网络基础知识2010.ppt

1、网络基础知识,课程内容,网络基本概念,OSI参考模型,TCP/IP协议,子网规划,虚拟局域网VLAN,GO,网络基本概念,网络基本概念,电气和电子工程师IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEnginee）是一个专业组织，其活动包括通信和网络标准的开发。IEEELAN标准是当今居于主导地位的LAN标准。802（LAN技术）是IEEE众多标准中一个标准的代号1）8021OSI模型和网络管理2)8022LLC的标准,定义了OSI模型的物理和数据链路层3)8023XeroxDECIntel以太网CSMA/CD4)802.4令牌总线（LAN）TokenBus5)

2、8025令牌环（LAN）TokenRing6)8026城域网（MAN）7)8027宽带技术顾问组8)8028光纤技术顾问组9)8029集成音频/数据网络10)80210网络安全性11)80211无线网络12)80212优先级请求访问局域13)80216负责对无线本地环路(WLL：WirelessLocalLoop)的无线接口及其相关功能制定标准。,网络基本概念,网络network计算机、打印机、路由器、交换机以及其他能通过某种传输介质相互通信的设备集合。以太网Ethernet以太网使用CSMA/CD技术，并以10Mbps的速率运行在多种类型的电缆上。快速以太网fastEthernet快速以太网

3、是指任何一个速率达到100Mbps的以太网。快速以太网在保持帧格式、MAC（介质存取控制）机制和MTU（最大传送单元）质量的前提下，其速率比10Base-T以太网增加了10倍。二者之间的相似性使得10Base-T以太网上现有的应用程序和网络管理工具能够在快速以太网上使用。快速以太网是基于扩充的IEEE802.3标准的。,网络基本概念,全双工以太网full-duplexEthernet能够在发送站点和接收站点之间同时进行数据传输。半双工以太网half-duplexEthernet发送站和接收站之间，数据的传输在某一时刻只能向一个方向进行。,网络基本概念,广域网WAN（WideAreaNetwor

4、k）能在很宽的地理区域内为用户服务的数据通信网络，此网络通常使用由公共设备商提供的传输设备。帧中继、SMDS（通过电话网实现的交换式多兆位数据服务）和X.25都是WAN的例子。局域网LAN（LocalAreaNetwork）通常被定义为一个单独的广播域，主要使用Hub，网桥，或交换机等网络设备连接同一网段内的所有节点。同处一个局域网之内的网络节点之间可以不通过网络路由器直接进行通信；而处于不同局域网段内的设备之间的通信则必须经过网络路由器。企业网enterprisenetwork把数据、通信、计算和文件服务集中在一起的一个企业、机构、学校或其他组织的网络。,网络基本概念,网络中的主要访问方法1

5、)CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)载波侦听多路访问/冲突检测总线/星型I.CSMA侦听信道，若空闲则发送，若被占则等待一个随机时间再试II.CD（冲突检测）若发生碰撞，双方均放弃发送，各自等待一个随机时间再试III.当在流量少时，有很高效率；当在流量大时，则效率很低，容易发生阻塞。2)CSMA/CA(CarrierSenseMultiAccess/CollisionAvoiding)载波侦听多路访问/冲突避免总线/星型I.CSMA侦听信道，若空闲则发送，若被占则等待一个随机时间再试II.CA（冲突避免）：先发一个警示信

6、息，表明自己想发送数据，计算机可以侦听到是否会冲突从而避免了传输碰撞。,网络基本概念,网络中的主要访问方法3)令牌传递(TokenPassing)环型网采用令牌法：机会均等，效率可预测。只允许有一个令牌存在于网上，令牌是一个特殊的数据帧。在令牌传递方法中，网线上有一种特殊的称作令牌的报文，轮流在各计算机之间传递，当环上有任何计算机要发送数据时，它必须首先获得一个自由令牌，当检测到自由令牌时，计算机就可以控制它了，当令牌被某台计算机使用时，其它计算机不能发送数据。4)优先级请求（100VG-AnyLAN）优先级请求是一种新的访问方法，为100Mbps以太标准，在IEEE802.12中规定的HUB

7、是一种交换式的，事先定义出计算机的优先级。I.由HUB集中管理网络访问II.HUB按优先权处理竞争，优先级一样时，轮流都得到服务。III.使用4对线，可同时发送,网络基本概念,网络中的主要访问方法5)几种访问方法的比较,网络基本概念,存储与转发store-and-forward一种分组交换技术。在这种技术中，帧在转发到合适的端口前经过了完全的处理。处理过程包括计算CRC和检验目的端地址。此外，这些帧必须暂时存储起来，直到有网络资源（例如一条没有使用的链路）来转发报文。交换switching从一个接口接收进来的帧然后通过另一个接口转发出去的过程。,网络基本概念,帧frame作为数据链路层单元在传

8、输介质上传送的逻辑信息组。包含在一帧中的用户数据通常是被用来进行同步和差错控制的报头与报尾包围。控制信息包括帧的类型、路由和分段信息。数据链路层发送一数据帧后，等待接受方的确认.MAC地址MAC（MediaAccessControl）address和局域网相连的每个端口或设备所需的标准的数据链路层地址。网络中的其他设备利用这些地址来定位网络上的特定端口，并生成和修改路由表及数据结构。MAC地址有6bytes，并受IEEE组织控制。它又被称为硬件地址、MAC层地址或物理层地址。,网络基本概念,IP地址IPaddress应用TCP/IP协议分配给主机的32bit地址。IP地址分为A、B、C、D和E

9、5种类型。以4组用带小数点格式分割的8bit字节来表示。每个地址都包含一个网络号、一个可选的子网络号和一个主机号。用网络号和子网络号共同进行路由选择，而主机号则用来在网络中为一个单台主机寻址。利用子网掩码从IP地址中提取网络和子网络的信息。IP地址又被称为因特网地址Internetaddress。子网掩码subnetmask用于从IP地址中提取网络和子网信息的码字。,网络基本概念,端口port1)互联网设备上的接口，比如路由器；2)在IP术语中，用来表示接收底层信息的高层过程；3)重写软件或微代码，以便它可以在不同的硬件平台上或不同的软件环境下运行，而不是在原先的条件下运行；4)插线板的母插头

10、，它接受和RJ45插头同样大小的插头。在这些端口上用接插线把连到线路板上的计算机交叉连接起来。这种交叉连接使得LAN可以正常工作。,网络基本概念,网段segment网络的一个部分，由网桥、路由器或交换机确定边界。微分段microsegmentation把网络分成更小段的分割方法，其目的通常是给网络设备增加总带宽。单播unicast是指只发向一个网络目的地的消息。组播multicast网络复制一个数据包并发送到网络的一组地址。这些地址在目的端地址域中指明。,网络基本概念,广播broadcast向网络所有节点发送数据包。由广播地址确定广播。广播域broadcastdomain能接收集合内任意设备发

11、出的广播帧的所有设备的集合。因为路由器不转发广播帧，因此，广播域一般以路由器为边界。广播风暴broadcaststorm是一种很“讨厌”的网络事件，事件发生时，许多广播同时在所有网段上传送。广播风暴将占用相当可观的网络带宽，而且一般会引起网络超时。,网络基本概念,冲突collision在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，当它们在物理介质上相遇时，彼此的数据都会被破坏。冲突域collisiondomain在以太网中，冲突域是指在传播中发生帧冲突的网络区域。重发器和集线器都会传播冲突；局域网交换机、网桥和路由器不会传播冲突。拥塞congestion当业务量超过网络容量

12、时的状态。,网络基本概念,CSMA/CD带有冲突检测的载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccesscollisiondetect)。一种介质访问机制，在该机制下，准备传输数据的设备首先检查载波通道。如果在一定时间内没有侦听到载波，那么一个设备就可以发送数据。如果两个设备同时发送数据，冲突就会发生并被所有冲突设备所检测到。这种冲突会延缓这些设备的数据重传，使得它们在间隔某一个随机时间后才能发送数据。CSMA/CD访问应用于以太网和IEEE802.3协议中。,网络基本概念,CSMA/CACSMA/CA协议的工作流程分为两个分别是:1.送出数据前，监听媒体状态，等没有人使用

13、媒体，维持一段时间后，再等待一段随机的时间后依然没有人使用，才送出数据。由於每个设备采用的随机时间不同，所以可以减少冲突的机会。2.送出数据前，先送一段小小的请求传送报文(RTS:RequesttoSend)给目标端，等待目标端回应CTS:CleartoSend报文后，才开始传送。利用RTS-CTS握手(handshake)程序，确保接下来传送资料时，不会被碰撞。同时由於RTS-CTS封包都很小，让传送的无效开销变小。CSMA/CA通过这两种方式来提供无线的共享访问，这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。然而不管是对于802.11还是802.3来说，这种方式都增加了额外的负担，所以80

14、2.11网络和类似的Ethernet网比较总是在性能上稍逊一筹。,网络基本概念,CSMA/CD和CSMA/CA的主要差别CSMA/CD：带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测冲突，但无法“避免”CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量避免；1.两者的传输介质不同,CSMA/CD用于总线式以太网,而CSMA/CA则用于无线局域网802.11a/b/g/n等等；2.检测方式不同,CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种

15、检测信道空闲的方式；3.WLAN中，对某个节点来说，其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度，也就是说它自己的信号会把其他的信号给覆盖掉；4.本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突；,网络基本概念,GO,OSI参考模型,OSI参考模型,OSI参考模型1)1984年国际标准化组织(ISO)发表了开放系统互联(OSI)参考模型；2)OSI参考模型是计算机网络通信的主要结构模型；,OSI参考模型,OSI参考模型各层之间的关系1）每层的目的就是为邻近的上层提供服务，屏蔽掉完成服务的具体细节；2）上层通过SAP（服务访问点serviceaccesspoint）访问下层的服务；3）每层都与

16、邻近的上下层通信和协同工作；4）相邻层之间通过接口通信，接口定义了低层提供了哪些服务及如何访问这些服务5）只有物理层是直接传递信息。6）在数据传送给另一层时，都要分成报文。报文是一个信息单位，作为一个整体从网络中的一个设备传送给另一个设备。网络按层把报文从一个软件传到另一个软件层。每层软件都给报文增加一些格式或地址信息，以便成功的在网络上传输。7）在接收端，报文按相反顺序传递。每层软件读取报文上的相关信息，去掉本层的附加信息并继续往上传。当报文最终到达应用层时，地址信息已被去掉，只剩下了原来的数据，接收方就可以阅读了。,OSI参考模型,OSI参考模型各层的功能1)物理层PhysicalLaye

17、rOSI最低层（物理层）传输数据的单位：比特BitII.为上层（DL）提供一个物理连接，实现透明的传输比特流III.定义缆线如何接到网卡上，如定义接头有多少针，每个管脚的功能等IV.该层设备：电缆、缆头、中继器，HUB、收发器2)数据链路层DataLinkLayerI.OSI第二层传输数据的单位：帧FrameII.建立和拆除链路连接，实现无差错的传输及速率适配（半双工时，规定谁先发，谁后发及倒换的方法）III.负责从网络层向物理层发送数据帧，从物理层接收比特流打包为帧IV.802模型对数据链路层划分成LLC逻辑链路控制子层和MAC介质访问子层。LLC逻辑链路控制层：错误和流量控制，负责与对应层

18、中的相同协议进行通信；MAC层：对访问的控制V.该层设备：网桥、网卡（NIC）、二层交换机（MAC）,OSI参考模型,OSI参考模型各层的功能3)网络层NetworkLayerI.OSI第三层传输数据的单位：数据包PacketII.数据交换、路由选择、通信流量控制等III.该层设备：Router、Brouter、三层交换机（集交换与路由一体）IV.该层主要协议：IP、IPX(Novell协议)4)传输层TransportLayerI.OSI第四层传输数据的单位：报文II.实现可靠的端到端连接，确保报文无差错、按序、不丢失、无重复传输III.该层主要协议：TCP、SPX(Novell协议),OS

19、I参考模型,OSI参考模型-各层的功能5)会话层SessionLayerI.OSI第五层II.允许不同计算机上两个进程之间建立、维护和结束会话连接的功能III.会话层在数据流上放置检测点来保持用户任务之间的同步（如果网络出现故障，只有最近检测点之后的数据才需重传，这一层也管理通信进程之间的会话，协调哪一方发送数据，什么时候发送及数据包有多长等。6)表示层PresentationLayerI.OSI第六层II.负责转换来自应用层的数据格式（如协议转换、数据加密与压缩）7)应用层ApplicationLayerI.OSI第七层（最高层）II.充当应用程序访问网络服务的窗口III.该层设备：网关（G

20、ateway）,OSI参考模型,对等通信为了使主机A和主机B中的对等层之间通信，每一层都使用它自己的协议。在开放式系统互连（OSI）参考模型的各个层和不同的技术环节数据报、报文、数据分组和段等术语也被用来描述逻辑信息组。,OSI参考模型,协议定义：计算机之间通信和交流的规则和技术规程。2)协议之间有功能差异性即多种协议（各有所长各有很专，如：TCP与UDP用户数据报协议）、层次性（在不同的层次上工作，如：TCP与IP）和协议栈（各种协议可协同工作，形成协议栈，如：TCP/IPIPX/SPX）。3)协议工作方式。发送方：分组、加地址、准备并发送；接收方：取数据、除去头、重组、上传。4)路由（ro

21、uteble）协议和非路由协议I.可路由（routable）的协议：即该协议产生的数据包可以通过路由器，IP、IPX、AppleTalk、DecNet、OSI、XNS、DDP（AppleTalk）。II.不可路由的协议：NetBEUI、DLC、LAT（DEC）,OSI参考模型,协议5)分层结构中的协议I.绑定过程(Binding)。绑定是指在协议和网卡间建立通讯。绑定顺序决定了操作系统运行协议的顺序。当绑定多个协议时，在初始化阶段时，先使用第一个协议，第一个协议失败后，再用第二协议，依次类推。II.标准协议栈。计算机工业界已设计了几种栈作为标准协议模型：a)ISO的OSIb)IBM的Syste

22、mNetworkArchitecture(SNA)c)DEC的DecNetd)Internet的TCP/IPe)Novell的NetWaref)Apple的AppleTalk,OSI参考模型,协议5)分层结构中的协议III.根据协议与OSI模型的对应关系分为：应用协议、传输协议、网络协议a)应用协议：高三层APPC、FTAM、X.400、X.500、SMTP、FTP、SNMP、SMB、NCP、NFS、AppleTalk&AppleShare、AFP、DAP、Telnetb)传输协议：传输层TCP、SPX、NetBEUI、ATPc)网络协议：低三层IP、IPX、DDPIV.SMB、NCP、NFS

23、它们都是高层协议，都是用来提供文件和打印共享。a)SMB（ServerMessageBlocks）微软的高层协议，Windows文件共享b)NCP（NovellcordProtocol）Novell的核心协议c)NFS（NetworkFileSystem）Unix中的高层协议,OSI参考模型,协议6)常见协议I.TCP/IP：可路由企业级协议，开销大、速度慢，效率低，基于UNIX开发的，IP规划好，通常用于国际互连NetBEUI：尺寸小，速度快，效率高，不可路由，适用于LANX.25：报文交换网络中使用的协议，性能稳定。早期用电话线传数字数据，有很多的容错措施，但很慢，现在用FrameRela

24、y替代（帧中继是处理多个虚拟电路的工业标准，是在互连设备之间使用HDLC封装的交换数据链路层协议。）IPX/SPX：尺寸小，速度快，效率高，可路由V.DLC：常用于访问Hewlett-PackardJetDirect网络打印机AppleTalk：用于网络环境中AppleMacintosh计算机间的文件和打印共享XNS（XeroxNetworkSystem）：由Xerox为自己的以太LAN开发，80年代流行，后被TCP/IP取代，是一个庞大的并且很慢的协议，并产生很多广播，导致很多的网络通信量。,OSI参考模型,SNMP1.SNMP是一种通过轮询、设定终端值、监控网络统计资料和事件对网络部件进行

25、远程管理的协议。利用SNMP协议，可以实现在基于TCP/IP的互联网环境中的管理信息的交换。2.SNMP由三部分组成:管理程序、代理和MIB库。1)管理程序：安装在网络的主机中，由网络管理员控制。管理程序通过主机配置代理或轮询代理。2)代理：在每个单元上运行。代理接受来自管理程序的指令，并且收集MIB中指明的网络信息和终端信息。3)管理信息库：一个通过执行SNMP管理程序中的命令访问的数据库。有一个标准MIB和一个VLAN定制的MIB，用于存储与无线网络运营有关的信息。,GO,TCP/IP协议,TCP/IP协议,TCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。,TCP/

26、IP协议,TCP/IP协议栈,应用层,传输层,网络层,数据链路层,提供应用程序网络接口,建立端到端连接,寻址和路由选择,物理介质访问,二进制数据流传输,物理层,TCP/IP协议,TCP/IP的基本工作原理,TCP/IP协议,应用层文件传输FTP、TFTP邮件服务SMTP、POP3网络管理SNMP、Telnet、Ping、Tracert网络服务HTTP、DNS、WINS,TCP/IP协议,传输层协议概述,TCP/IP协议,TCP/UDP报文格式,TCP/IP协议,端口号传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。,TCP/IP协议,TCP连接,SYN(seq=a),SYN(seq=b,ack

27、=a+1),SYN(seq=a+1,ack=b+1),client,server,IP网,TCP/IP协议,滑动窗口,需要修改窗口大小,发送数据太快了！,TCP/IP协议,网络层协议概述,应用层,传输层,网络层,IGMP,IP,ARP,RARP,ICMP,网络接入层,TCP/IP协议,IP报文格式,TCP/IP协议,ARP地址解析协议,需要的MAC地址？,IP:/24MAC:00-E0-FC-00-00-11,IP:/24MAC:00-E0-FC-00-00-12,ARPRequest?,对应的MAC：00-E0-FC-00-00

28、-12,TCP/IP协议,RARP反向地址解析协议,我的IP地址是什么？,无盘工作站,RARPServer,RARPRequest?,你的IP地址是,TCP/IP协议,ICMP协议,B可达吗？,ICMPEchoRequest,我在,A,B,TCP/IP协议,TCP与UDP的比较1.TCP提供的服务面向连接、可靠传输、流量控制、拥塞控制不提供实时和最小带宽保证2.UDP提供的服务不可靠的数据传输、简单高效不提供连接建立、可靠性、流量控制、拥塞控制、实时和最小带宽保证,GO,子网规划,子网规划,IP地址介绍IP地址唯一标识一台网络设备私有IP地址,11,20

29、.130.188.144,子网规划子网规划,51,IP地址的类型A类网络：0127，主机数224-2B类网络：128191，主机数216-2C类网络：192223，主机数28-2=254,子网规划,特殊IP地址,子网规划,子网及掩码掩码表示：网络标识、子网标识为全1；主机标识为全0A类网络缺省掩码：B类网络缺省掩码：C类网络缺省掩码：,子网规划,无子网编址,无子网编址是指使用自然掩码，不对网段进行细分。比如B类网段，采用作为掩码。,子网规划,带子网编址,B类网段,17

30、，,，,子网规划,子网规划,H,,,,48,6,48,4,48,2,48,,48,7,48,5,48,3,48,子网规划,B类子网规划实例,子网规划,C类子网规划实例,子网规划,变长子网掩码(VLSM),2/27,4/27,6/27