IP网络基础知识培训

IP网络基础知识培训IP网络基础知识培训IP网络基础知识培训目录开放式通信模型目录开放式通信模型3开放式系统互联(OpenSystemsInterconnect，OSI)参考模型用于解决结算机之间的互联，包含7层OSI模型4

应用层为用户提供到OSI环境的接入手段，同时提供分布式信息服务。表示层提供数据表示方式之间的差异与应用进程之间的独立性。会话层提供应用程序之间的控制结构；建立、管理和终止相互协作的应用程序之间的连接（会话）。传输层提供端点之间可靠的、透明的数据传递；提供端到端的差错恢复和流控制。网络层提供用以连接系统的交换技术和数据传输与高层之间的独立性；负责建立、维护和终止连接。链路层提供跨越物理层链路的可靠信息传递；携带必要的同步，差错控制、流控制等信息发送数据块（桢）。物理层关心在物理媒体上的无结构比特流的传输；处理机械的、电气的、功能的和过程化的特性，以接入物理媒体。OSI模型5OSI模型6TCP/IP模型

TCP/IP(通常它是指传输控制协议/网际协议，TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)，实际应用广，它更强调功能分布而不是严格的功能层次的划分以太网8内容提要第一部分：以太网的物理层第二部分：以太网的数据链路层内容提要第一部分：以太网的物理层第一节：以太网线缆标准第二节：CSMA/CD第三节：以太网的双工模式第四节：以太网的自动协商第五节：HUB910（1）10兆以太网以太网线缆标准名称电缆最长有效距离10BASE-5粗同轴电缆500m10BASE-2细同轴电缆200m10BASE-T双绞线100m10BASE-F光纤2000m（2）100兆以太网FE（FastEthernet）名称线缆最长有效距离100Base-T4四对三类双绞线100m100Base-Tx两对五类双绞线100m100Base-Fx单模光纤或多模光纤2000m11（3）1000兆以太网GE（GigabitEthernet）

以太网线缆标准名称线缆最长有效距离1000Base-LX多模光纤和单模光纤316m1000Base-SX多模光纤316m1000Base-CX平衡双绞线对的屏蔽铜缆25m1000Base-TX5类双绞线100m12问题：多台计算机共享一条物理线路，同时发送数据会冲突。CSMA/CD解决方式：CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）CS：载波侦听在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。MA：多址访问每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。CD：冲突检测由于两个站点同时发送信号，信号叠加后，会使线路上电压的摆动值超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。131、半双工任意时刻只能接收数据或者发送数据，采用CSMA/CD访问机制，HUB工作在半双工模式。

双工方式2、全双工同一时刻可以接收和发送数据。最大吞吐量达双倍速率。全双工设备不用CSMA/CD。

14自动协商目的：不同速率的以太网之间兼容。协商的内容主要包括双工模式、运行速率以及流控等参数

以太网速率双工链路自协商优先级别从高到低：1000M双工、1000M半双工、100M双工、100M半双工、10M双工、10M半双工。

15集线器，物理层设备，HUB连接的网络在物理上是星形结构的，但在HUB内部还是使用了共享总线的技术，采用CSMA/CD技术进行交互

HUB16内容提要第二部分：以太网的数据链路层第一节：分层结构第二节：MAC子层第三节：以太网帧结构第四节：LLC子层第五节：交换机17分为媒体访问控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）。这样不同的物理层（双工、半双工）对应不同的MAC子层，LLC子层则可以完全独立。链路分层18负责完成下列任务：

（1）提供物理链路的访问（2）链路级的站点标识，MAC地址，来标识网络上的唯一一个站点（3）链路级的数据传输，从LLC子层接收数据，附加上MAC地址和控制信息后把数据发送到物理链路上；在这个过程中提供校验等功能。MAC子层－功能19MAC子层－MAC地址MAC地址有48Bit，但通常被表示为12Bit的点分十六进制数。例如，48Bit的MAC地址0000000011100000111111001000000000110100，表示为12Bit点分十六进制就是00e0.fc39.8034。每个MAC地址的前6Bit（点分十六进制）由OUI分配，后6Bit由厂商自己分配。MAC地址可分为下面几种类别：物理MAC地址（网卡）广播MAC地址（ARP协议）：ffff.ffff.ffff组播MAC地址

20DMACDMAC（DestinationMAC）是目的地址。DMAC确定帧的接收者。SMACSMAC（SourceMAC）是源地址。SMAC字段标识发送帧的工作站。Type两字节的类型字段用于标识数据字段中包含的高层协议CRCCRC（CyclicRedundancyCheck）循环冗余校验字段提供了一种错误检测机制。以太网帧结构21主要应用于IEEE802.3协议的局域网，功能类似以太网帧中的Type字段。LLC子层22工作在数据链路层，有以下特点：1、各端口之间是网状结构2、不需要进行CSMA/DC，全双工工作方式；3、端口可以缓冲数据；4、有端口表记录端口与目的MAC地址关系。交换机VLAN技术24内容提要第一部分：VLAN简介第二部分：VLAN内部通信过程第三部分：VLAN外部通信过程第四部分：VLAN的应用25内容提要第一部分：VLAN简介第一节：VLAN引入第二节：VLAN的划分第三节：VLAN帧结构第四节：VLAN基本概念26传统的以太网存在两个问题：冲突域、广播域。载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD技术不能根本上解决冲突问题。VLAN引入27用交换机进行组网，可以解决冲突域问题，但是无法解决广播域问题VLAN引入28为了减少广播，需要在没有互访需求的主机之间进行隔离，在物理局域网上构建多个逻辑局域网，即VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）

VLAN引入29基于交换机端口基于计算机的MAC地址基于网络层协议基于网络层地址基于应用层协议

VLAN划分30VLAN的帧结构IEEE802.1Q标准对Ethernet帧格式进行了修改，在源MAC地址字段和协议类型字段之间加入4字节的802.1QTag31VLAN帧结构Type长度为2字节，表示帧类型。取值为0x8100时表示802.1QTag帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧，会将其丢弃。PRIPriority，长度为3比特，表示帧的优先级，取值范围为0～7，值越大优先级越高。用于当交换机阻塞时，优先发送优先级高的数据包。CFICanonicalFormatIndicator，长度为1比特，表示MAC地址是否是经典格式。CFI为0说明是经典格式，CFI为1表示为非经典格式。用于区分以太网帧、FDDI（FiberDistributedDigitalInterface）帧和令牌环网帧。在以太网中，CFI的值为0。VIDVLANID，长度为12比特，表示该帧所属的VLAN。在VRP中，可配置的VLANID取值范围为1～4094。32VLAN的帧结构为了扩充VLAN数量，出现QinQ（802.1Q-in-802.1Q）帧33VLAN基本概念-链路类型接入链路（AccessLink）：接入链路上通过的帧为不带Tag的以太网帧干道链路（TrunkLink）：干道链路上通过的帧一般为带Tag的VLAN帧34VLAN基本概念-端口类型Access端口：是交换机上用来连接用户主机的端口，它只能连接接入链路；Trunk端口：是交换机上用来和其他交换机连接的端口，它只能连接干道链路；Hybrid端口：是交换机上既可以连接用户主机，又可以连接其他交换机的端口：QinQ端口：是交换机上和其他交换机连接的，并且能够处理携带双层Tag标记的VLAN帧的端口。35VLAN基本概念-缺省VLANAccess端口和Hybrid端口的缺省VLAN：接收到没有tag的帧，加上tag并配置为缺省VLAN号；发送VLAN帧时，若VLAN号等于缺省VLAN号，剥掉tag标示；Trunk端口：没有缺省VLAN；QinQ端口：接收到没有外层tag的帧，加上外层tag并配置为缺省VLAN号。发送VLAN帧时，若外层VLAN号等于缺省VLAN号，剥掉tag标示。36内容提要第二部分：VLAN内部通信37VLAN内部通信Access端口处理VLAN帧的过程如下：（1）收到一个二层帧。（2）判断帧是否有VLANTag。没有Tag，则标记上Access端口的PVID；有Tag，则比较帧的VLANTag和端口的PVID，两者一致则进行下一步处理；否则丢弃帧。（3）二层交换机根据帧的目的MAC地址和VLANID查找VLAN配置信息，决定从哪个端口把帧发送出去。（4）交换机根据查到的出接口发送数据帧。当数据帧从Access端口发出时，交换机先剥离帧的VLANTag，然后再发送出去。当数据帧从Trunk端口发出时，直接发送帧。当数据帧从Hybrid端口发出时，交换机判断VLAN在本端口的属性是Untag还是Tag。如果是Untag，先剥离帧的VLANTag，再发送；如果是Tag，直接发送帧。38Trunk端口处理VLAN帧的过程如下：（1）收到一个二层帧。（2）判断该Trunk端口是否允许该VLAN帧进入。允许则进行下一步处理，否则丢弃帧。（3）二层交换机根据帧的目的MAC地址和VLANID，查找VLAN配置信息，决定从哪个端口把帧发送出去。（4）交换机根据查到的出接口发送数据帧。VLAN内部通信39Hybrid端口处理VLAN帧的过程如下：（1）收到一个二层帧。（2）判断是否有VLANTag。没有Tag，则标记上Hybrid端口的PVID，进行下一步处理。有Tag，则判断该Hybrid端口是否允许该VLAN帧进入：允许则进行下一步处理，否则丢弃帧。（3）二层交换机根据帧的目的MAC地址和VLANID，查找VLAN配置信息，决定从哪个端口把帧发送出去。（4）交换机根据查到的出接口发送数据帧。VLAN内部通信40内容提要第三部分：VLAN间通信41二层交换机＋路由器VLAN间通信42三层交换机VLAN间通信43内容提要第四部分：VLAN应用第一节：基于端口的VLAN划分第二节：VLANTrunk的应用44基于端口的VLAN划分45VLANTrunk的应用IP寻址47内容提要第一部分：IP地址类第二部分：子网划分和子网掩码第三部分：子网规划48内容提要第一部分：IP地址类第一节：IP地址结构第二节：特殊地址第三节：识别地址类第四节：子网掩码第五节：二进制和十进制转换49IP地址的32位结构是由网络地址和主机地址组成的

IP地址结构为和其他网络进行通信，我们需要使用路由器。一个路由器本质上是一个带有多个接口的计算机。每个接口连接在不同的网络或子网上。

501、规则网络地址不能为全“1”或者全“0”；主机地址不能为全“1”或者全“0”，主机地址为全“0”代表一个网络；特殊地址2、回环地址网络地址127.x.x.x，这个地址的目的是提供对本地主机的网络配置的测试。3、本地广播当IP地址中的所有位都设置为1时，产生的地址255.255.255.255，用于向本地网络中的所有主机发送广播消息514、面向所有主机的广播如果将IP地址中的所有主机位设置为1，则这将解释为面向那个网络中的所有主机的广播。特殊地址521.A类A类地址，8位分配给网络地址，24位分配给主机地址。第1个8位位组中的最高位是0，这对应于0~127的可能的八位位组。在这些地址中，0和127具有保留功能，所以实际的范围是1~1262.B类B类地址中，为网络地址分配了16位，为主机地址分配了16位，一个B类地址可以用第1个8位位组的头两位为10来识别。这对应的值从128~191。3.C类C类为网络地址分了24位，为主机地址留下了8位。C类地址的前8位位组的头3位为110，这对应的十进制数从192~223。

识别地址类53识别地址类4.D类D类地址以1110开始。这代表的八位位组从224~239。这些地址并不用于标准的IP地址。组播地址5.E类如果第1个8位位组的前4位都设置为1111，则地址是一个E类地址。这些地址的范围为240~254。这类地址并不用于传统的IP地址。这个地址类有时候指实验室或研究类。54子网掩码子网掩码定义了构成IP地址的32位中的多少位用于定义网络，或者网络及其相关子网。跟IP地址一样，由32位二进制表示，表示网络位都为“1”，表示主机位的都为“0”。掩码跟IP地址进行“与”运算，得出网络地址。551、十进制换成二进制

举例：178换成二进制十进制和二进制互换562、二进制换成十进制举例：0011011转换为十进制

十进制和二进制互换57内容提要第二部分：子网划分和子网掩码第一节：子网划分目的第二节：如何子网划分581、广域网上主机、路由器数量有限；2、IP地址数量有限。子网划分目的59每类地址具有默认的掩码，对于A类为8位，对于B类为16位，对于C类为24位。在这个默认的子网掩码中加入一些位，它减少了用于主机地址的位数划分子网后地址包含一个网络地址、一个子网地址和一个主机地址。如何子网划分60内容提要第三部分：子网规划61第一步：根据主机数量确定主机位子网规划62第二步：选择合适的子网掩码第三步：确定子网号；第四步：确定主机地址范围。举例：200.168.1.0/255.255.255.0网段中规划20台主机的地址。子网规划IP路由概述64内容提要第一部分：路由概述第二部分：路由协议概述65内容提要第一部分：路由概述第一节：路由器第二节：路由协议第三届：路由表及FIB表66路由器是一种典型的网络连接设备，用来进行路由选择和报文转发。路由器根据收到报文的目的地址选择一条合适的路径（包含一个或多个路由器的网络），将报文传送到下一个路由器，路径目的终端的路由器负责将报文送交目的主机。路由器可以为数据传输选择最佳路径。

路由器67路由协议是路由器之间维护路由表的规则，用于发现路由，生成路由表，并指导报文转发。

路由协议68路由器决策路由的关键是路由表，转发报文的关键是FIB（ForwardingInformationBase）表。每个路由器中都至少保存着一张路由表和一张FIB表。

路由表及FIB表69内容提要第二部分：路由协议概述第一节：静态路由协议及动态路由协议第二节：动态路由协议分类70静态路由配置方便，对系统要求低，适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。缺点是不能自动适应网络拓扑的变化，需要人工干预。动态路由协议有自己的路由算法，能够自动适应网络拓扑的变化，适用于具有一定数量三层设备的网络。缺点是配置对用户要求比较高，对系统的要求高于静态路由，并将占用一定的网络资源。动态路由协议及静态路由协议71一、根据范围内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，简称IGP）：在一个自治系统内部运行，常见的IGP协议包括RIP、OSPF和IS-IS。外部网关协议（ExteriorGatewayProtocol，简称EGP）：运行于不同自治系统之间，BGP是目前最常用的EGP协议。动态路由协议分类一、根据使用算法距离矢量协议（Distance-Vector）：包括RIP和BGP。其中，BGP也被称为路径矢量协议（Path-Vector）。链路状态协议（Link-State）：包括OSPF和IS-IS。72动态路由协议分类一、根据范围单播路由协议（UnicastRoutingProtocol）：包括RIP、OSPF、BGP和IS-IS等。组播路由协议（MulticastRoutingProtocol）：包括PIM-SM（ProtocolIndependentMulticast-SparseMode）、PIM-DM（ProtocolIndependentMulticast-DenseMode）等。RIP路由协议74内容提要第一部分：RIP概述第二部分：RIP原理第三部分：RIP协议工作过程75RIP概述RIP是RoutingInformationProtocol（路由信息协议）的简称。它是一种较为简单的内部网关协议IGP，主要用于规模较小的网络中。RIP是一种基于距离矢量（Distance-Vector）算法的协议。

RIP使用跳数（HopCount）来衡量到达目的地址的距离，称为度量值。在RIP中，路由器到与它直接相连网络的跳数为0，通过一个路由器可达的网络的跳数为1，其余依此类推。76RIP原理路由表包含以下信息：目的地址：主机或网络的地址。下一跳地址：为到达目的地，需要经过的相邻路由器的接口IP地址。接口：转发报文的接口。Metric值：本路由器到达目的地的开销，是一个0～15之间的整数。选取开销最小的路由。771、路由器启动RIP后，便会向相邻的路由器发送请求报文；2、相邻的RIP路由器收到请求报文后，响应该请求，回送包含本地路由表信息的响应报文；3、路由器收到邻居路由器响应报文后，修改本地路由表。同时向相邻路由器发送触发更新的报文。核心：将跳数最小的路由更新到路由表上。RIP协议工作过程OSPF路由协议79内容提要第一部分：OSPF概述第二部分：OSPF计算过程第三部分：OSPF的区域第四部分：路由器类型80内容提要第一部分：OSPF概述第一节：OSPF特点第二节：路由器ID号第三节：DR和BDR81OSPF（OpenShortestPathFirst）是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议。（1）支持大规模网络，最多可支持几百台路由器。（2）OSPF根据收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由，从算法本身保证了不会生成自环路由。（3）允许自治系统的网络被划分成区域来管理，区域间传送的路由信息被进一步抽象，从而减少了占用的网络带宽。OSPF特点82一台路由器如果要运行OSPF协议，必须存在RouterID。路由器的ID是一个32比特无符号整数，是一台路由器在自治系统中的唯一标识。可以手工配置，如没有手工配置。优先从Loopback地址中选择最大的IP地址作为路由器的ID号，如果没有配置Loopback接口，则在接口地址中选取最大的IP地址作为路由器的ID号路由器ID83任意两台路由器之间都要传递路由信息，如果网络中有n台路由器，则需要建立n

(n-1)/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递，浪费了带宽资源。为解决这一问题，OSPF协议定义了指定路由器DR（DesignatedRouter）BDR（BackupDesignatedRouter）。DR和BDR

84内容提要第二部分：OSPF计算过程85OSPF计算过程

（1）每台OSPF路由器根据自己周围的网络拓扑结构生成链路状态通告LSA（LinkStateAdvertisement），并通过更新报文将LSA发送给网络中的其它OSPF路由器。（2）每台OSPF路由器都会收集其它路由器发来的LSA，所有的LSA放在一起便组成了链路状态数据库LSDB（LinkStateDatabase）。LSA是对路由器周围网络拓扑结构的描述，LSDB则是对整个自治系统的网络拓扑结构的描述。（3）OSPF路由器将LSDB转换成一张带权的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。各个路由器得到的有向图是完全相同的。（4）每台路由器根据有向图，使用SPF算法计算出一棵以自己为根的最短路径树，这棵树给出了到自治系统中各节点的路由。86内容提要第三部分：OSPF区域第一节：OSPF区域划分第二节：骨干区域第三节：虚链接87OSPF协议通过将自治系统划分成不同的区域（Area）来解决路由信息大量传递问题。区域是从逻辑上将路由器划分为不同的组，每个组用区域号（AreaID）来标识。

OSPF区域划分

88OSPF划分区域之后，并非所有的区域都是平等的关系。其中有一个区域其区域号（AreaID）是0，通常被称为骨干区域。所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通；骨干区域自身也必须保持连通。

骨干区域

89虚连接是指在两台ABR之间通过一个非骨干区域而建立的一条逻辑上的连接通道。

虚链接

90内容提要第四部分：路由器类型第一节：路由器分类第二节：路由聚合第三节：路由类型91区域内路由器（InternalRouters）区域边界路由器ABR（AreaBorderRouters）骨干路由器（BackboneRouters）自治系统边界路由器ASBR（ASBoundaryRouters）

路由器分类92路由聚合rea19内有三条区域内路由19.1.1.0/24，19.1.2.0/24，19.1.3.0/24，如果此时在RouterA上配置了路由聚合，将三条路由聚合成一条19.1.0.0/16，则RouterA就只生成一条聚合后的LSA，并发布给Area0中的其他路由器

93路由类型

OSPF将路由分为4级，按优先顺序由高到低分别是：区域内路由（IntraArea）区域间路由（InterArea）第一类外部路由（Type1External），第一类外部路由指接收的是静态路由和IGP路由（例如RIP、IS-IS路由）第二类外部路由（Type2External），第二类外部路由是指接收的是EGP路由IS-IS路由协议95内容提要第一部分：IS-IS概述第二部分：IS-IS区域96内容提要第一部分：IS-IS概述97IS-IS概述IS-IS（IntermediateSystem-to-IntermediateSystem，中间系统到中间系统）最初是国际标准化组织ISO为它的无连接网络协议CLNP（ConnectionLessNetworkProtocol）设计的一种动态路由协议。IETF在RFC1195中对IS-IS进行了扩充和修改，使它能够同时应用在TCP/IP和OSI环境中IS：中间系统，对应IP中的路由器。有独立的地址结构用于寻址。IS-IS属于内部网关协议IGP（InteriorGatewayProtocol），用于自治系统内部IS-IS是一种链路状态协议，使用最短路径优先SPF（ShortestPathFirst）算法进行路由计算，与OSPF协议有很多相似之处。

98内容提要第二部分：IS-IS区域99IS-IS区域两层结构：LEVEL-1、LEVEL-2。三种路由器：LEVEL-1路由器：与LEVEL-1、LEVEL-1-2路由器连接，只知道本LEVEL-1区域路由LEVEL-2路由器：骨干路由器，与LEVEL-2、LEVEL-1-2路由器连接，可以与外AS连接，知道整个AS路由。LEVEL-1-2路由器：骨干路由器，与三种路由器连接，不能与外AS连接，知道整个AS路由。BGP路由协议101内容提要第一部分：BGP概述第二部分：BGP选路规则第三部分：路由反射器102内容提要第一部分：BGP概述第一节：BGP定义第二节：BGP特点第三节：BGP分类第四节：BGP应用场景103BGP定义AS内部：IGP协议，包括RIP、OSPF、IS-IS等AS之间：EPG协议，BGP（BorderGatewayProtocol）协议。目的：通过EPG协议，路由器知道其它AS的路由。104BGP特点BGP着眼点不在于发现和计算路由，而在于控制路由的传播和选择最佳路由。

路由更新时，BGP只发送更新的路由BGP是一种距离矢量路由协议105BGP分类EBGPIBGP106BGP应用场景以下情况不需要使用BGP协议：用户只与一个ISP相连。ISP不需要向用户提供Internet路由。AS间使用了缺省路由进行连接。107内容提要第二部分：BGP选路规则108BGP选路规则BGP发现有多条可达路由，按以下顺序选用路由方式：系统会按照如下的顺序优选一种协议路由：OSPF、IS-ISLevel-1、IS-ISLevel-2、EBGP（包含BGPAggregate）、Static、RIP、OSPF_ASE、IBGP；

109109内容提要第三部分：路由反射器110为保证IBGP对等体之间的连通性，需要在IBGP对等体之间建立全连接关系，产生n(n-1)/2IBGP连接数。在一个AS内，其中一台路由器作为路由反射器RR（RouteReflector），其它路由器做为客户机（Client）。客户机与路由反射器之间建立IBGP连接。路由反射器电信级设备介绍112内容提要第一部分：交换机介绍第二部分：路由器介绍第三部分：宽带接入服务器介绍第四部分：设备配置原则113交换机-模块化二层网络设备，大致分为模块化及非模块化两类。中兴8905114交换机-模块化115交换机-模块化116交换机-非模块化117交换机-非模块化118交换机-非模块化119路由器－华为NE5000E120路由器－Cisco6500系列