1、互联网络概念概述,目标,通过本章的学习，你将能做到以下内容： 什么是网络 描述数据流量在源和目的设备之间如何运作 识别HUB、交换机和路由器的功能和任务，他们在网络中什么地方最适合 选择适当的CISCO设备满足客户的网络需求,Cisco Icons and Symbols,定义网络组成,总部Main Office,分部Branch Office,Home Office 电话拨号,移动用户Mobile Users,Internet公网,专线,Floor 2,Floor 1,Server Farm,定义网络组成,Branch Office,Telecommuter,ISDN,远程用户,Campus
2、,OSI模型概述,OSI 开放系统互连参考模型是一种协议规范，用来规范网络协议的设计与实现。 引入OSI 参考模型的目的在于使得各厂家之间的网络设备能够互联互通,面向应用的上层 Application (Upper) Layers,Session,Presentation,Application,OSI模型概述,面向端到端的数据流 Data Flow Layers,Transport Layer,Data Link,Network Layer,Physical,应用层的作用,Telnet FTP,用户接口,EXAMPLES,Application,Telnet FTP,ASCII EBCDIC
3、 JPEG,用户接口,数据如何表示 象加密这样的数据处理,EXAMPLES,Presentation,Application,应用层作用,Telnet FTP,ASCII EBCDIC JPEG,Keeping different applications data separate,用户接口,数据如何表示 象加密这样的数据处理,Operating System/ Application Access Scheduling同一系统 运行多个不同的应用 程序，如SQL, RPC,EXAMPLES,Session,Presentation,Application,应用层的作用,协调不同应用层数据,
4、用户接口,数据如何表示 象加密这样的数据处理,Transport Layer,Data Link,Network Layer,Physical,EXAMPLES,Session,Presentation,Application,应用层作用,数据流层作用,EIA/TIA-232 V.35,EXAMPLES,Physical,两个设备之间位的运行 规范电压，线速，线缆的针输出等,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,EXAMPLES,Data Link,Physical,组合位到字节并把字节组合成帧 使用MAC地址访问物理介质 错误检查和纠错,两个设备之间位的运行
5、 规范电压，线速，线缆的针输出等,数据流层作用,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,IP IPX,EXAMPLES,Network,Data Link,Physical,提供逻辑寻址，使路由器用来路径确定,组合位到字节并把字节组合成帧 使用MAC地址访问物理介质 错误检查和纠错,两个设备之间位的运行 规范电压，线速，线缆的针输出等,数据流层作用,TCP UDP SPX,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,IP IPX,EXAMPLES,Transport,Data Link,Physical,可靠或不可靠数据传输 重传以前
6、进行纠错,Network,提供逻辑寻址，使路由器用来路径确定,组合位到字节并把字节组合成帧 使用MAC地址访问物理介质 错误检查和纠错,两个设备之间位的运行 规范电压，线速，线缆的针输出等,数据流层作用,TCP UDP SPX,802.3 / 802.2 HDLC,EIA/TIA-232 V.35,IP IPX,Presentation,Application,Session,EXAMPLES,Transport,Data Link,Physical,Network,可靠或不可靠数据传输 重传以前进行纠错,提供逻辑寻址，使路由器用来路径确定,组合位到字节并把字节组合成帧 使用MAC地址访问物理
7、介质 错误检查和纠错,两个设备之间位的运行 规范电压，线速，线缆的针输出等,数据流层作用,分层的优点,把网络任务分层，并定义标准的层间接口，可使各个独立的协议或者层更简洁 便于学习和讨论协议规范的很多细节 层间的标准接口便于工程模块化，使每种产品可以只完成某几层的功能 创建了一个更好的互操作环境 降低了复杂性，提高程序修改和产品开发的效率 便于定位和排除故障 每层利用紧邻的下层服务，并向紧邻的上层提供服务,Transport,Data Link,Physical,Network,Presentation,Application,Session,Segment,Packet,Bits,Frame
8、,PDU,OSI 层间通信（同一计算机中相邻层间的通信）,同一台计算机中相邻层之间的通信： 发送数据时，从高层到低层 接收数据时，从低层到高层,Transport,Data Link,Physical,Network,Presentation,Application,Session,Segment,Packet,Bits,Frame,PDU,OSI 层间通信（不同计算机中相同层间的通信）,不同计算机上相同层之间的通信才能发挥网络的作用！,Transport,Data Link,Physical,Network,Presentation,Application,Session,Transport
9、,Data Link,Physical,Network,Upper Layer Data,Upper Layer Data,TCP Header,Data,IP Header,Data,LLC Header,0101110101001000010,Data,MAC Header,Presentation,Application,Session,Segment,Packet,Bits,Frame,User data,封装数据,封装：把每一层的数据放置在包头和包尾之间，然后发送给下一层。,Upper Layer Data,LLC Hdr + IP + TCP + Upper Layer Data,
10、MAC Header,IP + TCP + Upper Layer Data,LLC Header,TCP+ Upper Layer Data,IP Header,Upper Layer Data,TCP Header,0101110101001000010,Transport 段,Data Link帧,Physical 位,Network包,Presentation,Application,Session,解封装数据,解包：是封装的反向过程，把去掉本层头部和尾部的数据发往其上一层。,Transport 段,Data Link帧,Physical 位,Network包,Presentation
11、,Application,Session,TCP/IP,NetWare协议与OSI 模型的比较,OSI,TCP,网络接口,IP,ARP,ICMP,Application,TCP/IP,UDP,MAC协议,IPX,SAP, NCP,NetWare,SPX,Application,Presentation,Session,Transport,Network,Data Link,Physical,OSI模型,PDU,功能职责,实例,练习： OSI模型,Application,Presentation,Session,Transport,Network,Data Link,Physical,OSI M
12、odel,PDU,Functional Responsibilities,Examples,Segment,Packet,Frame,Bits,Keeping different applications data separate,User Interface,Defines how data is presented,Defines reliable or unreliable delivery,Provide logical addressing which routers use for path determination,Combines bits into bytes and b
13、ytes into frames, offers access to media using MAC address and performs error detection not correction,Specifies voltage, wire speed and pin-out cables and moves bits between devices,TCP, UDP SPX,802.3 / 802.2 HDLC,TIA/EIA-232 V.35,IP, IPX,Telnet, HTTP,ASCII, EBCDIC, JPEG,Operating System/Applicatio
14、n Access Scheduling,练习答案,定义 介质类型 连接器类型 信号类型,Ethernet,802.3,V.35,Physical,EIA/TIA-232,物理层功能,物理层: Ethernet/802.3,Hub,Hosts,Host,10Base2Thin Ethernet 185m 10Base5Thick Ethernet 500m,10BaseTTwisted Pair 100m,10M 802.3 100M 802.3u 1000M 802.3z,A,B,C,D,Physical,所有设备在相同的冲突域 所有设备在相同的广播域 设备共享相同的带宽,Hubs 在物理层操
15、作,Hubs: 一个冲突域,More end stations means more collisions 使用CSMA/CD 载波侦听多路访问冲突检测协议 先检测网络是否正在通信，如无通信则发送数据直到时间片用完为止，如有通信则等待一段时间后再检测 检测网络有无冲突的方法：在发送数据的同时接收数据，如二者不同表明有冲突，反之无冲突,定义 物理的源和目的地址 指明上层所用的协议 (服务访问点) 网络拓扑 帧顺序 流量控制 面向连接和非面向连接,Data Link,Physical,EIA/TIA-232 v.35,Ethernet,Frame Relay,HDLC,802.2,802.3,数据
16、链路层功能,注意： 数据链路层分为LLC和MAC两个子层,Data,Source add,FCS,Length,Dest add,Variable,2,6,6,4,0000.0C xx.xxxx,Vendor assigned,IEEE assigned,MAC Layer - 802.3,Preamble,Ethernet II uses “Type” here and does not use 802.2.,MAC Address,8,# Bytes,MAC Layer - 802.3,局域网上的每个设备有唯一的MAC地址,Data,Dest SAP,Source SAP,Data,Sou
17、rce add,FCS,Length,Dest add,Variable,1,1,802.2 (SAP-指明高层协议类型),MAC Layer - 802.3,Ctrl,1 or 2,3,2,Preamble,Data,Dest SAP AA,Source SAP AA,Variable,1,1,802.2 (SNAP-子网访问协议),Ctrl 03,1 or 2,OR,OUI ID,Type,# Bytes,# Bytes,LLC Layer - 802.2,每个网段有它自己的冲突域 所有的网段在相同的广播域,Data Link,OR,1,2,3,1,2,交换机和网桥在数据链路层,交换机,每
18、个岔路口都有专用车道 每个网段有它自己的冲突域 广播被转发到所有的网段,Memory,Switch,寻址：定义与具体协议相关的 逻辑源和目的地址 路由：定义通过网络的路径 使多数据链路相互连接,Network,IP, IPX,Data Link,Physical,EIA/TIA-232 v.35,Ethernet,Frame Relay,HDLC,802.2,802.3,网络层功能,Data,Source address,Destination address,IP,Header,172.15.1.1,Node,Network,Logical Address,Network Layer End
19、 Station Packet,网络层包格式,IP地址用点分十进制表示， 子网掩码将其分为网络号与主机号两部分,11111111,11111111,00000000,00000000,10101100,00010000,01111010,11001100,Binary Mask,Binary Address,172.16.122.204 255.255.0.0,172,16,122,204,255,Address,Mask,255,0,0,Network,Host,路由器:操作在网络层,广播控制 多播控制 优化路径的确定 流量管理 逻辑寻址 连接到WAN,用路由器来提供远程访问,Interne
20、t,Telecommuter,Branch Office,Modem or ISDN TA,Mobile User,Main Office,路由过程,从原计算机上将数据发送到某个邻近路由器 把数据从邻近源计算机的路由器发送到邻近目的计算机的路由器 将数据从邻近目的计算机的路由器发送到最终的目的计算机,Routing Table,NET,INT,Metric,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,Routing Table,NET,INT,Metric,1,2,4,E0,S0,S0,0,0
21、,1,Logical addressing allows for hierarchical network Configuration required，不像交换机可以即插即用。 Uses configured information to identify paths to networks,路由器中的路由表,例：A要与E通信,路由器重新建立数据链路层的帧头部和尾部,A,B,C,D,E,1,1,1,2,2,2,A与E通信中数据帧与包的变化,Data,Source address,Destination address,IP,Header,第3层 数据包逻辑源目的地址始终不变,Data,L3a
22、,L3e,IP,Header,Data,Source add,FCS,Length,Dest add,Preamble,第2层 数据帧 物理源目的地址不断在改变,A-B,Data,L2a,FCS,Length,L2b1,Preamble,B-C,Data,L2b2,FCS,Length,L2c1,Preamble,C-D,Data,L2c2,FCS,Length,L2d1,Preamble,D-E,Data,L2d2,FCS,Length,L2e,Preamble,区别上层应用 实现应用之间端到端的连接 控制数据的发送速率，尽量减少不必要的数据丢失 为数据传输提供可靠或不可靠服务,Networ
23、k,IPX,IP,Transport,SPX,TCP,UDP,传输层功能,几个重要概念,面向连接的协议：该协议在开始传输数据之前需要在两端点之间预先建立联系。 无连接的协议：该协议在开始传输数据之前不需要在两端点之间预先建立联系。 可靠传输：传输过程具有差错检测和恢复功能。注意：面向连接的协议不一定提供差错恢复，而具有差错恢复的协议并不一定是面向连接的。 差错检测：使用帧校验和FCS或者类似字段的包头和包尾来检测协议数据单元PDU中的比特错误，从而发现错误，并丢弃该PDU. 差错恢复：对因发现错误而丢失的数据要作出响应，并重传送该数据。,传输层概述,Transmission Control P
24、rotocol (TCP)User Data gram Protocol (UDP),应用层,传输层,Internet层,数据链路层,物理层,面向连接非面向连接,TCP: 面向连接，在传输数据之前要先建立连接，有流量控制、差错检测、数据重发功能。包头较大，网络开销大。 UDP: 无连接，直接发送数据，不进行流量控制，没有差错检测和数据重传功能。包头小，网络开销较小。,负责在两台设备间建立端到端的逻辑通道.传输层把应用程序包装到数据段中传给网络层,远程主机负责从这些数据段中接受数据,并转发给相应的应用程序. TCP/IP拥有两种传输层协议:,TCP 数据格式,Source port (16) 代
25、表上层应用程序,Destination port (16),Sequence number (32),Header length (4),Acknowledgement number (32),Reserved (6),Code bits (6),Window (16) 滑动窗口,Checksum (16),Urgent (16),Options (0 or 32 if any),Data (varies),20 Bytes,Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,用于可靠传输,用于可靠传输,端口号,传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。,80,20/21,23,25,
26、53,69,161,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.,选择一个1023以上未用的号码作为每个独立会话的源端口号。,Synchronize,Acknowledge, Synchronize,Acknowledge,Data Transfer,(Send Segments),Sender,Receiver,Connection Established,面向连接服务与“三次握手”,TCP的三次握手,Window size = 3 Send 2,TCP 窗 口,发送方,Window size = 3 Sen
27、d 1,Window size = 3 Send 3,ACK 3 Window size = 2,数据 3 被丢弃,Window size = 2 Send 4,Window size = 2 Send 3,接收方,Window size = 3 Send 2,TCP 窗 口,发送方,Window size = 3 Send 1,Window size = 3 Send 3,ACK 3 Window size = 2,数据 3 被丢弃,Window size = 2 Send 4,Window size = 2 Send 3,ACK 5 Window size = 2,接收方,TCP传输过程与
28、滑动窗口,在大多数面向连接的传输服务中，数据段的发送顺序必须与接收顺序一致，如果数据段丢失、损坏、重复或者没有按顺序接收，传输层协议会报错。 滑动窗口（windows）：发送端在没有收到接收端确认前可以发送的数据段的数量即为窗口大小。当窗口大小为0时，数据传送必须暂时停止，直到得到一个非0的窗口值才继续传输数据。,窗口机制使用肯定确认技术（positive acknowledgement），当目的设备接到源设备发送的数据时，向源端发送确认报文，源端接到确认报文后才继续发送数据。当源设备发送数据包后，在一定时间内没有收到确认报文时，源设备降低发送速率，重发数据包。,没有顺序号和确认号 由上层应用
29、来保证传输的可靠性,UDP 数据格式,Source port (16),Destination port (16),Length (16),Data (if any),1,Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,Checksum (16),8 Bytes,协议综合比较,Internet 层概述,寻址和路由,Internet Protocol (IP)Internet Control Message Protocol (ICMP)Address Resolution Protocol (ARP)Reverse Address Resolution Protocol (RARP),应
30、用层,传输层,Internet层,数据链路层,物理层,ICMP,ARP RARP,IP 数据,Version (4),Destination IP Address (32),Options (0 or 32 if any),Data (varies if any),1,Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,Header Length (4),Priority & Type of Service (8),Total Length (16),Identification (16),Flags (3),Fragment offset (13),Time To Live (8),Pro
31、tocol (8),Header checksum (16),Source IP Address (32),20 Bytes,每经过一个路由器自动减1，直到0为止,丢弃该IP包,决定上层协议,协议号,Transport Layer,Internet Layer,TCP,UDP,Protocol Numbers,IP,17,6,ICMP,1,ICMP协议,Application,Transport,Internet,Data Link,Physical,Destination UnreachableEcho (Ping)Other,ICMP,1,ICMP报文封装在IP包内传输，提供错误报告和其他
32、回送给源节点的关于IP数据包处理情况的说明。,ICMP,ICMP回应请求与回应应答（ping发送Echo Request、接收 Echo reply报文） 目的不可达ICMP报文 超时ICMP报文（源站产生的IP报文TTL值为255，该IP包每经过一次路由器就将TTL减1，减到0时，数据包被丢弃。Trace充分利用了ICMP超时报文） 重定向ICMP报文（向源主机通知更好的路由）,使用ping命令测试,Ping命令用于检查网络的可达性，Icmp Echo Reply消息表示目的节点可达。,Ping命令的结论,Ping的主要功能是确定一个给定的IP地址是否可以到达。如果ping执行成功，则暗示：
33、 1）从源到目的节点存在一条可以工作的路径； 2）目标IP地址对应的机器在正常工作； 3）从目标节点到源节点存在一条可以工作的路径。,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.,源计算机利用ARP协议向网络发广播，寻找目标主机的MAC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 =
34、?,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协议,正常情况下，PC机只对本地网络主机进行ARP广播来查找目标主机的MAC地址，对非本地目标主机，直接把IP数据包发给默认网关，由该路由器来转发IP包。,RARP协议,Ethernet: 0800.0020.1111 IP = ?,我的地址是多少？,在DHCP环境中，PC机只知道自己的MAC地址，需要通过RARP协议发送广播来获取自己的IP地址。,RARP协议,
35、Ethernet: 0800.0020.1111 IP = ?,我的地址是多少？,我听到了广播你的地址是 172.16.3.25.,RARP协议,映射 Ethernet IP,Ethernet: 0800.0020.1111 IP: 172.16.3.25,Ethernet: 0800.0020.1111 IP = ?,我的地址是多少？,我听到了广播你的地址是 172.16.3.25.,Arp的应用突破网络执法官封锁的方法,Internet,PC3,PC1,PC4,PC2,Arp -s ip mac 添加一条静态映射 Arp -a 查看ARP缓存,Hub,Bridge,Switch,Route
36、r,Collision Domains:,1 4 4 4,Broadcast Domains:,1 1 1 4,Network Device Domains,网络设计的层次模型,Distribution Layer 分布层,Core Layer 核心层,Access Layer 接入层,注意：这只是一个概念性的逻辑模型，而不是实际的物理连接模型。,End station entry point to the network 把终端设备接入网络，提供本地服务,Access Layer 接入层,访问层特性,Access Layer 接入层的汇聚点 Aggregation Point Routes
37、traffic路由流量 Broadcast/Multicast Domains广播/组播域 Media Translation介质转换 Security安全 远程接入访问,Distribution Layer,分布层特性,核心层特性,Fast transport 尽可能快速传输 No packet manipulation 一般不进行路由选择、访问列表控制、包过滤,Core Layer,选择一个CISCO产品,Distribution Layer,Core Layer,Access Layer,产品选择的考虑因素,提供当今你需要的功能和特性 能力和特性 容易安装和集中化管理 提供网络的弹性 对
38、现有基础设备的投资保护 提供系统的扩展能力 为移动用户和分部提供无缝的连接访问,First select WAN technology solutions based on the following: Availability of service Bandwidth requirement Cost Second, choose products that support selected WAN solutions,产品选择考虑因素 (续),Cost per Month,Usage,Leased Line, T1,Modem/ISDN,Frame Relay,0,1544 128 64
39、56 19.2 9.6 4.8,Determine applications that you want to run,ISDN, Frame Relay,Old Modem,Telnet,New Modem,Web Browsing,Voice,Video, Multimedia,E-Mail, File Transfer,Leased Line, Frame Relay, XDSL,kbps,产品选择考虑因素 (续),Selection Issues:Need for 10 Mbps or 100 Mbps on mediaPort densityNeed for management c
40、onsoleEasy Operations,Cisco 1500 Micro Hub,Cisco FastHub300,Cisco 1528 Micro Hub 10/100,Cisco FastHub400,Cisco FastHub200,Cisco FastHub100,Cisco Hub Products,Selection Issues: Need for 10 Mbps, 100 Mbps, or 1000 Mbps on media Need for trunking(中继)and inter-switch links Workgroup segmentation (VLANs)
41、 Port density needs Different user interfaces,Desktop/Workgroup Solutions,Wiring Closet/Backbone Solutions,Cisco 1548 Micro Switch 10/100,Catalyst 3000 series,Catalyst 2900 series XL,Catalyst 1900/2820 series,Catalyst 2900 series,Catalyst 5000 series,Catalyst 8500 series,Catalyst Switch Products,Sel
42、ection Issues:Scale of the routing features neededPort density/variety requirementsCapacity and performance Common user interface,Cisco 700/800 Series,Cisco 1600/1700 Series,Cisco 2500 Series,Cisco 3600 Series,AS 5000 Series,Small Office Solutions,Branch Office Solutions,Central Site Solutions,Cisco
43、 12000 GSR Series,Cisco 4000 Series,Cisco 7000 Series,Home Office Solutions,Cisco 2600 Series,Cisco Router Products,总结,描述数据流量在源和目的设备之间如何交换 识别HUB、交换机和路由器的功能和任务，他们在网络中什么地方最适合 选择适当的CISCO设备满足客户的网络需求,1. What are some of the advantages of using the OSI model in a networking environment? 2. Describe the encapsulation process. 3. How many broadcast and collision domains are on a hub?,问题复习,
