网络工程师教材第1章课件

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1、计算机网络技术与综合布线,第一部分计算机网络技术 第二部分综合布线,第一部分计算机网络技术,计算机网络技术,第1章网络参考模型,学习目标,了解网络的发展历程，掌握网络的概念和分类。 掌握OSI参考模型的基本概念，重点在于各层数据帧的封装过程。 掌握TCP/IP四层参考模型的基本概念。 了解与网络相关的国际机构。,1.1 网络概述,1.1.1 网络的概念 1.1.2 网络的发展 1.1.3 网络的分类,1.1.1 网络的概念,计算机网络(Network)是将处在 不同地理位置 且相互独立的 计算机 或 设备，通过 传输介质 和 网络设备 按照特定的 结构 和 协议 相互连接起来，利用 网络操作系

2、统 进行管理和控制，从而实现 信息传输 和 资源共享 的一种信息系统。,简单网络示意图,1.1.2 网络的发展,ARPAnet ARPAnet（高级研究计划署网络，Advanced Research Projects Agency net）是世界上第一个计算机网络，出现在20世纪60年代后期，由美国国防部资助。其第一个节点于1969年在加利福利亚大学洛杉矶分校安装，最终发展成为今天的Internet。 我国Internet的发展 1987年9月下旬，钱天白教授发出我国第一封电子邮件“越过长城，通向世界”，揭开了 中国人使用Internet的序幕。,1.1.3 网络的分类,按照地理范围分类 按照

3、管理方式分类 按照数据传输方式分类 按照网络拓扑分类,按照地理范围分类,局域网 (Local Area Network, LAN) 覆盖范围一般不超过数十公里，通常是一幢建筑物内、相邻的几幢建筑物之间或者是一个园区的网络。 广域网 (Wide Area Network, WAN) 覆盖范围通常为数百公里到数千公里，甚至数万公里，可以是一个地区或一个国家，甚至世界几大洲或整个地球。 城域网 (Metropolitan Area Network, MAN) 覆盖的地理范围介于局域网和广域网之间，通常为数十公里到数百公里的一座城市内。,按照地理范围分类,按照管理方式分类,对等网 (Peer to P

4、eer) 通常是由很少几台计算机组成的工作组。对等网采用分散管理的方式，网络中的每台计算机既作为客户机又可作为服务器来工作，每个用户都管理自己机器上的资源。 客户机/服务器网 (Client/Server) 网络的管理工作集中在运行特殊网络操作系统服务器软件的计算机上进行，这台计算机被称为服务器，它可以验证用户名和密码的信息，处理客户机的请求。而网络中其余的计算机则不需要进行管理，而是将请求通过转发器(Redirector)发给服务器。,按照管理方式分类,按照数据传输方式分类,广播网络 (Broadcasting Network) 网络中的计算机或设备通过一条共享的通信介质进行数据传播，所有节

5、点都会收到任何节点发出的数据信息。这种传输方式主要应用于局域网中。广播网络中有三种传输类型：单播、组播和广播。 点对点网络 (Point to Point Network) 网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点间都可能会有多条单独的链路。这种传播方式主要应用于广域网中。,广播网络的三种类型,拓扑结构,拓扑(topolgy)是从图论演变而来的概念，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把象工作站、服务器、交换机等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机和网络系统，就形成了点和线组成

6、的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。我们称这种采用拓扑学方法抽象的网络结构为计算机网络的拓扑结构。 计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型。分为两大类：点点线路通信子网的拓扑;广播信道通信子网的拓扑。 点点线路通信子网的拓扑结构有：星型、环型、树型、全连接型、交叉环型、网状型。如图所示。,物理拓扑规定线缆的布局走向,总线式,环形,星形,扩展星形,物理拓扑,层次形,网状形,独立的主干网络 所有的主机直接连接到主干 总线两端要有终结器,物理拓扑：总线型,没有主干 每一台主机直接连接邻居,物理拓扑：环形,所有的网络设备连接到一个中心点 星形的中心一般用HUB或者Switch,物理拓扑：星形

7、,把多个星形拓扑连接在一起 星形的中间是HUB或者Switch 扩展了网络的长度和大小,物理拓扑：扩展星形,类似于扩展星形,物理拓扑：层次形,每一个主机到网络中的其他主机都有直接连接,物理拓扑：网状形,1.2 标准网络模型的提出,1.2.1 OSI参考模型简介 1.2.2 OSI参考模型各层的功能 1.2.3 数据传输的封装和解封装 1.2.4 TCP/IP四层模型,1.2.1 OSI参考模型简介,OSI七层参考模型 分层的优点,OSI七层参考模型,应用层（第7层） 给用户应用程序提供网络服务（如FTP服务）。 表示层（第6层） 提供数据表示和编码格式，以及数据传输语法的协商。它确保应用程序能

8、使用从网络送达的数据，并且应用程序发送的信息能在网络上传送。 会话层（第5层） 负责建立、维护和管理应用程序之间的会话。 传输层（第4层） 提供流量控制、窗口操作和纠错功能。还负责数据流的分段和重组。具有保证连接和提供可行传输的能力，负责分配一个端口号，用来把信息传递给上层。,OSI的7层功能,网络层（第3层） 通过标识终端的逻辑地址定义端到端的分组传送，从而决定把数据从一个地方移到另一个地方的最佳路径。 数据链路层（第2层） 提供了跨越介质的物理传输过程。它提供错误检测，在某些情况提供错误纠正、网络拓扑和流量控制。使用介质访问控制（MAC）地址，也称为物理地址或硬件地址。 物理层（第1层）

9、提供电气的、机械的、规程的及功能的手段来激活和保持系统间的物理链路。使用的物理介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。,OSI的7层功能,设备、协议与其所在的层,通信过程,Name,Address,数据封装,数据的封装,数据的解封装,封装与解封装的过程,数据流,数据流,数据流是一个一层到三层的封装与解封装动作，是数据从源到目的背后的过程 数据在封装的时候包含了第三层的源和目的的IP地址以及第二层的源和目的的MAC地址,分层结构的优点,各层间相互独立，某一层的变化 不会影响其他层 促进标准化工作 使网络易于实现和维护,1.2.2 OSI参考模型各层的功能,物理层 数据链路层 网络层 传输层 57层,物理

10、层,通过物理传输比特（bit）流 中继器和集线器 建立、维护和取消物理连接,集线器运行在物理层,网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质 同一时刻只能有一台主机在发送 CSMA/CD：载波侦听多路复用与冲突检测 载波侦听： 先听后说 冲突检测： 边说边听 回退： 检测到冲突后的处理,CSMA/CD,接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术,一个冲突域经验上可连接64台以内的电脑 以获取较好的性能,集线器：同一个冲突域,物理层传输介质,数据链路层,将比特信息加以组织封装成数据帧（Frame） 通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址 硬件地址或物理地址（即MAC地址） 两个子层 媒体访

11、问控制（MAC） 逻辑链路控制（LLC） 网卡、网桥和交换机,单播地址：表示一个网段上的单台设备。 广播地址：表示一个网段上的所有设备。 组播地址：表示一个网段上的一组设备。 以太网是运行在数据链路层的LAN介质类型，使用载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）机制在共享的环境中发送信息。,数据链路层,在局域网的通信中，相互连接的同一类型介质上的每台机器都需要一个唯一的MAC地址。 MAC地址的长度是48bit并以十六进制数字来表示，为12个字符。 MAC地址的前6位与网络接口卡的厂商或制造

12、商有关。后6位数用来与OUI（组织唯一标识符）值共同作为网络接口卡的唯一标识。,MAC地址,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（物理地址）,8,# 字节,MAC地址格式,网桥和交换机运行在链路层,交换机的工作原理,网桥分段不分割广播域,网桥分段,交换机通过网络中的帧来学习网络设备的MAC地址并将其保存在自己的地址表中，实现MAC与接口的对应关系,交换机,基于网络层地址进行不同网

13、络系统间 的路径选择 网络层地址（IP地址） 分割和重新组合数据包（Packet） 差错检验和可能的修复 可能的数据流量控制 路由器,网络层,数据,源地址,目标地址,IP,头,172.15.1.1,主机号,网络号,逻辑地址,网络层端接设备的数据包,网络层-IP,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 利用配置信息来识别到达目标网络的路径,路由器工作,

14、广播信息控制 逻辑寻址 数据包转发 提供LAN和WAN的连接,路由器：运行在网络层,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,传输层,在不同物理节点上的应用程序间建立连接以 传输数据 将数据组织成数据段（Segment） 连接类型 面向连接(Connection-oriented) 无连接(Connectionless) 用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序 传输层地址（即端口号）,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,传输层的功能,

15、1.2.4 TCP/IP参考模型,TCP/IP与OSI的对应 TCP/IP参考模型的各层,TCP/IP与OSI,TCP/IP参考模型的各层,第1层：网络接口层(Network Interface) 网络接口层对应OSI物理层和数据链路层并实现与它们相同的功能，其中包括LAN和WAN的技术细节。这一层也称为主机到网络层(Host-to-Network)。,TCP/IP参考模型的各层,第2层：互联网络层(internet) 互联网络层的目的是运送数据包，将数据从任何在相连的网络上送到目的地，而不在乎走的是哪个路径或网络。管理这层的特定协议称为互联网络协议(IP)。最佳的路径选定和数据包交换都发生在

16、这层。,TCP/IP参考模型的各层,第3层：传输层(Transport) 传输层负责处理有关服务质量等事项，如可靠度、流量控制和错误校正。该层可以提供不同服务质量、不同可靠性保证的传输服务，并且协议发送端和目标端的传输速度差异。这一层也称为主机到主机层(Host-to-Host)。,TCP/IP参考模型的各层,第4层：应用层(Application) 应用层包括会话层和表示层的功能，用来建立应用层来处理高层协议、有关表达、编码和会话控制。TCP/IP将所有应用程序相关的内容都归为一层，并保证为下层适当的将数据封装成数据包。,1.3 相关国际机构,ISO国际标准化组织（OSI参考模型） ANSI美国国家标准协会（FDDI） EIA/TIA电子/电信工业协会（RS232，568） IEEE电子及电气工程师协会（802.x） ITU-T国际电信联盟电