，指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另方。塞缪尔莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，1791年4月27日-1872年4月2日)是一名享有盛誉的美国画家、电报之父。亚历山大贝尔是一位美国发明家和企业家。他获得了世界上第一台可用的电话机的专利权（

3、发明者为意大利人安东尼奥梅乌奇），创建了贝尔电话公司（AT&T公司的前身）。其被世界誉为“电话之父”。世界上第一台计算机世界上第一台计算机ENIAC早期的计算机系统通信早期的计算机系统通信数据信息和数据通信数据信息和数据通信v数据信息 数据是信息的载体，它是客观事实、概念或图像等用于通信的一种形式化的表现。v数据通信 简单地说，数据通信就是将数据信息通过适当的传输线路从一台机器传送到另一机器。8 数据传输方式数据传输方式v 基带传输 所谓基带就是电信号所固有的基本频率。例如，电视信号的基本频带为0-6MHz，数字信号的基本频带为零至若千兆赫兹，由传输速率而定。当利用数据传输系统直接传输

4、基带信号时，则称之为基带传输。v 频带传输 所谓频带传输，就是利用调制器把二进制信号调制成能在公共电话线上传输的音频信号（模拟信号），将音频信号在传输介质中传送到接收端后，再经过解调器的解调，把音频信号还原成二进制的电信号。v 宽带传输 宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。使用这种宽频带进行传输的系统，称为宽带传输系统。9 网络通信要素网络通信要素v通信的目的是传送消息（message）。数据（data）是运送消息的实体。信号（signal）则是数据的电气的或电磁的表现。第一个要素是消息来源，即发送方。第二个通信要素是消息的目的地址，即接收方。第三个要素称为通道，包括提供消息

5、传送途径的介质。通信的三个要素：我们把打电话的过程设置为通信过程我们把打电话的过程设置为通信过程发送方接收方传输介质满足了三要素，是否能进行网络通信？满足了三要素，是否能进行网络通信？啥意思？所以，我们还应对数据进行编码那么，编码完成，是否能进行网络通信呢那么，编码完成，是否能进行网络通信呢？通信之前，还应该设计通信策略！消息分段主要有两个优点：消息分段主要有两个优点：v首先，通过从源设备向目的设备发送一个个小片段，就可以在网络上交替发送许多不同会话。v第二，分段可以增强网络通信的可靠性。每个消息的独立片段无需经过网络中的同一条路径从源设备传送到目的设备。因此，如果某条路径因数据流量过大或故障

6、而堵塞，仍可以使用备用路径将各个消息片段转发到目的设备。如果有部分消息未能传送到目的，则只需重新传输丢失的部分。报文交换报文交换v不要求在两个通通信结点之间建立专用通路。结点把要发送的信息组织成一个数据包报文，该报文中含有目标结点的地址，完整的报文在网络中一站一站地向前传送。图 2.1 网络传输介质网络传输介质v双绞线v同轴电缆v光纤v无线电波v微波v红外线v激光选择数据传输介质选择数据传输介质v吞吐量v成本v尺寸和可扩展性v中间设备v抗噪性 网络协议网络协议v为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。标准化组织标准化组织v ISO（国际标准化组织International O

7、rganization for Standardization）v CCITT（国际电报电话咨询委员会International Telephone and Telegraph Consultative Committee）v ECMA（欧洲计算机制造商协会）v ANSI（美国全国标准协会American National Standards Institute）v IEEE（电气和电子工程师协会Institute of Electrical and Electronic Engneers）v EIA（电子工业协会Electronic Industries Association）v 国家标准

8、和技术协会(NIST，National Institute of Standards and Technology)v 国际商用机器公司(IBM，International Business Machine)2.3 网络体系结构概述网络体系结构概述v网络体系结构是指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。它广泛采用的是国际标准化组织（ISO）在1979年提出的开放系统互连（OSI-Open System Interconnection)的参考模型。 计算机网络体系机构的形成计算机网络体系机构的形成v阿帕网为美国国防部高级研究计划署开发的世界上第一个运营的封包交换网

9、络，它是全球互联网的始祖。3. 1 没有协议就没有网络，每一种计算机网络都有一套协议支持着。由于计算机网络的种类多，所以协议的种类也很多。 所有协议的目的和功能是一样的，都是保证网络上的信息能畅通无阻、准确无误地传输到目的地。网络协议的重要性： 1.网络协议任务一任务一 认识网络体系结构认识网络体系结构 v网络协议定义 网络协议是计算机间交流的语言，为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。通过通信设备和通信线路连接起来的计算机要做到有条不紊地进行数据通信，交流什么、怎样交流及何时交流都必须遵循事先约定的、都能接受的一组规则。 网络协议包括三要素：语法、语义和时序。 网络协议的

10、网络协议的3 3要素：语法、语义和同步要素：语法、语义和同步 （Syntax）:规定通信双方“如何讲”，确定数据与控制信息的结构、格式、信号电平等，一般以二进制形式表示。 （Semantics）:规定通信双方“讲什么”，确定协议元素的种类，即需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。 （Timing）:包括速度匹配和排序等，即事件实现顺序的详细说明。任务一任务一 认识网络体系结构认识网络体系结构v 计算机网络定义计算机网络定义 计算机网络是将分布在不同地理位置上的多个具有独立功能的计算机网络是将分布在不同地理位置上的多个具有独立功能的计算机，利用通信设备和通信线路连接起来，在网络系统软

11、件和通计算机，利用通信设备和通信线路连接起来，在网络系统软件和通信协议的控制下，实现信息传递、资源共享的计算机系统。信协议的控制下，实现信息传递、资源共享的计算机系统。 1 1、从物理结构上看从物理结构上看 独立功能的计算机独立功能的计算机 终端设备终端设备 数据传输设备数据传输设备 2 2、从应用和资源共享上看、从应用和资源共享上看 相互共享相互共享 共同完成某项任务共同完成某项任务任务一任务一 认识网络体系结构认识网络体系结构v 网络体系结构网络体系结构 网络体系结构是指用分层研究方法定义的网络各层的功能、网络体系结构是指用分层研究方法定义的网络各层的功能、各层协议和接口的集合。各层协议和

12、接口的集合。 任务一任务一 认识网络体系结构认识网络体系结构v 分层原则分层原则 1 1、功能划分、功能划分 2 2、数目适当、数目适当 3 3、接口清晰、接口清晰v 分层优点分层优点 1 1、各层之间相互独立。、各层之间相互独立。 2 2、网络结构清晰，灵活性好。、网络结构清晰，灵活性好。 3 3、各层都可以采用最合适的技术来实现，不会影响其它层。、各层都可以采用最合适的技术来实现，不会影响其它层。 4 4、便于实现和维护。、便于实现和维护。 5 5、有利于促进标准化。、有利于促进标准化。 （2）层次结构的优点 各层之间相互独立，复杂程度下降。 结构上可分隔开:各层都可以采用最合适的 技术来

13、实现。 易于实现和维护:系统已被分解为若干个相 对独立的子系统。 灵活性好:一层发生变化其他各层不受影响 能促进标准化工作:每一层的功能及所提供的 服务都有精确的说明。 3. 3. 选择通信协议的原则选择通信协议的原则所选择的协议要与网络结构和功能相一致。除特殊情况外，一个网络应该尽量只选择一种 通信协议。 每个版本的协议都有它最适合的网络环境。 两台实现互连的计算机之间进行通信，它们使 用的通信协议必须相同。 4. 4. 接口和服务接口和服务 正是通过接口和服务将各层的协议连接为整体，完成网络通信的全部功能。5. 5. 数据单元数据单元 上下层实体之间交换的数据传输单元称为数据单上下层实体之

14、间交换的数据传输单元称为数据单元，数据单元分三种。元，数据单元分三种。 协议数据单元1 接口数据单元2 服务数据单元3 协议数据单元（协议数据单元（PDU） 是在不同系统的对等层实体之间根据协议所交换的数据单位。n层的PDU通常表示为（n）PDU。包括该层用户数据和该层的协议 控制信息（PCI，Protocol Control Information） 接口数据单元（接口数据单元（IDU）由两部分组成：一部分是经过层间接口的PDU本身，另一部分是接口控制信息（ICI，Interface Control Information）。ICI是对PDU怎样通过接口的说明，仅PDU通过接口是有用。是在同

15、一系统的相邻两层实体通过接口所交换的数据单元。服务数据单元（服务数据单元（SDU）是为了实现上一层实体请求的功能，下层实体服务所需设置的数据单元。v一个就是一个服务所要传送的逻辑数据单位。6. 6.网络体系结构网络体系结构网络体系结构的概念1 网络体系结构的功能 2 网络体系结构的特点 3网络体系结构的种类4 网络体系结构的概念网络体系结构的概念v计算机网络各层、对等进程通信的协议的集合称为，它是计算机网络及其部件所应完成功能的比较精确的定义。从功能的角度描述计算机网络的结构。v体系结构只定义网络及其部件通过协议应当完成的功能，不定义协议的实现细节和各层协议之间的接口关系。网络体系结构的功能网

16、络体系结构的功能v1、连接源节点和目的节点的物理传输线路，可以经过中间节点。v2、每条线路两端的节点应当进行二进制通信。v3、保证无差错的信息传送。v4、多个用户共享一条物理线路。v5、路由选择。网络体系结构的特点网络体系结构的特点v1、以功能作为划分层次的基础。v2、第N层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第N-1层提供的服务。v3、第N层在向第N+1层提供的服务时，所提供的服务不仅包含第N层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。网络体系结构的种类网络体系结构的种类 网络体系结构分为开放式开放式和专用专用网络体系结构两种。vISO的OSI/RMv美国国防部的TCP/IPvIBM的SNA

17、vDEC的DNA任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型 v OSIOSI三级抽象三级抽象 1 1、体系结构（、体系结构（ArchitectureArchitecture） 2 2、服务定义（、服务定义（Service DefinitionService Definition） 3 3、协议规范（、协议规范（Protocol SpecificationProtocol Specification任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RMOSI/RM OSI/RMOSI/RM也就是也就是OSIOSI体系结构，定义了一个七层模型。体系结构，定义了一个七层模型。 任

18、务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RMOSI/RM中系统间的通信信息流动过程中系统间的通信信息流动过程 OSI/RMOSI/RM中系统间的通信信息流动分为两个过程：封装和解封装。中系统间的通信信息流动分为两个过程：封装和解封装。 任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RM OSI/RM 物理层物理层 功能：完成相邻节点之间原始比特流的传输。功能：完成相邻节点之间原始比特流的传输。 传输基本单位：比特。传输基本单位：比特。 特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 任务二任务二 认识认识OSI/RM

19、参考模型参考模型v OSI/RM OSI/RM 数据链路层数据链路层 功能：在不可靠的物理线路上进行可靠的数据传输功能：在不可靠的物理线路上进行可靠的数据传输 。 传输基本单位：帧传输基本单位：帧 。 基本任务：链路管理基本任务：链路管理 、帧的装配与分解、帧的装配与分解 、流量控制、流量控制 、差错控制、差错控制任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RM OSI/RM 网络层网络层 功能：支持网络连接的实现功能：支持网络连接的实现 。 传输基本单位：分组或包传输基本单位：分组或包 。 基本任务：路由选择基本任务：路由选择 、分段和组块、分段和组块 、流量控制、流量控制

20、 、差错的检测和、差错的检测和 恢复恢复 。任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RM OSI/RM 传输层传输层 功能：完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据通信功能：完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据通信 。 传输基本单位：报文传输基本单位：报文 。 基本任务：按端口号寻址、连接管理、流量控制和差错处理基本任务：按端口号寻址、连接管理、流量控制和差错处理 。任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RM OSI/RM 会话层会话层 功能：允许不同主机上的用户之间建立会话关系功能：允许不同主机上的用户之间建立会话关系 。 传输基本单

21、位：报文传输基本单位：报文 。 基本任务：基本任务： 1 1、将会话地址映射为传输地址。、将会话地址映射为传输地址。 2 2、选择需要的运输服务质量参数、选择需要的运输服务质量参数(QOS)(QOS)。 3 3、对会话参数进行协商。、对会话参数进行协商。 4 4、识别各个会话连接。、识别各个会话连接。 5 5、传送有限的透明用户数据。、传送有限的透明用户数据。 任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RM OSI/RM 表示层表示层 功能：负责处理通信双方之间的数据表示问题功能：负责处理通信双方之间的数据表示问题 。 传输基本单位：报文传输基本单位：报文 。 基本任务：基

22、本任务： 1 1、数据转换和格式转换、数据转换和格式转换 2 2、语法选择、语法选择 3 3、数据加密与解密、数据加密与解密 4 4、数据压缩与解压缩、数据压缩与解压缩 任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v OSI/RM OSI/RM 应用层应用层 功能：面向用户，是计算机网络和最终用户的界面功能：面向用户，是计算机网络和最终用户的界面 。 传输基本单位：报文传输基本单位：报文 。 基本任务：应用层的协议在基本任务：应用层的协议在OSIOSI模型中并没有定义，但是，有些确模型中并没有定义，但是，有些确定的应用层协议，如虚拟终端、文件传输和电子邮件等可满足一般定的应用层协议，如虚

23、拟终端、文件传输和电子邮件等可满足一般的网络需求。的网络需求。任务二任务二 认识认识OSI/RM参考模型参考模型v 流量控制技术流量控制技术 控制数据在两个节点间的交换速率，合理分配网络资源，以免控制数据在两个节点间的交换速率，合理分配网络资源，以免数据丢失。数据丢失。 1 1、停止等待协议、停止等待协议 发送节点在发送完一个数据帧后，必须等待接收节点发送回来发送节点在发送完一个数据帧后，必须等待接收节点发送回来的应答。的应答。 2 2、滑动窗口协议、滑动窗口协议 接收者向发送者通知接收端可用缓冲区空间的方式改善数据流接收者向发送者通知接收端可用缓冲区空间的方式改善数据流。 任务二任务二 认识

24、认识OSI/RM参考模型参考模型v 路由选择技术路由选择技术 网络中的节点根据通信网络的情况，按照一定的策略选择从源网络中的节点根据通信网络的情况，按照一定的策略选择从源节点向目的节点传输信息的最佳路径。节点向目的节点传输信息的最佳路径。 按照所使用的路由协议不同，路由表大致有如下分类。按照所使用的路由协议不同，路由表大致有如下分类。 1 1、静态路由表、静态路由表 2 2、动态路由表、动态路由表 任务三任务三 认识认识TCP/IP协议协议 v TCP/IPTCP/IP协议概述协议概述 TCP/IP TCP/IP协议（协议（Transmission Control Protocol/Inter

25、net Transmission Control Protocol/Internet ProtocolProtocol），全称，全称传输控制协议传输控制协议/ /因特网互联协议，是因特网互联协议，是InternetInternet最最基本的协议，共分为四层，自下而上分别为网络接口层、网际层、基本的协议，共分为四层，自下而上分别为网络接口层、网际层、传输层和应用层。传输层和应用层。 任务三任务三 认识认识TCP/IP协议协议v TCP/IPTCP/IP协议协议- -网络接口层网络接口层 网络接口层与网络接口层与OSIOSI的物理层和数据链路层相对应，负责管理设备的物理层和数据链路层相对应，负责管

26、理设备和网络之间的数据交换。和网络之间的数据交换。 任务三任务三 认识认识TCP/IP协议协议v TCP/IPTCP/IP协议协议- -网际层网际层 与与OSIOSI的网络层相对应，负责管理不同的设备之间的数据交换。的网络层相对应，负责管理不同的设备之间的数据交换。 1 1、IPIP协议：使用协议：使用IPIP地址确定发送端与接收端，提供端到端的数据地址确定发送端与接收端，提供端到端的数据传输。传输。 2 2、ICMPICMP协议协议：处理路由，协助处理路由，协助IPIP层实现报文传送的控制机制，提供层实现报文传送的控制机制，提供错误和信息报告。错误和信息报告。 3 3、ARPARP协议协议：

27、将网络层地址转换成数据链路层地址。将网络层地址转换成数据链路层地址。 4 4、RARPRARP协议协议：将数据链路层地址转换成网络层地址。将数据链路层地址转换成网络层地址。 任务三任务三 认识认识TCP/IP协议协议v TCP/IPTCP/IP协议协议- -传输层传输层 传输层与传输层与OSIOSI的传输层相对应，它在的传输层相对应，它在IPIP协议的上面，以确保所有协议的上面，以确保所有传送到某个系统的数据正确无误地到达该系统。传送到某个系统的数据正确无误地到达该系统。 1 1、TCPTCP协议协议: :通过三次握手建立连接，提供面向连接的可靠数据传通过三次握手建立连接，提供面向连接的可靠数

28、据传输服务输服务。 2 2、UDPUDP协议：采用无连接的数据报传送方式，提供不可靠的数据传协议：采用无连接的数据报传送方式，提供不可靠的数据传送。送。 任务三任务三 认识认识TCP/IP协议协议v TCP/IPTCP/IP协议协议- -应用层应用层 应用层与应用层与OSIOSI的上三层相对应，为各种应用程序提供使用的协的上三层相对应，为各种应用程序提供使用的协议。议。 1 1、HTTPHTTP超文本传输协议：用来访问在超文本传输协议：用来访问在WWWWWW服务器上的页面信息。服务器上的页面信息。 2 2、FTPFTP文件传输协议：用来实现计算机之间的文件复制。文件传输协议：用来实现计算机之间

29、的文件复制。 3 3、SMTPSMTP简单邮件传输协议：用于电子邮件的发送。简单邮件传输协议：用于电子邮件的发送。 4 4、TELNETTELNET远程终端协议：实现互联网中的终端登录到远程服务器远程终端协议：实现互联网中的终端登录到远程服务器的能力。的能力。 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议 v 实训原理实训原理 1 1、ARPARP协议协议 通过目的方的通过目的方的IPIP地址，查询目的方的地址，查询目的方的MACMAC地址，以保证通信的顺利进地址，以保证通信的顺利进行。行。 2 2、ARPARP报文格式报文格式硬件类型（值为1）协议类型（值为0800H）硬件长度（

30、值为6）协议长度（值为4）操作：请求为1，响应为2发送MAC地址（6字节）发送IP地址（4字节）目的方MAC地址（6字节）目的方IP地址（4字节）任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训原理实训原理 3 3、ARPARP缓存表缓存表 IP地址MAC地址类型1C-6F-65-7E-0F-19静态1C-6F-65-69-3A-12动态1C-6F-65-56-EF-D3动态arp -a arp -a 查看查看ARPARP缓存表的内容；缓存表的内容；arp -d arp -d 删除删除ARPARP缓存表的所有内容；缓存表的所有内容

31、；arp -d+arp -d+空格空格+ 删除指定删除指定IPIP地址的记录；地址的记录；arp -s arp -s 指定指定IPIP地址与地址与MACMAC地址的对应关系为地址的对应关系为“静态静态” ” 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训环境实训环境 1 1、packet tracer 5.3.3packet tracer 5.3.3 2 2、交换机、交换机1 1台，计算机台，计算机4 4台台 3 3、直通线、直通线4 4根根 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训内容实训内容 1 1、搭建网络环境、搭建网络环境 2 2、查看、查看A

32、RPARP高速缓存表高速缓存表 3 3、选中、选中1 1台源主机发送台源主机发送ARPARP请求，分析获取请求，分析获取MACMAC的过程的过程 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训步骤实训步骤 1 1、使用直通线将一台交换机、使用直通线将一台交换机S1S1，与四台，与四台PCPC互连，互连，PCPC的的IPIP地址分别地址分别为为PC0PC0（）、）、PC1PC1（）、）、PC2PC2（）、）、PC3PC3（19

33、）。）。 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训步骤实训步骤 2 2、打开、打开PC0PC0，在命令行下运行，在命令行下运行“arp -a”arp -a”命令，查看命令，查看ARPARP缓存表。缓存表。 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训步骤实训步骤 3 3、切换到模拟模式，打开捕获窗口设置过滤条件（提取、切换到模拟模式，打开捕获窗口设置过滤条件（提取ARPARP、ICMPICMP）并进行数据捕获。）并进行数据捕获。 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训步骤实训步骤 4 4、在、在PC0PC0（）上）上ping PC1ping PC1（）。）。 任务四任务四 利用利用PT软件分析软件分析ARP协议协议v 实训步骤实训步骤 5 5、数据到达交换机、数据到达交换机S1S1，由于交换机为二层设备，因此能够识别由于交