《路由与交换技术》课件-第一章：OSI模型和以太网

路由与交换技术—网络互连技术应用目

录OSI模型与以太网1思科路由器操作与配置3TCP/IP简介2实训项目9IP路由4交换技术6广域网8访问控制列表7OSPF协议51.1网际互连模型的分层方法及优点1.2OSI参考模型1.3以太网组网1.4数据封装1.5Ciscopackettracer6.0的使用实验1、实验2第一章：OSI模型和以太网

在当今这个时代，人们的通信交流、信息获取都几乎很难离得开互联网，大家使用不同品牌、不同操作系统、甚至是不同种类的设备就可以进行相互沟通，这些大大小小的设备是如何达成默契，使得通信双方的数据能够得以传输和接收呢？答案就在于网络中所使用的这些设备在设计制造时都遵循了同一种规则，也就是我们本章所要谈及的OSI参考模型。第一章：OSI模型与以太网

1.1网际互连模型的分层方法及优点OSI模型的创建是为了帮助供应商根据协议来构建可互操作的网络设备和软件，以便不同供应商的网络能够互相协同工作。OSI模型是为网络而构建的最基本的层次结构模型。它描述了数据和网络信息怎样从一台计算机的应用程序，经过网络介质，传送到另一台计算机的应用程序。1.1.1分层的方法参考模型是一种概念上的蓝图，描述了通信是怎样进行的。它解决了实现有效通信所需要的所有过程，并将这些过程划分为逻辑上的组，称为层。当一个通信系统以这种方式进行设计时，就称为是分层的体系结构。理解：同一件事情可分成多个步骤，每个步骤都要完成这件事情的某一子任务，这些步骤可类比为层，层的功能就是完成子任务。当整件事情出现问题时，可根据哪个子任务出现问题，找到相应的步骤（层），检查其正确性。1.1.2参考模型的优点将网络的通信过程划分为小一些、简单一些的部件，因此有助于各个部件的开发、设计和故障排除。通过网络组件的标准化，允许多个供应商进行开发。通过定义在模型的每一层实现什么功能，鼓励产业的标准化。允许各种类型的网络硬件和软件相互通信。防止对某一层所做的改动影响到其他的层，这样就有利于开发。1.2OSI参考模型OSI参考模型有7层：应用层（第7层，Applicationlayer）

表示层（第6层，Presentationlayer）

会话层（第5层，Sessionlayer）

传输层（第4层，Transportlayer）

网络层（第3层，Networklayer）

数据链路层（第2层Datalinklayer）

物理层（第1层，Physicallayer)1.2OSI参考模型OSI参考模型分层功能应用层文件，打印，消息，数据库和应用服务表示层数据加密，数据压缩，以及数据翻译会话层会话控制，负责建立、管理、和终止表示层试实体之间的会话连接传输层端到端的连接网络层负责设备的寻址，跟踪网络中设备的位置数据链路层提供数据的物理传输，并处理出错通知、网络拓扑和流量控制物理层发送和接收比特流以太网采用竞争型的介质访问方法，允许网络上的所有主机共享同一条链路的带宽。以太网采用带冲突检测的载波侦听多路访问(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect，CSMA/CD)技术，这是一种介质访问控制方法，用来帮助网络上的设备均匀地分享带宽，而不会使两台设备同时在网络介质上传送数据。1.3以太网组网在以太网中，当发生冲突时：

Jam信号会让所有设备都知道发生了冲突。冲突会激活随机退避算法。以太网网段中的每台设备都会等待一小段时间，直到定时器到期。定时器到期后，所有主机重新发送数据的机会是均等的。1.3以太网组网半双工：使用一对电缆线，数字信号在线路上是双向传输的。采用CSMA/CD协议，以防止产生冲突。典型举例：一台集线器连接到交换机，集线器工作在半双工方式。全双工：使用两对电缆线，在发送设备的发送方和接收设备的接收方之间采用点到点的连接，这意味着在全双工方式下，可以得到更高的数据传输速率。由于发送数据和接收数据是在不同的电缆线上完成的，因此不会产生冲突。典型举例：交换机到主机的连接交换机到交换机的连接使用交叉电缆的从主机到主机的连接1.3.1半双工和全双工以太网1.3.2以太网的数据链路层以太网寻址：它采用介质访问控制(MAC)地址进行寻址，MAC地址被烧入每个以太网网卡中。MAC地址也叫硬件地址，它采用48位(6字节)的十六进制格式。格式如左图所示。Ethernet帧前导(Preamble)：它采用交替为1和0的模式，在每个数据包的起始处提供5MHz的时钟信号，以允许接收设备锁定进入的比特流。帧起始定界符/同步(startFrameDelimiter，SFD/synch)：前导为7字节，SFD为1字节(Synch)。SFD为10101011，这里的最后一对1允许接收者进入中间某处的交替0、1模式中，却仍然能够同步并检测到数据的开始。目的地址(DestinationAddress，DA)：它首先使用最低有效位(LSB)传送48位值。接收方站点使用DA来决定一个进入的数据包是否被送往特定的节点。目的地址可以是单独的地址，或者是广播或组播MAC地址。记住，广播地址为全1(十六进制形式为全F)并被送往所有设备，但组播地址只被送往网络中节点的同类子集。Ethernet帧源地址(sourceAddress，SA)：SA是48位的MAC地址，用来识别发送没备，它首先使用LSB。在SA字段中，广播和组播地址格式是非法的。长度(Length)或类型(Type)：802.3使用长度字段，但Ethernet帧使用类型字段来识别网络层的协议。802.3不能识别上层协议，且必须与专用的LAN(比如IPX)一起使用。数据(Data)：这是从网络层传送到数据链路层的数据包。它的大小可以在46-1500字节之间变化。帧校验序列(FrameCheckSequence，FCS)：FCS是位于帧末尾的字段，它用来存放循环冗余校验(CRC)。Ethernet帧1.3.3以太网物理层其物理介质(也叫传输介质)可以是同轴电缆、双绞线和光缆。1.3.4以太网电缆的连接应用：主机到交换机或集线器路由器到交换机或集线器直通电缆1.3.4以太网电缆的连接应用：交换机到交换机集线器到集线器主机到主机集线器到交换机路由器直连到主机交叉电缆1.3.4以太网电缆的连接应用：从主机到路由器控制台串行通信(com)端口的连接反转电缆当主机跨越网络向其他设备传输数据时，就要进行数据封装，就是在OSI模型的每一层加上协议信息。每一层只与接收设备上相应的对等层进行通信。为了实现通信并交换信息，每一层都使用协议数据单元(ProtocolDataUnit，PDU)。在模型中的每一层，这些含有控制信息的PDU被附加到数据上。它们通常被附加到数据字段的报头中，但它们也可以被附加在数据字段的报尾中。在OSI模型的每一层，通过封装使每个PDU被附加到数据上，而且每个PDU都有特定的名称，其名称取决于在每个报头中所提供的信息。这种PDU信息只能由接收方设备中的对等层读取，在读取之后，报头就被剥离，然后把数据交给上一层。1.4数据封装1.4数据封装在发送方设备中，数据封装的过程如下：

用户信息转换为数据，以便在网络上传输。

数据转换为数据段，并在发送方和接收方主机之间建立一条可靠的连接。数据段转换为数据包或数据报，并在报头中放上逻辑地址，这样，每一个数据包都可以通过互联网络进行传输。数据包或数据报转换为帧，以便在本地网络中传输。在本地网段上，使用硬件(以太网)地址唯一标识每一台主机。帧转换为比特流，并采用数字编码和时钟方案。1.4数据封装1.5CiscoPackerTracer6.0的使用

在界面的左下角一块区域，这里有许多种类的硬件设备，从左至右，从上到下依次为路由器、交换机、集线器、无线设备、设备之间的连线（Connections）、终端设备、仿真广域网、CustomMadeDevices（自定义设备）。1.5CiscoPackerTracer6.0的使用在右边有一个区域，如左图所示，从上到下依次为选定/取消、移动（总体移动，移动某一设备，直接拖动它就可以了）、PlaceNote（先选中）、删除、Inspect（选中后，在路由器、PC机上可看到各种表，如路由表等）、AddsimplePPD、Addsimplecomplex.1.5CiscoPackerTracer6.0的使用

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Realtimemode(实时模式)和Simulationmode（模拟模式）单击Simulatemode会出现EventList对话框，该对话框显示当前捕获到的数据包的详细信息，包括持续时间、源设备、目的设备、协议类型和协议详细信息，如左图所示，非常直观！1.5CiscoPackerTracer6.0的使用

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Realtimemode(实时模式)和Simulationmode（模拟模式）要了解协议的详细信息，请单击图1-19中的“Info”标签，这个功能可以显示很详细的OSI模型信息和各层PDU，如左图所示。任务1：学习PT界面步骤1.查看帮助文件和教程从下拉菜单中选择

Help（帮助）->Contents（内容）。将会打开一个网页。从左边的帧中选择

OperatingModes（操作模式）->SimulationMode（模拟模式）。如果还不熟悉模拟模式，请阅读相关说明。实验1在PacketTracer中使用TCP/IP协议和OSI模型步骤2.从实时模式切换到模拟模式在PT界面右下方的远端可以切换实时模式和模拟模式。PT始终以实时模式启动，在此模式中，网络协议采用实际时间运行。不过，PacketTracer的强大功能在于它可以让用户切换到模拟模式来“停止时间”。在模拟模式中，数据包显示成动画信封，时间由事件驱动，而用户可以逐步查看网络事件。单击

Simulation（模拟）模式。任务2：研究数据包的内容和处理步骤1.创建数据包并访问PDU信息窗口单击

Web客户端PC。选择

Desktop（桌面）选项卡。打开

Web浏览器。在浏览器中输入Web服务器的IP地址54。单击

Go（转到）将会发出Web服务器请求。最小化Web客户端配置窗口。由于时间在模拟模式中是由事件驱动的，所以您必须使用Capture/Forward（捕获/转发）按钮来显示网络事件。将会显示两个数据包，其中一个的旁边有眼睛图标。这表示该数据包在逻辑拓扑中显示为信封。在

EventList（事件列表）中找到第一个数据包，然后单击

Info（信息）列中的彩色正方形。实验1在PacketTracer中使用TCP/IP协议和OSI模型步骤2.研究

OSI模型视图中的设备算法单击事件列表中数据包的Info（信息）正方形（或者单击逻辑拓扑中显示的数据包信封）时，将会打开

PDUInformation（PDU信息）窗口。OSI模型将组织此窗口。在我们查看的第一个数据包中，请注意HTTP请求（在第7层）是先后在第4、3、2、1层连续封装的。如果单击这些层，将会显示设备（本例中为PC）使用的算法。查看各个层的变化－这将是大部分剩余课程的主题。步骤3.入站和出站PDU打开PDUInformation（PDU信息）窗口时，默认显示

OSIModel（OSI模型）视图。此时单击

OutboundPDUDetails（出站PDU详细数据）选项卡。向下滚动到此窗口的底部。您将会看到HTTP（启动这一系列事件的网页请求）在TCP数据段中封装成数据，然后依次封装到IP数据包和以太网帧，最后作为比特在介质中传输。如果某设备是参与一系列事件的第一台设备，该设备的数据包只有

OutboundPDUDetails（出站PDU详细数据）选项卡；如果是参与一系列事件的最后一台设备，该设备的数据包只有

InboundPDUDetails（入站PDU详细数据）选项卡。一般而言，您将会看到出站和入站PDU详细数据，从而了解PacketTracer如何为该设备建模的详细信息。实验1在PacketTracer中使用TCP/IP协议和OSI模型步骤4.数据包跟踪：数据包流动的动画第一次运行数据包动画时，实际上是在捕获数据包，就像在协议嗅探器中一样。因此，Capture/Forward（捕获/转发）按钮意味着一次“捕获”一组事件。逐步运行网页请求。请注意，只会显示HTTP相关数据包；而其它协议（如TCP和ARP）也有数据包，但不会显示。在数据包捕获过程中的任何时间，都可以打开PDUInformation（PDU信息）窗口。播放整个动画，直到显示"NoMoreEvents"（没有更多事件）消息。尝试此数据包跟踪过程-重新播放动画、查看数据包、预测下一步即将发生的事件，然后核实您的预测。实验2：分析应用层和传输层设备接口IP地址子网掩码默认网关R1-ISPFa0/053不适用S0