Module 1 網(wǎng)絡(luò)層次模型

1、Module1了解了解OSIOSI參考模型參考模型Host-to-HostHost-to-Host信息傳遞過程信息傳遞過程 通過本章的學(xué)習(xí)，您應(yīng)該掌握以下內(nèi)容通過本章的學(xué)習(xí)，您應(yīng)該掌握以下內(nèi)容: 掌握OSI分層模型 描述數(shù)據(jù)在源和目標(biāo)設(shè)備間的傳送過程 清楚集線器、交換機(jī)和路由器在網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧凸δ?懂得在什么情況下該用什么樣的設(shè)備 ISO:國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ( International Organization for Standardization ) OSI:開放系統(tǒng)互聯(lián) ( open system interconnection ) 20世紀(jì)70年代后期，ISO創(chuàng)建OSI參考模型，希

2、望不同供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)能夠相互協(xié)同工作，但迄今為止，這仍然是一個(gè)偉大的目標(biāo)！標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOOSI七層模型七層模型 OSI七層模型七層模型(續(xù)續(xù))OSI七層模型七層模型(續(xù)續(xù))OSI七層模型七層模型(續(xù)續(xù))OSI七層模型七層模型(續(xù)續(xù))OSI七層模型七層模型(續(xù)續(xù))OSI七層模型七層模型(續(xù)續(xù)) 層 layer：描述了所有需求的有效的通訊過程，并把這些過程邏輯上的組叫做層。 分層的優(yōu)點(diǎn)： 1、將網(wǎng)絡(luò)的通信過程劃分為小一些，簡單一些的部件，因此有助于各個(gè)部件的使用及故障排錯(cuò)； 2、促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作,允許各個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行開發(fā)； 3、通過定義在模型的每一層實(shí)現(xiàn)什么功能，鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化； 4、允許各種類型的

3、網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件互相通信； 5、靈活性好,某一層變化不會(huì)影響到別層，設(shè)計(jì)者可專心設(shè)計(jì)和開發(fā)模塊功能。網(wǎng)絡(luò)分層的優(yōu)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分層的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)封裝數(shù)據(jù)封裝數(shù)據(jù)解封裝數(shù)據(jù)解封裝封裝 （ encapsulate/encapsulation）：數(shù)據(jù)要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，要從高層一層一層的向下傳送，如果一個(gè)主機(jī)要傳送數(shù)據(jù)到別的主機(jī)，先把數(shù)據(jù)裝到一個(gè)特殊協(xié)議報(bào)頭中，這個(gè)過程叫-封裝封裝分為：切片和加控制信息解封裝：上述的逆向過程封裝與解封裝封裝與解封裝端到端的信息傳輸端到端的信息傳輸PDU（protocol data unit):每一層使用自己層的協(xié)議和別的系統(tǒng)的對應(yīng)層相互通信，協(xié)議層的協(xié)議在對等層之間交換的信息叫協(xié)

4、議數(shù)據(jù)單元。Applicationlayer: APDUPresentation : PPDUSession : SPDU上三層數(shù)據(jù) : Messagetransport layer : SegmentNetwork layer : PacketData-link layer : FramePhysical layer : BitPDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）通通 信信 介介 質(zhì)質(zhì)應(yīng)用層應(yīng)用層表示層表示層會(huì)話層會(huì)話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)連路層數(shù)據(jù)連路層物理層物理層應(yīng)用層應(yīng)用層表示層表示層會(huì)話層會(huì)話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)連路層數(shù)據(jù)連路層物理層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)連路層物理層通通 信信 介介

5、質(zhì)質(zhì)端系統(tǒng)端系統(tǒng)A A端系統(tǒng)端系統(tǒng)B B數(shù)據(jù)傳輸過程數(shù)據(jù)傳輸過程定義定義 介質(zhì)類型 連接器類型 信令類型Ethernet802.3V.35物理層物理層EIA/TIA-232物理層物理層機(jī)械特性電氣特性功能特性規(guī)程特性Network Interface Card傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 有線介質(zhì)有線介質(zhì): 雙絞線 同軸電纜 光纖 無線介質(zhì)無線介質(zhì): 無線信號不需要任何銅或光纖等物理介質(zhì)，每個(gè)信號都使用不同的頻率。Differentiating Between ConnectionsUnshielded Twisted-Pair Cable 傳輸速率：10 to 1000 Mb/s 平均網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間成本：低

6、 連接器和介質(zhì)尺寸：小 最大線纜長度：可變RJ-45 ConnectorRJ-45 Jack雙絞線雙絞線 雙絞線的分類 屏蔽雙絞線(stp) (2對線) 非屏蔽雙絞線(utp) (4對線)Cable 10BASE-T/100BASE-TX Straight-ThroughPin LabelPin Label12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNC12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNCStraight-Through CableWires on cable endsare in same order.UTP Implementation (Straight-Th

7、rough)Cable 10BASE-T or100BASE-TX Straight-ThroughCrossover CableSome wires on cableends are crossed.Pin LabelPin Label12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNC12345678TX+TX-RX+NCNCRX-NCNCEIA/TIA T568AEIA/TIA T568BUTP Implementation (Crossover)UTP Implementation: Straight-Through vs. Crossover兩個(gè)端口均標(biāo)有或均沒標(biāo)有兩個(gè)端口均標(biāo)有

8、或均沒標(biāo)有“X”時(shí)用交叉線時(shí)用交叉線. 有且僅有一個(gè)端口標(biāo)記有有且僅有一個(gè)端口標(biāo)記有“ X”時(shí)使用直連線時(shí)使用直連線.1x 2x 3x 4x 1x 2x 3x 4x 1x 2x 3x 4x Using Varieties of UTP同軸電纜同軸電纜的分類同軸電纜的分類 基帶（一般用于數(shù)字信號傳輸） 粗纜（AUI，電阻：50 ） 細(xì)纜（BNC，電阻：50 ） 寬帶（采用頻分多路復(fù)用法） 有線電視(CATV)，電阻：75 同軸電纜的接頭同軸電纜的接頭粗纜(AUI)的DB15連接粗纜：粗纜：0.5英寸英寸(直徑直徑)細(xì)纜細(xì)纜:0.25英寸英寸(直徑直徑) 細(xì)纜(BNC)的連接 光纖的特征 高速度(

9、可達(dá)到10Gbps) 低損耗 長距離 高抗干擾性 多用于主干 每條光纖都沿單一方向傳送信號，因此光纖須成對出現(xiàn)(一個(gè)用于發(fā)送，另一個(gè)用于接收)光纖光纖光纖的分類光纖的分類類別類別纖芯直徑纖芯直徑(m) 1m=百萬分之一米百萬分之一米發(fā)光源發(fā)光源傳輸距離傳輸距離單模8/125微米或9/125微米 激 光10km多模62.5/125微米或50/125微米發(fā)光二極管2km以太網(wǎng)物理層相關(guān)概念以太網(wǎng)物理層相關(guān)概念MICRJ-45AUIBNCRJ-45連接器連接器400m100m500m185m100m最大最大傳輸距離傳輸距離62.5m 多模光纖5類UTP粗纜細(xì)纜345類UTP 2對介質(zhì)介質(zhì)類型類型10

10、0Base-FX100Base-TX10Base-510Base-210Base-T以太網(wǎng)以太網(wǎng)類型類型RJ-45RJ-45連接器連接器3-10km275m（62.5m）550m（50m）100m25m最大最大傳輸距離傳輸距離9m單模光纖62.5/50m5類UTP 4對STP介質(zhì)介質(zhì)類型類型1000Base-LX1000Base-SX1000Base-T1000Base-CX以太網(wǎng)以太網(wǎng)類型類型 802.3 說明了10mb以太網(wǎng)規(guī)范 10 Base-T、10 Base-2、10 Base-3 802.3u 說明了100mb (快速) 以太網(wǎng)規(guī)范 100 Base-TX、100 Base-FX

11、802.3z 說明了1000mb 以太網(wǎng)規(guī)范 1000 Base-CX、1000 Base-SX、1000 Base-LX 802.3ab 說明了1000mb 以太網(wǎng)規(guī)范 1000 Base-T 802.3ae 說明了10Gbps 以太網(wǎng)規(guī)范 光纜上的10Gbps以太網(wǎng)物理層相關(guān)概念以太網(wǎng)物理層相關(guān)概念l 集線器集線器l 編碼編碼解碼器解碼器 l 傳輸介質(zhì)連接器傳輸介質(zhì)連接器l 中繼器中繼器物理層設(shè)備物理層設(shè)備LAN集線器（集線器（HUB）共享帶寬延長傳輸距離放大信號沖突沖突 沖突沖突 （collision）：在以太網(wǎng)中，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，從兩個(gè)設(shè)備發(fā)出的幀將會(huì)碰撞，在物理介質(zhì)上相遇，

12、彼此數(shù)據(jù)都會(huì)被破壞 沖突域沖突域（collision domain）一個(gè)支持共享介質(zhì)的網(wǎng)段沖突域CSMA/CD技術(shù)技術(shù) 載波偵聽多路訪問/沖突檢測 CSMA/CD（carrier sense multiple access/collision detect)： 一種介質(zhì)訪問的控制方法，當(dāng)在同一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳送數(shù)據(jù)包時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生沖突，而CSMA/CD機(jī)制就是用來解決這種沖突問題CSMA/CD 發(fā)前先聽 忙則等待 空閑轉(zhuǎn)發(fā) 邊發(fā)邊聽CSMA/CD重要特性重要特性 使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信） 每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一

13、小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性 這種發(fā)送的不確定性使整個(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率 無線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用射頻（RF）技術(shù)，取代舊事的雙絞線構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能。無線網(wǎng)絡(luò)所需要的基礎(chǔ)設(shè)施不需要在埋在地下或隱藏在墻里，并且可以隨需移動(dòng)或變化。 WLAN已經(jīng)成為寬帶接入的有效手段之一，使用WLAN的區(qū)域及其承載的業(yè)務(wù)愈來愈多。為例更好的構(gòu)建理想中的無線網(wǎng)絡(luò)，我們需要了解無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體系，熟悉構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的功能。無線技術(shù)無線技術(shù)ITU-R with FCC Wireless ISM指：工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療頻段 沒有許可

14、證要求 沒有獨(dú)家使用 盡最大努力 可能干擾幾種常用的無線技術(shù) IrDA BlueTooth 802.11 802.11b 802.11a 802.11g 802.11nCables and ConnectorsWLAN組件組件 客戶端適配器 接入點(diǎn) 網(wǎng)橋 天線 線纜和附件物理層物理層: 廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)Data Terminal Equipment數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備 WAN連接中用戶方的最后設(shè)備Data Communications Equipmen數(shù)據(jù)通訊設(shè)備數(shù)據(jù)通訊設(shè)備WAN服務(wù)商方的最后通訊設(shè)備 DCE提供時(shí)鐘Serial Point-to-Point Connections2500

15、路由器路由器背板一覽背板一覽WAN串口可以采用固化方式串口可以采用固化方式固化的端口固化的端口控制口控制口1603 路由器路由器背板一覽背板一覽 AUI以太網(wǎng)口以太網(wǎng)口10BaseT以太網(wǎng)口以太網(wǎng)口ISDN BRI S/TWAN串口可以采用模塊化方式串口可以采用模塊化方式3640 路由器路由器背板一覽背板一覽模塊模塊WAN 接接口卡口卡模塊化端口模塊化端口數(shù)據(jù)鏈路層 源和目標(biāo)的物理地址 與幀關(guān)聯(lián)的高層協(xié)議 (Service Access Point) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?幀順序 數(shù)據(jù)流控制 有向或無向連接IEEE以太網(wǎng)的組件以太網(wǎng)的組件數(shù)據(jù)鏈路層 名稱IEEE標(biāo)準(zhǔn) 描述上部邏輯鏈路控制LLC802.2定

16、義如何在數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。LLC是由軟件執(zhí)行的下部介質(zhì)訪問控制MAC802.3定義信息是如何在以太網(wǎng)環(huán)境中傳輸?shù)模⑶叶x成幀、MAC尋址以及關(guān)于以太網(wǎng)如何工作的技術(shù)細(xì)節(jié)。MAC由硬件執(zhí)行Ethernet 幀幀類型：0 x0800(Ipv4數(shù)據(jù)包) 0 x86dd(Ipv6數(shù)據(jù)包) 0 x0806(ARP數(shù)據(jù)包) 0 x8035(RARP數(shù)據(jù)包) MAC子層（media access control): 負(fù)責(zé)MAC尋址和定義介質(zhì)訪問控制方法 MAC子層一般的訪問控制方式： 1.爭用式：沖突不可避免； CSMA/CD ；FCFS（first come first service)

17、2.輪流式：訪問時(shí)間可預(yù)見，不發(fā)生沖突；但是要有Token 令牌 MAC子層協(xié)議有： 802.3 802.5 FDDI（fiber distributed data interface)三個(gè)LAN技術(shù)的不同在于幀結(jié)構(gòu)和訪問機(jī)制的不同MAC子層MAC 地址組成地址組成0=0=全局管理地址全局管理地址1=1=本地管理地址（一般不用）本地管理地址（一般不用）0=0=單播地址單播地址1=1=組播地址組播地址主要公司的Ethernet物理地址: 公司：公司： CiscoCisco 00-00-0c Novell Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com 3Com 00-20-AF 00

18、-60-8C IBM IBM 08-00-5ALAN通信通信多個(gè)沖突域多個(gè)沖突域 每段有自己的沖突域每段有自己的沖突域 廣播信息向所有段轉(zhuǎn)發(fā)廣播信息向所有段轉(zhuǎn)發(fā)Summary 以太網(wǎng)起源于上世紀(jì)70年代的DEC、英特爾、和施樂公司以及被稱為DIX以太網(wǎng)。在上世紀(jì)80年代中期，一個(gè)工作組對本機(jī)構(gòu)定義了新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，確定了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，被稱為以太網(wǎng)802.2和802.3。 在OSI模型的物理和數(shù)據(jù)鏈路層， 以太網(wǎng)LAN標(biāo)準(zhǔn)指定線路和信號。 終端使用CSMA/CD的沖突避免機(jī)制，可以在任一時(shí)間上網(wǎng)。發(fā)送數(shù)據(jù)之前，CSMA/ CD的站監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，以確定它是否已被使用。如果在使用中，他們等待。如果網(wǎng)絡(luò)是空

19、閑的，則傳遞數(shù)據(jù)。發(fā)生碰撞時(shí)，則退避等待下次監(jiān)聽。Summary (Cont.) 一個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)幀包括起始幀首定界符，目的地址，源地址，類型/長度，數(shù)據(jù)和PAD，和幀校驗(yàn)序列。 主要有三種類型的通信網(wǎng)絡(luò)： 單播，幀是從一個(gè)主機(jī)發(fā)送給一個(gè)具體的目標(biāo)； 廣播，其中一幀是來自一個(gè)地址的所有其他地址； 組播，其中一個(gè)目標(biāo)針對特定的一組設(shè)備。 在以太網(wǎng)中使用地址，是針對數(shù)據(jù)傳遞給相應(yīng)的接受端。 MAC子層處理物理地址的問題，物理地址是一個(gè)48bit二進(jìn)制，采用十六進(jìn)制的表示方式。Wide-Area NetworkNeed for WANsWANs vs. LANsWANSLANSArea區(qū)域廣闊單一的建筑

20、或者小的范圍ownership運(yùn)營商屬于自己的或者單位的WAN Access and the OSI Reference ModelWANMultiple LANsWAN Devices Routers Terminal servers Modems DSU/CSU WAN networking devicesATM switchesFrame Relay switchesPSTNWAN Data-Link Protocols HDLC PPP Frame Relay (LAPF) ATMWAN Link OptionsSummary 廣域網(wǎng)有三個(gè)主要特點(diǎn)： 連接的設(shè)備被分隔在廣泛地地理范圍;

21、 使用運(yùn)營商的服務(wù)，如電話公司，有線電視公司，衛(wèi)星系統(tǒng)，和網(wǎng)絡(luò)提供商; 高帶寬的使用串行連接訪問不同的地理區(qū)域。 許多企業(yè)和家庭與遠(yuǎn)程用戶的連接，包括用戶與位置偏遠(yuǎn)的公司之間的通信；不同組織之間的數(shù)據(jù)共享；訪問企業(yè)信息的遠(yuǎn)行工作者。Summary (Cont.) 局域網(wǎng)連接計(jì)算機(jī)，外設(shè)，和其他裝置，一個(gè)單一的建筑物或其他小的地理區(qū)域;廣域網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸在廣泛的地理位置上。 一個(gè)公司，組織或個(gè)人必須向外部廣域網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商申請使用廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而局域網(wǎng)通常的擁有和使用者是該公司，組織，或個(gè)人。 廣域網(wǎng)的功能主要集中在OSI參考模型的第1層和2層。Summary (Cont.) 主要類型的設(shè)備用于

22、廣域網(wǎng)接入環(huán)境包括路由器，通訊服務(wù)器，調(diào)制解調(diào)器(DSU/CSUs),和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如幀中繼和PSTN交換機(jī)。 局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)都使用路由器，在局域網(wǎng)中路由器可用來分段，它也可作為廣域網(wǎng)連接設(shè)備。 基于數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，定義了數(shù)據(jù)在WAN傳輸?shù)倪^程中被封裝的格式 ，各種技術(shù)：如綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，幀中繼或ATM。核心核心服務(wù)器服務(wù)器core_sw_a ISDN 云云圖例圖例快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)/以太網(wǎng)以太網(wǎng)ISDN專線專線core_sw_b core_sw_b ISL 專線專線/幀中繼幀中繼 連接廣域網(wǎng) OSI的網(wǎng)絡(luò)層 無連接的協(xié)議 獨(dú)立的數(shù)據(jù)包處理 分級地址 最大努力將報(bào)文傳送到目的地 沒有數(shù)據(jù)恢復(fù)功能網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層IP, IPX數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層EIA/TIA-232v.35Ethernet幀中繼幀中繼HDLC802.2802.3了解網(wǎng)絡(luò)層了解網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源地址源地址目標(biāo)地址目標(biāo)地址IP頭頭172.15.1.1主機(jī)號主機(jī)號網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號 邏輯地址邏輯地址網(wǎng)絡(luò)層端接設(shè)備的數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層端接設(shè)備的數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層功能網(wǎng)絡(luò)層功能路由表路由表目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) 端口端口距離距離124S0S0E01001.04.01.3E