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网络互连 第1章计算机网络体系结构_图文

网络互连 第1章计算机网络体系结构_图文

技能目标
硬技能 掌握网络设备工作原理和操作能力 ? 软技能 口头、书面表达能力,倾听能力,回应能力, 主动学习能力,团队精神,领导能力等
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课程内容
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网络原理 ? 计算机网络体系结构 ? TCP/IP协议分析 ? 交换机工作原理及配置 ? 路由器工作原理及配置 ? 三层交换技术 ? 路由协议:RIP OSPF ? 防火墙技术 ? 无线局域网 ? VPN技术 ? 网络管理技术 ? 网络存储技术 ? 网络工程规划与设计

实 验
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网络实验
? 网线制作 ? 二层交换机配置,VLAN划分 , Trunk配置, STP

? 路由器及基本配置实验;路由协议的配置
? 三层交换机配置 ? NAT配置

? ACL配置
? VRRP配置(虚拟路由冗余) ? 搭建小型局域网

讲述的专题
? 交换机的工作原理 ? VLAN ? STP ? ARP ? NAT ? ACL ? OSPF

? VRRP
? VPN ? 网络存储技术

资料查找——自愿
职业、岗位类: ? 搜索网络类或相关职业的岗位和不同岗位的技能要求 ? 比较、评估自己的现状与现实的距离 ? 设想初步的职业愿景 ? 考试类: ? 国家软考大纲:知识点的要求 ? CISCO认证资料、考点、技能要求 ? 华为认证考试资料、考点、技能要求 ? 其它认证考试如锐捷、联想

资料整理要求
形成资料查找报告:封面、目录、正文 ? 报告后给出自己的分析或感想 ? 自己设计
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第一节

计算机网络的定义
计算机网络是利用利用通信设备和线路将 地理上分散的、具有独立功能的许多计算 机系统连接起来,按照某种协议进行数据 通信,以实现资源共享的系统。

计算机网络演进
简单网络联接(终端网络)

多计算机互联网络阶段 开放互联计算机网络阶段

信息高速公路(高速,多业务,大数据量、Internet)

计算机网络功能
?数据通信
?资源共享 ?分布式计算,集中式管理

?负荷均衡

计算机网络的分类
按照通讯方式来分: 点到点 按照距离来分: 广域网、城域网、局域网 按照交换方式来分: 电路交换、报文交换、分组交换(数据 报交换、虚电路交换) 广播

计算机网络的资源组成

广域网的结构组成

电路交换网络传输过程

分组交换网络传输过程

第二节

主要内容
网络层次结构的概念 ? OSI/RM体系结构 ? TCP/IP体系结构 ? 其他网络体系结构
?

网络层次结构
计算机网络非常复杂
划分成小的子系统来处理(分层)

为什么要分层?
在对等层(之间)建立通信关系 ? 简化软件的编制、调制、修改 ? 修改某层不影响其他层 ? 容易标准化、开放式
?

如何分层
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?
? ? ?

?

根据不同层次的抽象分层,每层应当实现一 个定义明确的功能; 各层的功能及技术实现应有明显差别,交界 面的相互作用要少。 低层对高层而言是透明的。 每层功能的选择应该有助于制定网络协议的 国际标准。 层次数目要适当。层数应足够多,以避免不 同的功能混杂在同一层中,但也不能太多, 否则体系结构会过于庞大。 考虑现有网络结构及通信协议。

协议
通信的关键是通信的双方能够相互理解: 人类语言:主-谓-宾-状 (讲什么--如何讲--谁先讲,谁后讲) 计算机网络:报文格式-报文含义-发送顺序 这 种 约 定 或 规 则 ( Agreement about communication )称做协议(protocol)。

协议实例
人类协议与计算机网络协议
Hi Hi
Got the time?

TCP connection req.
TCP connection reply. Get http://www.rpi.edu/index.htm

2:00 time

<file>

协议集
? 协议的层次结构 ? 协议各自解决不同的问题 ? 多个协议一起工作 ? 一般成为

Protocol suite(协议组) ? Protocol family(协议簇)
?

实体、服务、SAP
实体: 可以发送或接收信息的硬件或软件进程。 对等实体:位于不同子系统的同一层内的实体。 服务: 同层实体间通信时,向上层提供的功能,表现为原 语操作(如库函数或系统调用)。
SAP(Service Access Point): 服务访问点,相邻两层交互信息处, 一个抽象 的概念,一个逻辑接口。 ? 任何层间服务是在SAP上进行的; ? 每个层间可以有多个SAP; ? 每个SAP有唯一的识别地址;

对等层逻辑通信
主机 1 第五层 4/5 层接口 第 5 层协议 主机 2 第五层

3/4 层接口

2/3 层接口

1/2 层接口

实际上,数据不是从一台机器的 第n层直接传送到另一台机器的第 n层,而是把数据和控制信息层层 下传,直到最低层。第一层下面 是物理介质,实际通信在最底层 完成。
第四层 第 4 层协议 第四层 第三层 第 3 层协议 第三层 第二层 第 2 层协议 第二层 第一层 第 1 层协议 第一层 物理介质 图 层、协议和接口

网络体系结构的定义
网络体系结构即是层次与 协议与服务的集合。

开放系统互连参考模型
开放系统参考模型(OSI/RM :open systems interconnection Reference Model ) 是由国际标 准化组织(ISO)提出和定义的计算机网络的分层、 各层协议和层间接口的集合。 OSI/RM把进行交换信息的“源端系统”和“目 的端系统”划分为七个子系统,即七层,每一层完 成系统信息交换所需的部分功能,通过层间的接口 与其相邻层连接,从而实现不同系统之间、不同结 点之间的信息交换。如果两个端系统主机之间没有 直接的物理介质相连,其间的信息交换必须通过通 信子网中的路由器 (Router)进行数据中转,路由器 只需要七层中的下三层。

系统A 层 与 层 之 间 的 通 信
应用层 表示层 会话层 传输层

对等层之间的通信

系统 B
应用层 表示层 会话层

应用协议 表示协议 会话协议

传输协议
通信子网 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层

传输层

网络层 数据链路层 物理层

网络层 数据链路层 物理层

路由器
传输介质 传输介质

路由器
传输介质

应用层

功能:实现各种应用服务,如WWW、文件传输、电子 邮件等等。 应用层协议:HTTP、FTP、SMTP、POP3等

表示层
?功能 : 数据编码 / 解码;数据压缩 / 解压

缩;加密/解密等

会话层
?功能:对话管理(建立会话、维护会话、

释放会话);重新同步(断点恢复)

传输层
? 功能:数据分段与重组、端-端流控,错误控制等

网络层
功能:网络互连;逻辑编址;路由;转发;拥塞控制。

数据链路层

? 功能:组帧、物理地址、流量控制、错误控制、多路访问控制

物理层

物理层的主要功能:负责实际或原始的数据

“位(BIT)” 传送,通过传输介质将比 特流由一个节点传向另一个节点。

实例
中国 教师
2/3接口

消息
“你 好”

P3 对交谈内容的共识

“HALLO”

德国 教师
2/3接口

翻译
1/2接口

“HELLO”

P2 用英语对话

“HELLO”

翻译
1/2接口

秘书

传真

P1 使用 传真通信

传真

秘书

多层通信示例:中德教师之间的讨论

Internet体系结构
因特网四层结构 OSI Ref Model Application Presentation Session Transport Network Datalink Physical
应用层

主机-主机 层 网间网层

网络接口 层

第三节

生活中的网络(1)

生活中的网络(2)

生活中的网络(3)

生活中的网络(4)

网络实例(WAN)

网络互联设备 组件一:网络传输介质

组件二:物理层设备
组件三:数据链路层设备 组件四:网络层设备

同轴电缆
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同轴电缆是由一根绝缘体包围的中央铜线、 一个网状金属屏蔽层以及一个塑料封套组 成,铜导线、空心圆柱导体和外界之间分 别用绝缘材料隔开,具有足够的可柔性, 能支持254mm(10英寸)的弯曲半径。

同轴电缆结构组成

网络传输介质:双绞线
? 线序标准: 568A 白绿、绿、白橙、兰、白兰、橙、白棕、棕 568B 白橙、橙、白绿、兰、白兰、绿、白棕、棕 ? 线缆种类 交叉线 相同设备类型接口使用交叉线 直连线 不同设备类型接口使用直连线 ? 智能MDI/MDIX 不需知道电缆的类型(普通、交叉) 可直接连接交换机、集线器或NIC设备 消除电缆配错引起的连接错误, 简化网络安装维护,降低开销。

直通双绞线

交叉双绞线

光纤
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光纤是一种细小、柔韧并能传输光信号的 介质,一根光缆中包含有多条光纤,因此 也称为光导纤维。

光纤的组成结构

光纤介质
1000BASE-SX 代表1000M传输速率,多 模光纤,传输距离为550米。 ? 1000BASE-LX 代表单模/多模接口,传 输距离从550米-10千米。 ? 1000BASE-TX 代表RJ45接口
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FC-PC型光尾纤接头外形图

SC-PC型光尾纤接头外形图

ST-PC型光尾纤接头外形图

FC/PC-SC/PC型光尾纤外形图

光纤直接接入
M2101T RJ45电口模块

RG-M100FX

单模光纤模块

RG-M100FX-S

多模光纤模块

光以太网络

无线通讯介质
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无线局域网的基础还是传统的有线局域网, 是有线局域网的扩展,是在有线局域网基 础上通过无线访问节点、无线网桥、无线 网卡等设备使无线通信得以实现。与有线 网络一样,无线局域网同样也需要传送介 质,只是无线局域网采用的传输媒体不是 双绞线或者光纤,而是红外线或者无线电 波。

实验项目1:制作双绞线
【任务目标】 学会识别各种不同制作双绞线工具 学会制作交叉线和直通线,测试连通性 ? 【材料准备】 RJ45接头(若干); 双绞线(若干); 卡线钳(1把) 测线仪器(1台)
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实验项目2:组建双机互联对等网
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【任务目标】 学会制作交叉线和直通线,测试连通性 使用双绞线连接PC组建双机互联对等网络

【材料准备】 RJ45接头(若干) 双绞线(若干) 卡线钳(1把)测线仪器(1台) 测试PC(2 台)
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组件二:物理层设备

物理层设备在网络中连接示意图
物理层是指OSI参考模型最低层,物理层设备有中继器,集 线器,无线AP等。工作在物理层的设备由于性能限制,无法分 辨出传输信号中的数据信息,其任务就是为和它互相连接的设 备,提供一个传输数据的物理连接,数据流在物理信道上是以 信号的方式进行传输的。

物理层设备-集线器

工作原理:CSMA/CD
? 共享式以太网工作机制:
CSMA/CD:载波侦听、多路访问、冲突检测
PC A 数据 空闲 听 PC B

PC C

PC D

当PCA要发一个数据包给PCD的时候,首先PCA要先听HUB的链路上是否有数 据在跑,如果有那么PCA等待,如果没有那么PCA将数据包发出.这样的做法 是由于HUB上的链路是共享的,所以采用了发数据包之前先进行冲突检测的 方法,那么我们称为CSMA/CD。

共享式以太网的全网络广播和冲突

共享网络涉及到基本概念
? 共享式以太网:网络内一台主机发送数据的时候, 其他主机只能接收数据,都不能发送数据; ? 冲突域:域内的不同设备同时发出的帧互相冲突; 特点为:每台主机得到的可用带宽很低,网上冲突 增加,信息传输安全得不到保证。 ? 广播域:网络中接受广播信息的设备集合;当这些 设备中的一个发出一个广播时,所有其他的设备都 能接收到这个广播帧。

组建WLAN基本设备

? AP(Access Point 无线接入点):AP相当于基站,主要作用 将无线网络接入以太网,其次要将各无线网络客户端连接到一起, 相当于以太网的集线器,使装有无线网卡的PC,通过AP共享有 线局域网络甚至广域网络的资源,一个AP能够在几十至上百米 的范围内连接多个无线用户。

室内型无线接入点

安装AP wlan网络模式

组件三:数据链路层设备

数据链路层基础知识: MAC地址
节点的身份证明 局域网中,网络设备利用数据包的MAC 地址来寻找它的目的地址的
网卡
MAC地址

MAC地址
3字节厂商编号 3字节设备编号

数据链路层核心设备介绍
? 交换机用于连接局域网各节点,高性能的特

殊计算机设备 ? 是一种具有简化、低价、高性能和高端口密 集特点的交换产品。多端口的网桥。 ? 二层交换属数据链路层,可以识别数据包 中MAC地址,根据MAC地址转发信息,将 MAC地址与对应端口记录在地址表。

共享式以太网

交换机与集线器的区别
目的主机1

源主机1

目的主机2

源主机2

交换式以太网

源主机1

目的主机1

源主机2

目的主 机2

组件四:网络层设备

网络层设备在网络中连接示意图
网络层属于OSI模型第三 层,解决不同网络之间数据通 信,即网际间的数据通信问题。 工作在网络层设备主要功能是 为网络间数据包提供传输路由, 即设备在收到数据包后,选择 到达目标主机最佳路径,并沿 该路径传送数据包到目的计算 机上。 此外网络层设备还解决网 络拥挤,网络流量控制问题。 路由器是工作在网络层最典型 设备,高档交换机也能提供路 由功能,俗称“三层交换机”, 是工作在校园网中实现网络层 互连最常见设备。

网络层设备-路由器
路由器硬件系统

路由器软件系统

路由器功能介绍
1)连接不同网络,在不同网络间接收转发送。 2)选择最合理的路由,引导不同网络间通信。 3)在转发过程中,按照预定的规则,把大的数据包分解成适 当大小数据包,到达目的地后,再把分解包还原。 4)多协议路由器还可以连接使用不同协议的网络。

网络层设备 三层交换机

网络层设备--三层交换机
?三层交换(也称多层交换技术)是在网络模 型中第三层实现数据包高速转发。 ?三层交换技术是:二层交换技术+三层转发 技术

?不是简单二层交换机和路由器叠加,三层路 由模块直接叠加在二层交换高速背板总线上, 突破传统路由器接口速率限制,速率可达几 十Gbps。

三层交换机应用
VLAN10 Network 172.16.10.3 VLAN20 Network 172.16.20.4

VLAN30 Network 172.16.30.5

?三层交换机在功能上实现了子网间路由功能。

组件五:应用层设备

应用层设备 –防火墙
防火墙阻止来自因特网对受保护网络未授权 或未验证的访问,另一方面允许内部网络用 户对因特网进行Web访问或收发E-mail等。 ? 防火墙也可作为一个访问因特网权限控制关 口,如允许组织内特定人访问因特网。 ? 许多防火墙同时还具有一些其他特点,如进 行身份鉴别,对信息进行安全(加密)处理 等等。
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防火墙应用

应用层设备 –IDS
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IDS是Intrusion Detection System的缩写, 即入侵检测系统,主要用于检测黑客 ( Hacker 或 Cracke )通过网络进行的入侵 行为。IDS专业上讲就是依照一定的安全策 略,对网络、系统的运行状况进行监视, 尽可能发现各种攻击企图、攻击行为或者 攻击结果,以保证网络系统资源的机密性、 完整性和可用性。

应用层设备 –网关
在网络中,当连接不同类型而协议差别又 较大网络,则要选用网关设备。 ? 网关功能体现在 OSI 模型应用层,将协议进 行转换,将数据重新分组,以便在两个不 同类型网络系统之间进行通信。 ? 网关只进行一对一转换,或是少数几种特 定应用协议转换,网关很难实现通用协议 转换。用于网关转换应用协议有电子邮件、 文件传输和远程工作站登录等。
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Summary

? 计算机网络的基本概念
? 协议

? OSI/RM网络体系结构
? TCP/IP网络体系结构

? 网络互联设备


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