CCNA第1天网际互连.ppt

CCNA,第一章 网际互连基础,标准化组织,国际标准化组织统一了网络的标准,使各个网络产品厂家生产的产品的可以相互通信: ISO: 制定了大型的标准,包括与INTERNET相关的标准,ISO提出了OSI参考模型,OSI参考模型描述了网络的工作原理,为计算机网络构建了一个易于理解的,清晰的层次模型 IEEE: 提供了网络硬件上的标准使各种不同网络硬件厂商生产的硬件设备相互通信,IEEE LAN标准是当今居于主导地位的LAN标准,它主要定了802.X协议族,期中802.3为以太网标准协议簇,802.4为令牌总线网(TOKEN BUS)标准,802.5为令牌环网(TOKEN RING)标准,802.11为无线局域网(WLAN)标准. INTERNET架构委员会 下设工程任务委员去(IETF) 研究任务委员会(IRTF),号码分配委员会(IANA)负责各种INTERNET,的标准的定义,是目前最具影响力和国 际标准化组织,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： 1.促进标准化工作,允许各个供应商进行开发. 2.各层间相互独立,把网络操作分成低复杂性单元. 3.灵活性好,某一层变化不会影响到别层，设计者可专心设计和开发模块功能. 4.各层间通过一个接口在相邻层上下通信. 5.加速发展 便于教学.,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,数据流层:负责网络数据传输,应用层:负责主机间的数据传输,OSI 模型,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,数据流层的作用,TCP UDP SPX,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,IP IPX,例子,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,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,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。,APDU,PPDU,SPDU,Segment,Packet,Frame,Bit,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,封装过程,上层数据,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,LLC 头,IP 头,FCS,FCS,解封装过程,上层数据,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,物理层,物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等 局域网与物理层 介质标准：10Base-T、100Base-T、1000Base-T、WiFi(802.11a,802.11b,802.11g,802.11n) 网络设备：集线器、无线接入点等。 广域网与物理层 DTE设备：路由器、终端主机等； DCE设备：广域网交换机、Modem、CSU/DSU等； 常见接口：RS-232、V.24、V.35等。,物理层设备,HUB,AP,集线器运行在物理层,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,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）一个支持共享介质的网段 广播域 (broadcast domain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为router不转发广播）,冲突域图示,接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术,CSMA/CD,载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD（carrier sense multiple access/collision detect)：一种介质访问的控制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题,CSMA/CD原理,当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送；如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个JAM阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。,CSMA/CD的特性,使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信） 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率,数据链路层,局域网数据链路层分为2个子层：LLC子层和MAC子层。 数据链路层的功能： 物理地址定义 网络拓扑结构 链路参数 差错验证 物理介质访问 流控制（可选） 数据链路层的设备： 网桥、交换机,数据链路层,物理层,EIA/TIA-232 v.35,Ethernet,Frame Relay,HDLC,802.2,802.3,MAC子层,MAC子层（media access control):负责MAC寻址和定义介质访问控制方法 MAC子层一般的访问控制方式： 1。争用式：冲突不可避免； CSMA/CD ；FCFS（first come first service) 2。轮流式：访问时间可预见，不发生冲突；但是要有Token 令牌 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,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,前导符,Ethernet II 在这里用 “Type”指明上层协议，所以不用 802.2.,8,# 字节,MAC地址,00e0.fc01.2345,厂商编号,序列号,24 bits,24 bits,00e0.fc01.2345,Rom,Ram,MAC地址有48bit，用16进制数表示,LLC子层,LLC子层（logical link control):为上层协议提供SAP 服务访问点，并为数据加上控制信息 LLC子层协议：802.2 802.2协议只在LLC子层，为以太网和令牌环网提供了通用功能 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（SAP）,运行在数据链路层的设备-交换机,数据链路层,或,1,2,3,1,2,每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域,网络层,网络层,IP, IPX,定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址 定义通过网络的路径 多链路连接 编址和路由 网络层的设备 路由器,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,三层包,路由,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,网络层设备-路由器,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,集线器,网桥,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,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,IP,传输层,TCP,UDP,Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP),面向连接 非面向连接,TCP和UDP的报文,TCP/UDP的比较,TCP-传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。TCP提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。 UDP-用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。,TCP 端口号,TCP,端口号,F T P,T E L N E T,D N S,S N M P,T F T P,S M T P,UDP,21,23,25,53,69,161,R I P,520,传输层,应用层,TCP 端口号,源端口,目标端口,Host A,1028,23,SP,DP,Host Z,Telnet Z,目标端口 = 23.,TCP 顺序号和确认号,源端口,目标端口,顺序号 #,确认号 #,Source,Dest.,Seq.,Ack.,1028,23,10,1,我发送 #10.,TCP 顺序号和确认号,我已收到 #10, 现在我需要 #11.,源端口,目标端口,顺序号 #,确认号 #,1028,23,Source,Dest.,10,Seq.,1,Ack.,1028,23,Source,Dest.,11,Seq.,1,Ack.,我发送 #10.,TCP 顺序号和确认号,源端口,目标端口,顺序号 #,确认号 #,1028,23,Source,Dest.,11,Seq.,2,Ack.,1028,23,Source,Dest.,10,Seq.,1,Ack.,1028,23,Source,Dest.,11,Seq.,1,Ack.,我已收到 #10, 现在我需要 #11.,我发送 #10.,TCP 顺序号和确认号,源端口,目标端口,顺序号 #,确认号 #,Source,Dest.,10,Seq.,1,Ack.,我已收到 #11, 现在我需要 #12.,我发送 #11,Source,Dest.,Seq.,Ack.,1028,23,11,2,1028,23,Source,Dest.,1,Seq.,11,Ack.,23,1028,Source,Dest.,Seq.,Ack.,23,1028,2,12,TCP 三次握手,发送 SYN (seq=100 ctl=SYN),接收 SYN,发送 SYN, ACK (seq=300 ack=101 ctl=syn,ack),建立会话 (seq=101 ack=301 ctl=ack),Host A,Host B,接收 SYN,TCP连接建立,滑动窗口,需要修改窗口大小,发送数据太快了！,应用层协议,会话层协议： SQL、NFS、RPC等； 表示层协议： ASCII、MPEG、JPEG等； 应用层协议： 文字处理、邮件、电子表格等。,OSI模型的意义,提供了网络间互连的参考模型 成为实际网络建模、设计的重要参考工具和理论依据 OSI/RM的思想为我们提供了进行网络设计与分析的方法,OSI模型的缺陷,许多功能在多个层次重复，有冗余感（如流控，差错控制等） 各层功能分配不均匀（链路、网络层任务重，会话层任务轻） 功能和服务定义复杂，很难产品化 （实际应用中几乎没有完全按OSI七层模型设计的产品）,7,6,5,4,3,2,4,3,2,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,应用层,主机到主机层,Internet层,1,网络接入层,OSI和TCP/IP模型的比较,TCP/IP协议栈,TCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。,应用层,主机到主机层,internet层,提供应用程序网络接口,建立端到端连接,寻址和路由选择,物理介质访问,二进制数据流传输,网络接入层,应用层,文件传输 FTP、TFTP 邮件服务 SMTP、POP3 网络管理 SNMP、Telnet、Ping、Tracert 网络服务 HTTP、DNS、WINS,IP报文格式,ARP协议,172.16.3.1,172.16.3.2,IP: 172.16.3.2 = ?,我需要知道176.16.3.2的物理地址.,ARP协议,172.16.3.1,172.16.3.2,IP: 172.16.3.2 = ?,ARP协议,172.16.3.1,IP: 172.16.3.2 Ethernet: 0800.0020.1111,172.16.3.2,IP: 172.16.3.2 = ?,ARP协议,映射 IP Ethernet Local ARP,172.16.3.1,IP: 172.16.3.2 Ethernet: 0800.0020.1111,172.16.3.2,IP: 172.16.3.2 = ?,ARP地址解析协议,需要10.0.0.2的MAC地址？,IP:10.0.0.1/24 MAC:00-E0-FC-00-00-11,IP:10.0.0.2/24 MAC:00-E0-FC-00-00-12,ARP Request?,10.0.0.2 对应的MAC：00-E0-FC-00-00-12,ICMP协议,B可达吗？,ICMP Echo Request,我在。,A,B,CISCO的三层模型,核心层,核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输,骨干层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输。网络的控制功能最好尽量少在骨干层上实施。核心层一直被认为是所有流量的最终承受者和汇聚者，所以对核心层的设计以及网络设备的要求十分严格。核心层设备将占投资的主要部分。,汇聚层,汇聚层的功能主要是连接接入层节点和核心层中心。汇聚层设计为连接本地的逻辑中心，仍需要较高的性能和比较丰富的功能。 在实施上，汇聚层除要进行路由聚合外，还要考虑实施QoS保障、安全等网络策略。,接入层,我们在核心层和汇聚层的设计中主要考虑的是网络性能和功能性要高，那么我们在接入层设计上主张使用性能价格比高的设备。接入层是最终用户(教师、学生) 与网络的接口，它应该提供即插即用的特性，同时应该非常易于使用和维护。当然我们也应该考虑端口密度的问题。,