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1、第1章 网络互联概述,1.1 网络互联模型 1.2 物理层和数据链路层 1.3 网络层和路径确定 1.4 传输层及其以上层 1.5 网络互联设备,第1章 网络互联概述,本章要点 ISO网络互联模型。 TCP/IP协议族。 物理和数据链路层。 网络层和路径确定。 传输层与上层协议。 Cisco路由器、交换机和集线器。 本章难点 TCP/IP原理。 IP地址与子网掩码。 Cisco路由器与交换机设备。,下一页,返回,第1章 网络互联概述,所谓计算机网络，是指互联起来的功能独立的计算机的集合。“互联”是指相互连接的两台计算机能够互相交换信息。“功能独立”是为了将计算机网络与主从系统区别开。按照网络的
2、地域覆盖范围，可以把计算机网络分为局域网（Local Area Network，LAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）、广域网（Wide Area Network，WAN）和网间网（Internet，又叫国际互联网）。 本章将介绍ISO网络互联模型，了解OSI网络参考模型的各层协议功能。学习TCP/IP网络的协议与功能实现，掌握TCP/IP原理，熟悉IP地址的划分与子网掩码的使用。熟悉局域网模型，了解网络互联设备。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,如果一个步骤是与具体的应用程序打交道，就认为此步骤属于模型中的高层，在高层和低层之间按照逻辑关系
3、，还有一些中间层次。 将通信过程划分为不同层次的原因是因为通信过程是一个复杂的过程，对于用户来讲，能使用WWW浏览信息，能发送电子邮件就能满足需要，他们只关心这些应用程序，而不关心具体的通信过程；另外一些软件驻留在后台处理通信过程中必要的任务，如建立连接、发送数据等，而不关心数据是如何发送出去的；还有一些硬件专门用来负责信号的传递。这样不同的软硬件之间有着层次分明的调用关系，自然就形成了层次的概念，而参考模型正是对这些层次进行区分和定义的。,下一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,因为计算机通信的低层网络技术种类很多，彼此大相径庭，所以将不同种类的网络技术融为一体，正是网间网的目标。无论哪
4、一种网络，其差异性无非体现在协议上：协议层次结构不同、协议功能不同、协议细节不同等，因此，异种网互联就是实现不同协议的转换。只有在异种网中具有相同协议的对应层之间进行协议转换才能实现异种网的互联。当然，这里有个限制，如果相同协议对应层之上的各对应层协议不相同，则在该相同协议层的协议转换也是没有意义的。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,参考模型是关于计算机之间如何进行通信的一种形象化的表示方式，它将进行通信所需要的每一个步骤按照层次的概念组织起来。如果一个步骤处理的事情是负责物理线路的具体传输，就认为此步骤属于模型中的低层，反过来，如果一个步骤是与具体的应用程序打交道，就认为此步骤属
5、于模型中的高层，在高层和低层之间按照逻辑关系，还有一些中间层次。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,将通信过程划分为不同层次的原因是因为通信过程是一个复杂的过程，对于用户来讲，能使用WWW浏览信息，能发送电子邮件就能满足需要，他们只关心这些应用程序，而不关心具体的通信过程；另外一些软件驻留在后台处理通信过程中必要的任务，如建立连接、发送数据等，而不关心数据是如何发送出去的；还有一些硬件专门用来负责信号的传递。这样不同的软硬件之间有着层次分明的调用关系，自然就形成了层次的概念，而参考模型正是对这些层次进行区分和定义的。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,1.1.1 OSI模型
6、 OSI（Open System Interconnection，开放系统互联）模型是由国际标准化组织（ISO）定义的标准，它定义了一种分层体系结构，在其中的每一层定义了针对不同通信级别的协议。ISO是由许多国家的标准化组织成员组成的，其中包括美国首要的非政府标准化组织机构美国国家标准化学会（ANSI）。 “开放”用在这里的意思就是表示这个标准允许网络间的互联，只要求使用的通信软件遵循这个标准，而无需考虑低层的硬件。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,将网络进行层次的划分有如下优点： 简化相关的网络操作。 提供即插即用的兼容性，利用不同厂商之间集成的标准接口。 使工程师们能够专注于设
7、计和优化不同网络互联设备的互操作性。 防止一个区域的网络变化影响另外一个区域的网络，每个区域的 网络都能够单独快速地升级。 把复杂的网络连接问题分解成小的简单的问题，易于学习和操作。 OSI模型有7层，如图1-1所示，分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。OSI模型在逻辑上可分为两个部分：低层的14层关注的是原始数据的传输；高层的57层关注的是网络下的应用程序。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,1. 物理层（Physical Layer） 物理层是OSI参考模型的最低层。物理层负责通过通信信道传输二进制数据流。信道可以是同轴电缆、光缆、卫星链路以及普通
8、的电话线。 在网络中，物理层为执行、维护和终止物理链路定义了电子、机械、过程及功能的规则。物理层具体定义了诸如电位级别、电位变化间隔、物理数据率、最大传输距离和物理互联装置特性。 物理层涉及通信在信道上传输的原始比特流。设计上必须保证一方发出“1”时，另一方接收到的是“1”而不是“0”。在物理层，涉及的问题主要是处理机械的、电气的和过程的接口以及物理层下的物理传输介质等。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,2. 数据链路层（Data Link Layer） 数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特性，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校
9、验、帧序列以及流控。物理编址（相对应的是网络编址）定义了设备在数据链路层的编址方式；网络拓扑结构包括数据链路层的说明，该说明常常定义了设备的物理连接方式，如总线拓扑结构或拓扑结构；错误校验向发生传输错误的上层协议告警；数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧；流量控制可以延续数据的传输能力，以使接收设备不会因为在某一时刻接收到了超过其处理能力的信息流而崩溃。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,电气与电子工程师学会（IEEE）将数据链路层分成逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）和介质访问控制（Medium Access Control，MAC）两个子层。 逻辑
10、链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信，IEEE 802.2标准定义了LLC支持无连接服务和面向连接服务。IEEE 802.2 在数据链路层的信息帧中定义了许多域，这些域使得多种高层协议可共享一个物理数据链路。数据链路层的介质访问控制则定义了如何利用网络介质的协议，IEEE MAC规则定义了MAC地址，以标识数据链路层中的多个设备。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,数据链路层的主要任务是物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显示为一条无错的线路。发送方把输入数据分装在数据帧（Data Frame）里，按顺序发送各帧，并处理接收方回传的确认帧（Acknowledgement F
11、rame）。由于物理层仅仅接收和传送比特流，并不关心它的意义和结构，所以只能依赖各链路层来产生和识别帧边界。 常见的数据链路层协议包括：高级数据链路控制（HDLC），是ISO的标准和子集，例如同步数据连接控制（SDLC）；D信道链路接入步骤（LAPD）；广域网（WAN）协议，例如帧中继和ISDN。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,3. 网络层（Network Layer） 网络层提供路由选择及其相关的功能，这些功能使得多个数据链路被合并到/。网络层为高层协议提供面向连接的服务和无连接服务。网络层协议一般都是路由选择协议，但其他类型的协议也可在网络层上实现。 网络层关系到子网的运行控
12、制，其中的一个关键问题是确定分组从源端到目的端的路由选择问题。既可以选用网络中固定的静态路由表，也可以在每一次会话时决定路由，还可以根据网络当前的负载状况，高度灵活地为每一个分组决定路由。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,网络层协议如下： X.25，一种面向连接的分组包交换协议，由ITU-T（国际电信联盟电信标准化部）制定。X.25在公用数据网络上（尤其是在欧洲）被广泛地使用。 IP（网间互联协议），是DARPA（美国国防部高级计划研究局）为互联网工程开发的网络协议之一，是互联网上主要使用到的协议。当学习TCP/IP时，会学到更多的有关IP的内容。 IPX（网间包交换协议），Nov
13、ell NetWare的网络层协议，是由XNS协议族演化而来的。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,4. 传输层（Transport Layer） 传输层实现了向高层传输可靠的互联网络数据的服务。传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理设备之间的数据传输问题，确保传输设备不发送比接收设备处理能力大的数据；多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上；虚电路由传输层建立、维护和终止；差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同的结构，而差错恢复包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解决发生任何错误。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,
14、（1）基本功能。从会话层接收数据，并且在必要的时候将它分成较小的单元，传输给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误，而且这些任务必须高效地完成。 通常，会话层每请求建立一个传输连接，传输层就会为其创建一个独立的网络连接。如果传输连接需要一个较高的吞吐量，传输层也可以为其创建多个网络连接，让数据在这些网络连接上分流，以提高吞吐量。另一方面，如果创建和维持一个网络连接不划算，传输层可以将几个传输连接复用到一个网络连接上，以降低费用。 传输层是真正的从源到目标的“端到端”层，也就是说，源端机上的程序利用报文头和控制报文与目标机上的类似程序进行对话，如图1-2所示。,上一页,下一页,返回,1.1 网
15、络互联模型,（2）连接管理。TCP协议的传输层负责建立和释放连接，由于存在丢失和重发包的可能性，因此这是一个复杂的过程。 （3）流量控制和缓冲。网络中的每个结点都能以一个特定的速率接收信息。这个速率由计算机的计算能力和其他因素决定。每个结点还有一定数量的用于存储数据的处理器内存。传输层确保接收方结点有足够的缓冲区，且保证数据传输的速率不超过接收方结点可以接收数据的速率，还要保证会话层通信服务的可靠性。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,5. 会话层（Session Layer） 会话层就是会话开始和结束以及达成一致会话规则的地方。 一封信一般由开头、正文和结尾组成。网络中的情况也是一
16、样的，首先通过一个程序初始化网络通信，接着发送信息、接收信息，最后结束通信。 会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。 会话层允许不同计算机上的用户建立会话关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据的传输，并提供了对某些应用有用的增强服务会话，也可以用于远程登录到分时系统或在两台机器之间传递文件。,上一页,下一页,返回,1.1 网络互联模型,6. 表示层（Presentation Layer） 表示层是处理有关计算机如何表示数据和在计算机内如何存储数据的过程。 OSI模型中表示层是处理信息在计算机上的表示，换句话说，表示层处理计算机存储信息的格式问题。表示层完成某些特定的功能。表示层服务的一个典型的例子就是用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。 （1）数据表示。表示层解决了连接到网络的不同计算机之间数据表示的差异。例如，可以处理使用EBCDIC字符编码的IBM大型机和一台使用ASCII字符编码的IBM或兼容个人计算机之间的通信。,上一页,下一页,
