第一章 网际互联改

1、第一章 网 际 互 联,什么是网络？,1、计算机的发展 大型机-小型机-微型计算机（PC） 集中式计算-分散式计算 2、如何解决分散式共享网络资源的问题,定义网络组件,公司总部,分部,家庭办公 用户,移动办公 用户,因特网,层 2,层 1,服务器农场,定义网络组件(续),分部,家庭办公,ISDN,远程,典型网络,局域网（LAN）,LAN：定义为是在公共的通信介质上，遵循公共协议的一个设备群体，其中公共协议控制着设备如何访问介质。通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其它设备的集合。 LAN是一种实现集中资源和共享资源的工具。 特点：距离短、延迟小、数据速率高、传

2、输可靠,局域网的类型,分类： （1）以太网 （2）光纤分布式接口（FDDI） （3）令牌环网 （4）ATM LAN网 以太网 10Mbps以太网 100Mbps以太网 1000Mbps以太网,带宽和延迟,带宽：描述在一定时间范围内数据从网络的一个节点传送到任意节点的容量，通常用bit/s表示。 延迟：描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间。,冲突域 广播域,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，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏。 冲突域（collision domain）连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者说是同一

3、物理网段上所有节点的集合或以太网上竞争同一带宽的节点集合。这个域代表了冲突在其中发生并传播的区域，这个区域可以被认为是共享段。 广播域 (broadcast domain)：网络中的一组设备的集合。即同一广播包能到达的所有设备成为一个广播域。,引起LAN拥塞的可能的原因是,1.太多的主机存在于1个广播域 2.广播风暴 3.多播（组播） 4.带宽过低 5.添加了集线器 6.大量的ARP或IPX流量,广播风暴,广播风暴就是网络长时间被大量的广播数据包所占用，正常的点对点通信无法正常进行，外在表现为网络速度奇慢无比。,广播,交换机不停地发出广播信息,广播风暴,交换机 A,交换机 B,网段 1,网段

4、2,服务器/主机 X,路由器 Y,交换机（switch）,switches的主要目的： 提高LAN的性能,提供给用户更多的带宽。 交换机的每一个端口是一个冲突域。 每个集线器就是一个冲突域，与端口多少无关。 默认时，交换机分隔冲突域 ，不分隔广播域。,路由器（router ）,路由器的功能： 1、 数据包转发 2、 数据包过滤 3、 路径选择 4、 网络间通信 路由器的每一个端口是一个广播域。 默认时，路由器分隔广播域,集线器,桥,交换机,路由器,冲突域,1 4 4 4,广播域,1 1 1 4,网络设备的域,OSI参考模型,什么是OSI参考模型？ OSI（Open System Interco

5、nnect）开放式系统互联。一般都叫OSI参考模型 ，是ISO（国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互联模型。 ISO为了更好的使网络应用更为普及，就推出了OSI参考模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范，就能互联了。,网络分层的优点,层 layer：描述了所有需求的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上的组叫做层 分层的优点： 简化相关的网络操作 提供不同厂商产品之间的兼容性和标准接口 工程师专注于研究不同网络设备连接的互操作性 把复杂的网络连接问题简单化，易于学习和操作 减少区域间网络变化的相互影响，可相对稳定,OSI 参考模型,数据流层,传输层,

6、数据链路层,网络层,物理层,应用层 (高),会话层,表示层,应用层,七层功能,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,底层:负责网络数据传输,高层:负责主机之间的数据传输,七层功能,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,提供应用程序间通信,处理数据格式、数据加密等,建立、维护和管理会话,建立主机端到端连接,寻址和路由选择,提供介质访问、链路管理等,比特流传输,OSI 模式 概述,应用层 (高),会话层,表示层,应用层,应用层作用,Telnet SMTP HTTP FTP,用户接口,例子,应用层,T

7、elnet SMTP HTTP FTP,ASCII EBCDIC JPEG,用户接口,数据表示 加密等特殊处理过程,例子,表示层,应用层,应用层作用,Telnet HTTP,ASCII EBCDIC JPEG,保证不同应用间的数据区分,用户接口,数据表示 加密等特殊处理过程,Operating System/ Application Access Scheduling,例子,会话层,表示层,应用层,应用层作用,保证不同应用间的数据区分,用户接口,数据表示 加密等特殊处理过程,传输层,数据链路层,网络层,物理层,例子,会话层,表示层,应用层,应用层作用,数据流层的作用,EIA/TIA-232 V

8、.35,例子,物理层,设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,例子,数据流层的作用,数据链路层,物理层,将比特组合成字节进而组合成帧 用MAC地址访问介质 错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,IP IPX,例子,数据流层的作用,网络层,数据链路层,物理层,将比特组合成字节进而组合成帧 用MAC地址访问介质 错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流 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,TCP

9、 UDP SPX,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,IP IPX,例子,数据流层的作用,传输层,数据链路层,物理层,可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正,将比特组合成字节进而组合成帧 用MAC地址访问介质 错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等,网络层,提供路由器用来决定路径的逻辑寻址,TCP UDP SPX,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,IP IPX,表示层,应用层,会话层,例子,数据流层的作用,可靠或不可靠的数据传输 数据重传前的错误纠正,将比特组合成字节进而组合成帧 用MA

10、C地址访问介质 错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流 说明电压、线速和线缆等,传输层,数据链路层,物理层,网络层,提供路由器用来决定路径的逻辑寻址,区分不同的上层应用 建立应用间的端到端连接 定义流量控制 为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务,网络层,IPX,IP,传输层,SPX,TCP,UDP,传输层功能,面向连接和无连接的服务,面向连接的服务：适合延迟敏感性应用 建立连接 数据传输 断开连接 无连接的服务：适合对延迟不敏感的应用 无需建立连接 资源动态分配,同步请求,回应同步请求, 同步请求,回应同步请求,数据传输,(传输数据段),发送方,接收方,连接建立,建立面向连接的会话,流量控

11、制,流量控制的三种方式： 缓存技术：突发缓存，空闲发送。 源抑制报文：利用ICMP协议向源端发送source quench报文。 窗口机制：报文中包含窗口字段，用于控制源端一次发送数据的多少。,传输,带流量控制的数据段传输,发送方,接收方,缓冲区满，没有准备 好停下,数据段已处理 继续进行,传输,窗口尺寸为1,发送1,接收1,窗口机制,发送方,发送2,发送3,发送1,发送2,接收方,确认2,接收2,确认3,窗口尺寸为3,确认4,发送4,发送1,传输层的可靠传输,发送方,发送2,发送6,发送4,发送5,接收方,确认4,确认5,发送5,发送3,连接丢失！,确认7,定义与指定协议相关联的源和目标逻辑

12、地址 定义通过网络的路径 多链路连接,网络层,IP, IPX,数据链路层,物理层,EIA/TIA-232 v.35,Ethernet,帧中继,HDLC,802.2,802.3,网络层功能,数据,源地址,目标地址,IP,头,,主机号,网络号,逻辑地址,网络层端接设备的数据包,网络层功能(续),路由表,目标网络,端口,距离,1,2,4,S0,S0,E0,1,0,0,1.0,4.0,1.3,E0,4.3,S0,2.2,E0,2.1,S0,4.1,4.2,1.1,1.2,路由表,目标网络,端口,距离,1,2,4,E0,S0,S0,0,0,1,逻辑地址提供分层结构的网络 需要的配置

13、利用配置信息来识别到达目标网络的路径,网络层功能(续),什么是路由器 ？,路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。,路由器：运行在网络层,广播信息控制 多点发送信息控制 路径优化 流量管制 逻辑寻址 提供WAN连接,路由器提供远程访问服务,因特网,家庭办公用户,分部,调制解调器 或 ISDN适配卡,移动用户,公司总部,定义 源和目标的物理地址 与帧关联的高层协议 (Service Access Point) 网络拓扑 帧顺序 数据流控制 有向或无向连接,数据链路层,物理层,EIA/TI

14、A-232 v.35,Ethernet,Frame Relay,HDLC,802.2,802.3,数据链路层功能,子层和子层,数据链路层,网络层,物理层,MAC子层,MAC子层（media access control):它定义了数据包怎样在介质上进行传输。负责MAC寻址和定义介质访问控制方法； MAC子层协议有：802.3 802.5 FDDI（fiber distributed data interface)这三个LAN技术的不同在于帧结构和访问机制的不同,LLC子层,LLC子层（logical link control):它负责识别网络层协议，然后对它们进行封装。为上层协议提供SAP （

15、服务访问点），并为数据加上控制信息。 LLC报头告诉数据链路层一旦接收到帧后，应当如何对数据包进行处理。 LLC子层协议：802.2,SAP服务访问点,SAP（ Service Access Point服务访问点）：LLC子层为了网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点,数据,源地址,FCS,长度,目标地址,可变长,2,6,6,4,0000.0C xx.xxxx,厂商自己分配,IEEE 分配,MAC子层- 802.3,前导符,Ethernet II 在这里用 “Type”指明上层协议，所以不用 802.2.,MAC 地址,8,# 字节,数据链

16、路层功能(续),每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域,数据链路层,或,1,2,3,1,2,交换机和桥运行在链路层,交换机,每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发,缓冲区,交换,定义 介质类型 连接器类型 信号类型,Ethernet,802.3,V.35,物理层,EIA/TIA-232,物理层功能,物理层设备,集线器 中继器 编码解码器 传输介质连接器,物理层: Ethernet/802.3,集线器,多个主机,主机,10Base2细缆以太网 10Base5粗缆以太网,10BaseT双绞线,A,B,C,D,物理层,所有设备在同一冲突域 所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽,集线器运

17、行在物理层,集线器：同一个冲突域,接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术,以太网（Ethernet）组网,以太网采用一种争夺(contention) 介质访问的方法,这种方法使得在一个网络上所有主机共享带宽.采用了Physical layer和Data Link layer的规范. 以太网采用带冲突检测的载波监听多路访问的(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,CSMA/CD)技术，这是一种介质访问控制方法。,CSMA/CD,引入原因 当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对

18、于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CD。 原理 站点使用CSMA协议进行数据发送； 在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突； 在发出干扰信号后，等待一段随机时间，在重复上述过程。,CSMA/CD的发送流程可以概括为 先听后发 边听边发 冲突停止 延迟重发,CSMA/CD 原理图,MAC/物理地址,MAC地址有48bit，用16进制数表示； Ethernet采用MAC地址进行寻址,00e0.fc01.2345,厂商编号,序列号,24 bits,24

19、 bits,00e0.fc01.2345,Rom,Ram,Ethernet帧,4种不同类型的Ethernet帧： Ethernet_ IEEE 802.3 IEEE 802.2 SNAP,802.3/Ethernet _帧格式,PA： 前同步码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步 SFD： 帧首定界 - 10101011 DA： 目的MAC地址； SA： 源MAC地址 LEN：数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B） Type： 类型。高层协议标识 LLC PDU+pad - 最少46字节, 最多1500字节 Pad：填充字段，保证帧长不少于64字节(若Data域46字节

20、，则无Pad) FCS： 帧校验序列（CRC-32）,8 6 6 2 46-1500 4字节,FCS,SA,Type,PA,DA,Data,Pad,Ethernet_,IEEE 802.3,7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节,数据,目标 SAP,源 SAP,数据,源地址,FCS,长度,目标地址,可变长,1,1,802.2 (SAP),MAC子层 - 802.3,Ctrl,1 or 2,3,2,前导符,数据,目标 SAP AA,源 SAP AA,可变长,1,1,802.2 (SNAP)（子网访问协议）,Ctrl 03,1 or 2,OUI ID,类型,SNAP与802.2帧格式

21、,SNAP帧,SNAP帧的作用：用来识别上层协议，因为在802.3Ethernet帧中没有类型字段。,数据封装,封装 （ encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，就会先把数据包装到一个特殊协议报头中，这个过程叫封装。,上层数据,LLC 头 + IP + TCP + 上层数据,IP + TCP +上层数据,TCP+上层数据,上层数据,0101110101001000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,封装数据,TCP报头,IP报头,LLC报头,MAC报头,上层数据,

22、LLC 头 + IP + TCP + 上层数据,MAC 头,IP + TCP +上层数据,LLC 头,TCP+上层数据,IP 头,上层数据,TCP 头,0101110101001000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,解封装数据,PDU,PDU（protocol data unit):每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。 上层 : message transport layer : segment Network layer: packet Data-link layer: Frame Physical layer: bit,层次化的网络结构定义,分布层,核心层,访问层,端接设备到网络的接入点,访问层,访问层特性,访问层的汇接点 路由数据 分