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1、网络互联基础 Basic of Network Interconnection,主讲：莫永华,第1章 网络互联与ip地址,11网络互联概述 网络的定义与分类； OSI模型和DoD模型； 网络拓扑结构； 传输介质； 介质访问控制方式；,12 网络设备1网卡；2集线器；3交换机；4路由器 ；,2018年8月31日星期五1时27分40秒,计算机网络技术,1.1 计算机网络定义,所谓计算机网络就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。,2018年8月31日星期五1时27分40秒,计算机网络技术,至少有
2、两个具有独立操作系统的计算机，且它们之间有相互共享某种资源的需求。两个独立的计算机之间必须用某种通信手段将其连接。网络中的各个独立的计算机之间要能相互通信，必须制定相互可确认的规范标准或协议。,1.1 计算机网络定义,一个计算机网络必须具备以下3个基本要素,2018年8月31日星期五1时27分40秒,计算机网络技术,广域网（WAN：Wide Area Network） 城域网（MAN：Metropolitan Area Network） 局域网（LAN：Local Area Network） 接入网（AN：Access Network） lan、ADSL、ppp、ISDN,1.1 计算机网络的
3、分类,按网络的覆盖范围分类,2018年8月31日星期五1时27分40秒,计算机网络技术,按网络的覆盖范围分类,2018年8月31日星期五1时27分40秒,计算机网络技术,按逻辑功能将计算机网络划分为:资源子网和通信子网,计算机网络的组成,1.2 网络拓扑结构,常见的局域网拓扑结构 主要有三种：总线型、星型、环型。如图13所示，总线型拓扑结构中，所有的计算机连接在同一根总线上，如同有线电视。总线型拓扑在局域网发展的早期用得很普遍。总线型结构中，使用的传输介质通常是同轴电缆(粗缆或者细缆)。总线型结构中，只要有一段线路发生故障，整个网络就会瘫痪，而且故障点排查很困难；同轴电缆制作较为麻烦；当网络的
4、规模发生变化时，增减计算机要先断开网络。随着集线器和双绞线价格的降低，总线型网络已经基本不再使用。,网络拓扑分类方法,返回,下一页,(1)星型拓扑的特点,在星型拓扑构型中，结点通过点对点通信线路与中心结点连接。中心结点控制全网的通信，任何两结点之间的通信都要通过中心结点。星型拓扑构型结构简单，易于实现，便于管理。网络的中心结点是全网可靠性的瓶颈，中心结点的故障可能造成全网瘫痪。,(2)环型拓扑,在环型拓扑构型中，结点通过点对点通信线路连接成闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送。 环型拓扑传输延时确定。 为保证环的正常工作，需要较复杂的环维护处理。环结点的加入和撤出过程复杂。 环中每个结点与连
5、接结点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈。环中任何一个结点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。,(3)树型拓扑,树型拓扑可以看成是星型拓扑的一种扩展，结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。 树型拓扑网络适用于汇集信息的应用要求。,(4)网状型拓扑,网状拓扑构型又称做无规则型。在网状拓扑构型中，结点之间的连接是任意的，没有规律。 网状拓扑的主要优点是系统可靠性高，但是结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。 目前实际存在与使用的广域网结构，基本上都是采用网状拓扑构型。,1.3OSI与TCP/IP参考模型（OSI RM a
6、nd TCP/IP RM）,OSI模型的好处（Benefit of OSI Model ）,OSI模型的好处 减少复杂性 标准化接口 便于模块化设计 确保技术兼容性 加速发展 简化教与学,OSI物理层（OSI Physical Layer）,OSI数据链路层（OSI Data Link Layer）,介质访问控制,OSI网络层（OSI Network Layer）,OSI传输层（OSI Transport Layer）,OSI会话层（OSI Session Layer）,OSI表示层（OSI Presentation Layer）,OSI应用层（OSI Application Layer）,端
7、到端通信（Peer-to-Peer Communication）,协议数据单元（ Protocol data units (PDUs) ） 每一层PDU名字（Names for PDU at Each Layer）： 位（bit） 帧（frame） 包（packet） 段（segment） 数据（data）,TCP/IP参考模型（TCP/IP RM）,应用层,传输层,网际层,网络访问层,TCP/IP（1）,Host,Internet,TCP/IP,Host,TCP/IP（2）,1.1.3 网络拓扑结构,常见的局域网拓扑结构 主要有三种：总线型、星型、环型。 如图14所示。在星型结构中，所有的计
8、算机都连接到一个中央设备上，一台计算机所使用的线路如果有故障不会影响到其他计算机，故障排除也容易得多；而且由于有集中点，管理也集中了，工作量要小得多。但是中央点的设备故障将会导致整个网络的瘫痪；由于需要中央点设备，成本较高，不过像集线器这样的设备价格很低，一般用户都能够承受。,1.1.3 网络拓扑结构,常见的局域网拓扑结构 主要有三种：总线型、星型、环型。 如图16所示，环型拓扑结构中所有的计算机连成一个封闭的环，信号的传输是以接力棒的形式进行的。 环型拓扑中，所有的计算机共享一个环路，数据必须经过所有的节点，因此一个节点发生故障会导致整个网络的故障。但是环型拓扑中采用令牌的方式使得网络中没有
9、冲突存在，因此适合于网络负载比较大的场合。IBM的Token Ring采用的就是环型结构，不过随着以太网(星型结构)的快速发展，Token Ring已经被淘汰了。,1.1.4传输介质,1同轴电缆 同轴电缆的结构如图l一7所示，其中央是一条单根的铜导线；在铜线外是塑料绝缘层；绝缘层外有一层铜导线编制的金属网，金属网不仅是电路中的一条导线，而且起着屏蔽作用，有助于减少外部干扰；最外一层是防护套，起着保护作用。,1.1.4传输介质,2双绞线双绞线中的线是双双绞在一起的，在绝缘材料里共有4对双绞线，同一对线中的两芯线在同一电流回路中，任何时候电流的大小相等方向相反。双绞可以减小这一对线对另一对线的电磁
10、干扰，同时也可以减少别的线对产生的电磁干扰对自己的影响。正因为这样，在制作双绞线时，保证正确的线序是至关重要的。,T568A和T568B,TIAEIA制定双绞线的制作标准，有两种标准：T568A和T568B，线序如图111所示。实际上，如果线的两端同时为T568A或者T568B的线序，则为直通线；如果线的一端为T568A的线序，另一端为T568B的线序，则为交叉线。 T568A线序：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白褐、褐 T568B线序：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白褐、褐,1.4传输介质,3光纤 光纤是利用光的全反射原理，用光来传输数据的，其基本结构如图112所示。由于使用光来传输信号，因
11、此光纤的抗电磁干扰的能力极强，还不容易被窃听。光纤传输距离远，速度高，通常在1000Mbps以上。然而光纤脆弱得多，铺设所需的费用也高得多，维护费用也较高，所以光纤通常用在主干上或者用于服务器到交换机的连接。光纤有单模和多模之分，单模光纤中采用单束激光传输信号，传输距离较远；多模光纤中采用多束激光传输信号，传输距离近。单模光纤主要用于室外，多模光纤则用于室内。,1.5 介质访问控制方式,1CSMACDCSMACD意为带冲突检测的多路访问，其工作原理可以概括为“先听后发、边听边发、冲突停止、等待重发”。如图113中的计算机在开始发送数据前，先检查线路上是否有载波信号存在，如果有就先放弃，过一段时
12、间再尝试重发；如果线路空闲，计算机就开始发送信号，在发送的过程中为了保证信号正确，还一边监听是否有冲突产生；一旦产生突，计算机就停止发送信号，随机等待一段时间重新开始尝试发送信号。在CSMACD中，计算机实际上是执行竞争原则，计算机何时能够“抢”到传输介质将是无法预计的。,1.5 介质访问控制方式,2令牌 令牌和CSMACD不一样，使用令牌控制介质的访问时，计算机在访问介质前要先得到一个令牌，如图1-14所示。令牌在一个封闭的环中按照一个特定的方向旋转，如果计算机没有数据发送时，令牌就直接传给下一计算机；如果有数据要发送，计算机就把令牌拿下，把数据发送出去，等到确认对方计算机已经收到后，把令牌
13、交给下一计算机。每台计算机拿到令牌后可以发送数据的时间是有限的，以防止某台计算机长期占住令牌。令牌的机制实际上就是轮流机制，由于网络中始终只有一个令牌存在，因此网络中不会有冲突存在。当网络中的计算机数量一定时，每台计算机等待令牌的最大时间是可以预测的。 （工业生产线）,1.6网络设备,在之前介绍的通信子网中，有各种各样的网络设备，包括网卡、集线器、交换机、路由器等。通常来说，网卡、集线器、交换机主要用于构建局域网；而路由器则不仅可以用于局域网，更多的是用于广域网中。,1.6网络设备,1.6.1 网卡网卡(Network Interface Card，NIC)也称为网络适配器，是计算机和传输介质
14、连接接口，它把计算机要发送的数据转换成不同传输介质上所需要的信号。 1.6.2 集线器集线器也称为Hub。使用集线器构成的网络物理上是星型拓扑结构，如图1-15所示。网络维护简单，同时集线器价格低廉，操作简便，这就是现在许多小型网络之所以使用集线器的原因。,1.6网络设备,1.6.3 交换机1、集线器不足的是计算机共享网络带宽。2、交换机工作在数据链路层，是OSI七层的第二层设备。 3、交换机是依赖于一张MAC地址与端口的映射表（称为CAM表）,1.6网络设备,图1-17交换机工作原理 （1、学习特性 2、端口：泛洪、转发、过滤） 交换机的工作原理实际上是：当一台计算机发送过一次数据帧时，就被
15、交换机记录了；如果有其他的计算机向这台计算机发送数据时，数据只会从特定端口转发出去，而不会从其他端口转发。从以上的分析中知道，如果交换机已经完成了MAC地址与端口映射表的建立，计算机A发送数据给B时，端口3、4并无数据存在，这就意味着计算机C可以同时发送数据给D，A和C不会因为同时发送数据而产生冲突，即它们不在同一冲突域。这一点和集线器有着很大的不同，交换机所接的计算机可以独占网络的带宽。交换机的这个特性可以概括为：交换机可以隔离冲突域，交换机的每一个端口就是一个小的冲突域。,交换机的作用主要有哪两个？交换机对帧的处理方式有哪三种？,交换机的作用主要有两个：一个是维护CAM(Context A
16、ddress Memory)表，该表是MAC地址和交换机端口的映射表；另一个是根据CAM来进行数据帧的转发。 交换机对帧的处理方式有三种：交换机收到帧后，查询CAM表，如果能查询到目的计算机所在的端口，并且目的计算机所在的端口不是交换机接收帧的源端口，交换机将把帧从这一端口转发出去(Forward)；如果该计算机所在的端口和交换机接收帧的源端口是同一端口，交换机将过滤掉该帧(Filter)；如果交换机不能查询到目的计算机所在的端口，交换机将把帧从源端口以外的其他所有端口上发送出去，这称为泛洪(Flood)，如果交换机接收到的帧是广播帧或者多播帧，交换机也会泛洪帧。,1.6网络设备,图1-17交换机工作原理,1.2网络设备,1.6.4 路由器 在以上的介绍中，已经知道交换机不能隔离广播，但是可以使用路由器隔离。路由器天生可以隔断广播域(当然也就隔离了冲突域)，因此一个网络中的广播就被限制在本地，不会扩散到另一个网络中。这对于因特网来说是至关重要的，如果你的计算机发送的广播包会到达美国的网络上，因特网早就因此而瘫痪了。 图118是路由器的基本使用示意图。,
