1、计算机网络基础知识（一）,计算机网络的由来,60年代初，美国和原苏联之间的冷战状态随之升温。 美国国防部认为，如果仅有一个集中的军事指挥中心，万一这个中心被原苏联的核武器摧毁，全国的军事指挥将处于瘫痪状态，其后果将不堪设想，因此有必要设计这样一个分散的指挥系统它由一个个分散的指挥点组成，当部分指挥点被摧毁后其它点仍能正常工作，而这些分散的点又能通过某种形式的通讯网取得联系。 1969年，美国国防部高级研究计划管理局（ ARPA - - Advanced Research Projects Agency ）开始建立一个命名为ARPAnet的网络， 把美国的几个军事及研究用电脑主机联接起来。 19
2、83年，ARPA和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的TCP/IP协议。 1986年，美国国家科学基金会建立了 NSFnet广域网，如今，NSFnet已成为Internet 的重要骨干网之一。,计算机网络的演进,主机,主机互连 把主机与主机通过Modem和 PSTN等已有的通信系统互联起来,主机,主机,主机,主机,主机,主机,主机,局域网 把一定范围内的主机 互联起来成为一个局网,因特网 （Internet） 把多个地理位置分散的骨干网 互联起来形成一个庞大的网络,PSTN,LAN,LAN,WAN,LAN,互联网 （internet） 把多个局域网通过通过路由 互联起来成为一个互联网,IS
3、P,企业,企业,ISP,校园,ISP,计算机网络的类型,LAN（Local Area Network） 通常指几千米以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合 MAN（Metropolitan Area Network） MAN覆盖范围为中等规模，介于局域网和广域网之间，通常是在一个城市内的网络连接（距离为10KM左右） WAN（Wide Area Network） 分布距离远，它通过各种类型的串行连接以便在更大的地理区域内实现接入,总线型,星型,树型,环型,全网状,部分网状,交换技术和网络性能指标,电路交换：基于电话网的电路交换 优点：延迟小、透明传输 缺点：带
4、宽固定，网络资源利用率低，初始连接建立慢 报文交换：以报文为单位存储转发 优点：多路复用，网络资源利 用率较高，消息完整 缺点：延迟大，实时性差，设 备功能较复杂 分组交换：以分组为单位存储转发 优点：多路复用，网络资源利 用率高 缺点：延迟较大，实时性较差， 设备功能复杂带宽（bandwidth） 描述在一定时间范围内能够从一个节点传送到另一个节点的数据量 通常以bps为单位 例如以太网带宽为10Mbps，快速以太网为100Mbps 延迟（delay） 描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间,OSI参考模型层次结构,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1
5、,2,3,4,5,6,7,提供应用程序间通信,处理数据格式、数据加密等,建立、维护和管理会话,建立主机端到端连接,寻址和路由选择,提供介质访问、链路管理等,比特流传输,对等通信,每一层都使用自己的协议 每一层都利用下层提供的服务与对等层通信,HostA,HostB,APDU,PPDU,SPDU,Segment（段）,Packet（包）,Frame（帧）,Bit（比特）,数据封装与解封装,Data,Data,第7层头,+,第7层头,+,第6层头,Data,第7层头,第6层头,+,第5层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,+,第4层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,+,
6、第3层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,第3层头,+,第2层头,Data,第7层头,第6层头,第5层头,第4层头,第3层头,第2层头,+,第1层头,Data,第2层头,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,二进制的数据流,第1层头,Data,第2层头,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第3层头,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第4层头,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第5层头,第6层头,第7层头,Data,第6层头,第7层头,Data,第7层头,封装,解封装,物理层,物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等
7、 物理层介质： 同轴电缆（coaxial cable）：细缆和粗缆 双绞线（twisted pair）：UTP、STP 光纤（fiber）：单模、多模 无线（wireless）：红外线、蓝牙Blue Tooth、WLAN技术,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,物理层介质 双绞线、同轴电缆、光纤、无线电信号等 局域网物理层 常见标准：10Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX 常见设备：中继器、集线器 广域网物理层 常见标准：RS-232、V.24、V.35 常见设备：Modem,数据链路层,应用层,表示层,会话层,
8、传输层,网络层,数据链路层,物理层,数据链路层的功能： 编帧和识别帧 数据链路的建立、维持和释放 传输资源控制 流量控制 差错验证 寻址 标识上层数据 局域网数据链路层分为LLC子层和MAC子层,网络层,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,网络层的功能： 编址 路由 拥塞控制 异种网络互连,网络层,数据链路层,IP 地址,IPX 地址,网络地址,主机地址,10.,8.2.48,网络地址,主机地址,1aceb0b1.,0000.0c00.6e25,网络层地址通常由两部分组成 网络地址 主机地址 网络层地址是全局唯一的,传输层,传输层功能： 分段上层数据 建立端到端连接 透明、可靠传输 流量控
9、制 传输层协议： 主要有TCP/IP协议族的TCP协议和UDP协议，以及IPX/SPX协议组的SPX协议等。,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,会话层、表示层和应用层,应用层协议： 为应用程序进程（比如文字处理、邮件、电子表格）提供网络服务 SQL、NFS、RPC等表示层协议： 定义数据格式与结构 协商上层数据格式 ASCII、MPEG、JPEG等会话层协议： 主机间通信 建立、维护、终结应用程序之间的会话 文字处理、邮件、电子表格等,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,TCP/IP模型的层次结构,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链
10、路层,物理层,1,2,3,4,5,6,7,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,OSI参考模型,TCP/IP模型,网络接口层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型,负责处理与传输介质相关的细节 物理线路和接口 链路层通信 主要协议 以太网/FDDI/令牌环 SLIP/HDLC/PPP X.25/帧中继/ATM,网络层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型,负责提供端到端通信 数据完整性校验 差错重传 数据的重新排序 主要协议 TCP UDP,传输层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型
11、,负责提供端到端通信 数据完整性校验 差错重传 数据的重新排序 主要协议 TCP UDP,传输层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,1,2,3,4,TCP/IP模型,负责处理特定的应用程序细节 远程访问 资源共享 主要协议 Telnet FTP/TFTP SMTP/POP3 SNMP/HTTP,早期以太网技术介绍,Hub,10BASE5/10BASE2,10BASE-T,MDI/MDIX,同类接口互连用交叉线，异类接口互连用直连线 现大部分设备支持MDI/MDIX自适应，不必考虑连线类型,CSMA/CD载波侦听,侦听到线路上有载波时，不发送数据,侦听不到载波时，说明线路已经空闲,侦听到载波,
12、侦听到载波 不发送,侦听到载波 不发送,侦听不到载波,侦听不到载波,侦听不到载波,抢占发送,线路空闲时，任一主机都可以抢占线路,CSMA/CD冲突检测和退避,两台主机同时发送数据导致冲突,全部主机停止发送，等待一个随机退避时间,退避期满的主机首先开始发送,检测到冲突,检测到冲突,MAC地址,MAC地址为48位二进制数，常用12位16进制数表示,24位OUI,24位EUI,00 - E0 - FC - 01 - 23 - 45,操作系统,网络接口卡,RAM,IP: 10.1.1.3,ROM,MAC: 00-E0-FC-01-23-45,48位MAC地址,单播与广播,接收地址包括本卡MAC地址、广
13、播地址和本机所属组播组地址 网卡丢弃与本卡接收地址不匹配的帧 网卡解开与本卡接收地址匹配的帧，将数据递交上层处理,接收,DMAC=00E0.FC01.2222,不接收,MAC: 00E0.FC01.1111,MAC: 00E0.FC01.2222,MAC: 00E0.FC01.3333,接收,DMAC=FFFF.FFFF.FFFF,接收,MAC: 00E0.FC01.1111,MAC: 00E0.FC01.2222,MAC: 00E0.FC01.3333,单播,广播,以太网流量控制,在半双工线路上采用背压式流控 接收方反向发送电压信号制造冲突，使发送方停止发送 在全双工线路上采用802.3 P
14、AUSE流控 接收方向保留组播地址01-80-C2-00-00-01发送PAUSE帧，通知发送方停止发送,DMAC=0180.C200.0001,半双工,Hub,反向发送电压信号,全双工,反向发送PAUSE帧,背压式流控,PAUSE流控,中继器,中继器（repeater） 中继器是位于第1层（OSI参考模型的物理层）的网络设备。当数据离开源在网络上传送时，它是转换为能够沿着网络介质传输的电脉冲或光脉冲的这些脉冲称为信号（signal）。当信号离开发送工作站时，信号是规划的，而且很容易辨认出来。但是，当信号沿着网络介质进行传送时，随着经过的线缆越来越长，信号就会变得越来越弱，越来越差。中继器的目
15、的是在比特级别对网络信号进行再生和重定时，从而使得它们能够在网络上传输更长的距离。,Hub,集线器,集线器（hub） 集线器的目的是对网络信号进行再生和重定时。它的特性与中继器很相似（被称为多端口中继器multiport repeater）。HUB是网络中各个设备的通用连接点，它通常用于连接LAN的分段。HUB含有多个端口。每一个分组到达某个端口时，都会被复制到其他所有端口，以便所有的LAN分段都能看见所有的分组。集线器并不认识信号、地址或数据中任何信息模式。中继器与集线器的区别在于连接设备的线缆的数量。一个中继器通常只有两个端口，而一个集线器通常有4至20个或更多的端口。 以下是集线器最为重
16、要的特性： 放大信号 在整个网络传播信号 无需过滤 无需路径判定或交换 用作网络会集点,冲突域,网桥,网桥 网桥是第2层的设备，它设计用来创建两个或多个LAN分段。其中，每一个分段都是一个独立的冲突域。网桥设计用来产生更大可用宽带。它的目的是过滤LAN的通信流，使得本地的通信流保留在本地，而让那些定向到LAN其他部分（分段）的通信流转发到那里去。每一台网络设备在NIC（网络接口卡）中都有一个惟一的MAC（介质访问控制）地址。网桥会记录它每一边的MAC地址，然后基于这张MAC地址表作出转发决策。 以下是网桥的一些重要特性： 网桥比集线器更为智能。它只运行在第2层，就是说，它能分析传入的帧，并且能
17、基于寻址信息进行转发或丢弃它们。 网桥在两个或多个LAN分段之间收集和转发分组。 网桥创建更多的冲突域，使得多台设备能同时无冲突地发送。 网桥维持MAC地址表，称为网桥表。,交换机（2层）,第2层交换机 第2层交换机，也称为LAN交换机或工作组交换机，通常替代共享式集线器而与现存的线缆基础设施一起工作，以保证交换机安装后现存网络的中断达到最小。像网桥一样，交换机也连接LAN的分段。它利用一张MAC地址表来决定帧需要转发到哪个分段，从而减少通信量。但交换机的处理速度比网桥要高得多。 交换机是数据链路层的设备，它像网桥一样把多个物理上的LAN分段互连成单个更大的网络。与网桥相似，交换机也是基于MA
18、C地址对通信帧进行转发和泛洪。由于交换是在硬件中执行的，所以交换机的交换速度要比网桥中用软件执行的交换快速得多。把每一个交换端口都当作一个微型网桥，则每一个交换端口就充当一个独立的网桥，从而为每一台主机提供介质的全部带宽。这种方法就叫做微分段。 然而跟网桥一样，交换机也是把广播消息转发到交换机上的所有分段。因此，交换机环境中的所有分段被认为是处于同一广播域。,路由器,路由器（Router） 路由器是一类网络互连设备，它基于第3层地址在网络间传递数据分组。路由器能作出决定为网络上的数据分组选择最佳传递路径，因为路由器根据网络地址转发数据。换句话说，与交换机或网桥不同，路由器知道应向哪里发送数据。路由器的目的是检查每一个进来的分组（第3层数据），为它们选择穿过网络的最佳路径，然后将它们交换到适当的出口。在大型网络中，路由器是最重要的通信调节设备。实际上，路由器可以使任何种类的计算机与世界上任何地方的其他计算机进行通信。,
