第3章 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)及OSI模型

1、2022-1-121構(gòu)建中小型企業(yè)局域網(wǎng) 第 3 章 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和OSI模型 2022-1-122上章回顧v 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)v 常見的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 雙絞線 制作RJ-45接頭 光纖 同軸電纜v 主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 網(wǎng)絡(luò)接口卡 中繼器 集線器 交換機(jī) 路由器2022-1-123本章內(nèi)容v 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織及IEEE802標(biāo)準(zhǔn)v OSI參考模型 同層之間協(xié)議相同 下層對上層提供服務(wù) OSI參考模型每一層的名稱與功能 數(shù)據(jù)封裝與拆封裝的過程v 數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)v TCP/IP參考模型 TCP/IP參考模型每一層的名稱與功能 TCP/IP參考模型與OSI模型的對比2022-1-124網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織 3-1v所謂

2、標(biāo)準(zhǔn)即是文檔化的協(xié)議中包含推動某一特定產(chǎn)品或服務(wù)應(yīng)如何被設(shè)計(jì)或?qū)嵤┑募夹g(shù)規(guī)范或其他嚴(yán)謹(jǐn)標(biāo)準(zhǔn)。通過標(biāo)準(zhǔn)，不同的生產(chǎn)廠商可以確保產(chǎn)品、生產(chǎn)過程以及服務(wù)適合他們的目的。v由于目前網(wǎng)絡(luò)界所使用的硬件、軟件種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)尤其重要。如果沒有標(biāo)準(zhǔn)，可能由于一種硬件不能與另一種兼容。v由于計(jì)算機(jī)工業(yè)發(fā)展迅速，許多不同的組織都開發(fā)自己的標(biāo)準(zhǔn)。2022-1-125v ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）是由1000多名來自工業(yè)界和政府的代表組成的組織，負(fù)責(zé)制定電子工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，此外也制定其他行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，如化學(xué)和核工程、健康和安全以及建筑行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。ANSI也代表美國制定國際標(biāo)準(zhǔn)。v EIA（電子工業(yè)聯(lián)盟）是一個商業(yè)組織，其

3、代表來自全美各電子制造公司。EIA包括幾個下屬組織：電信工業(yè)協(xié)會（TIA）；用戶電子生產(chǎn)商協(xié)會（CEMA）；電子部件、組裝、設(shè)備與供應(yīng)協(xié)會（ECA）；聯(lián)合電子設(shè)備工程委員會（JEDEC）；固態(tài)技術(shù)協(xié)會；政府處以及電子信息組（EIG）。v IEEE（電氣與電子工程師學(xué)或稱為I-3-E），是一個由工程專業(yè)人士組成的國際社團(tuán)，其目的在于促進(jìn)電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展和教育。IEEE技術(shù)論文和標(biāo)準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)專業(yè)受到高度重視。v ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）是一個代表了130個國家的標(biāo)準(zhǔn)組織的集體。ISO的權(quán)威性不僅限于信息處理和通信工業(yè)。事實(shí)上，在ISO的大約12,000標(biāo)準(zhǔn)中，僅有大約500個應(yīng)用于計(jì)算

4、機(jī)相關(guān)的產(chǎn)品和功能中。v ITU（國際電信同盟）是聯(lián)合國特有的管理國際電信的機(jī)構(gòu)，它管理無線電和電視頻率、衛(wèi)星和電話的規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、全球通信所使用的關(guān)稅率。 ITU過去常被稱為CCITT (國際電報(bào)電話協(xié)商委員會)。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織 3-22022-1-126網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織 3-32022-1-127IEEE802 網(wǎng)絡(luò)規(guī)范v 802.1 網(wǎng)間互連包括路由、網(wǎng)橋、網(wǎng)間互連通信v 802.2 邏輯鏈路控制關(guān)于數(shù)據(jù)幀的錯誤控制及流控制v 802.3 Ethernet 局域網(wǎng)包括Ethernet介質(zhì)和接口所有形式v 802.4 Token Bus 局域網(wǎng)包括Token Bus介質(zhì)和接口所有形式v

5、 802.5 Token Ring 局域網(wǎng)包括Token Ring介質(zhì)和接口所有形式v 802.6 MAN（城域網(wǎng)）包括MAN技術(shù)、編址和服務(wù)v 802.7 寬帶技術(shù)咨詢組織包括寬帶網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)、接口和其他設(shè)備v 802.8 光纖技術(shù)咨詢組織包括光纖介質(zhì)使用以及不同網(wǎng)絡(luò)類型技術(shù)的使用v 802.9 聲音/數(shù)據(jù)集成網(wǎng)絡(luò)包括聲音和數(shù)據(jù)通過單一的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸?shù)募蓈 802.10 網(wǎng)絡(luò)安全性包括網(wǎng)絡(luò)訪問控制、加密、驗(yàn)證或其他安全主題v 802.11 無線網(wǎng)絡(luò)對于多種廣播頻率及技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)v 802.12 高速網(wǎng)絡(luò)包括100BASEVG-AnyLAN在內(nèi)的各種100Mbpst技術(shù)2022-1-128

6、什么是協(xié)議v 什么是協(xié)議？ 為了使數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)上從源傳遞到目的地，網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備需要“講”相同的“語言” 描述網(wǎng)絡(luò)通信中“語言”規(guī)范的一組規(guī)則就是協(xié)議 例如：兩個人交談，必須使用相同的語 言，如果你說漢語，他說阿拉伯語v 數(shù)據(jù)通信協(xié)議的定義 決定數(shù)據(jù)的格式和傳輸?shù)囊唤M規(guī)則或者一組慣例#&$2022-1-129協(xié)議分層 21v 網(wǎng)絡(luò)通信的過程很復(fù)雜 數(shù)據(jù)以電子信號的形式穿越介質(zhì)到達(dá)正確的計(jì)算機(jī)，然后轉(zhuǎn)換成最初的形式，以便接收者能夠閱讀 為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，將協(xié)議進(jìn)行了分層設(shè)計(jì)2022-1-1210協(xié)議分層 22v分層設(shè)計(jì)的意義 用戶服務(wù)層的模塊設(shè)計(jì)可相對獨(dú)立于具體的通信線路和通信

7、硬件接口的差別 而通信服務(wù)層的模塊設(shè)計(jì)又可相對獨(dú)立于具體用戶應(yīng)用要求的不同例如：文件傳輸或電子郵件服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)，不必關(guān)心底層通信線路是光纖還是雙絞線2022-1-1211服務(wù)與服務(wù)訪問點(diǎn)v服務(wù) 是網(wǎng)絡(luò)中各層向其相鄰上層提供的一組操作v服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP） N+1層實(shí)體是通過N層的SAP來使用N層所提供的服務(wù) SAP相當(dāng)于相鄰層之間的接口2022-1-1212服務(wù)類型v 面向連接的服務(wù) 先建立連接再傳輸數(shù)據(jù)，之后再斷開連接 數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)包不需要攜帶目的地址 保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詖 無連接的服務(wù) 不需要事先建立連接，直接發(fā)送數(shù)據(jù) 每個報(bào)文都帶有完整的目的地址 不保證報(bào)文傳輸?shù)目煽啃?02

8、2-1-1213服務(wù)元素元素意義舉例請求（Request）用戶請求建立一個連接用戶撥號指示（Indication）服務(wù)提供者向被呼叫方示意有人請求建立連接被呼叫用戶電話振鈴響應(yīng)（Response）被呼叫方用來表示接受建立連接的請求被呼叫方摘機(jī)確認(rèn)（Confirm）服務(wù)提供者通知呼叫方建立連接的請求已被接受呼叫方聽到撥號音停止，對方摘機(jī)v面向連接的服務(wù)在建立連接和斷開連接過程中，使用以下幾個服務(wù)元素2022-1-1214服務(wù)元素舉例11112222撥號2222，請求建立連接振鈴，得到建立連接的指示摘機(jī)，對連接請求的響應(yīng)聽到振鈴音停止，得到建立連接的確認(rèn)連接已建立，這時(shí)可以通電話了關(guān)于面向連接和無

9、連接的服務(wù)，在傳輸層協(xié)議中將有應(yīng)用2022-1-1215OSI 協(xié)議模型通信協(xié)議協(xié)議分層OSI7層模型通信的雙方需要“講”相同的語言網(wǎng)絡(luò)通信的過程很復(fù)雜，為了降低復(fù)雜性1974年，ISO組織發(fā)布了OSI參考模型v OSI(Open System Internetwork)是開放的通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型2022-1-1216郵局實(shí)例 2-1寫信人郵局運(yùn)輸部門收信人郵局甲地乙地2022-1-1217郵局實(shí)例 2-2v郵局對于寫信人來說是下層v運(yùn)輸部門是郵局的下層 下層為上層提供服務(wù)v寫信人與收信人之間使用相同的語言v郵局之間的約定 同層次之間使用相同的協(xié)議2022-1-1218OSI的七層框架 2-

10、1物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層傳輸層會話層會話層表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議傳輸層協(xié)議會話層協(xié)議表示層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議 比特 幀 報(bào)文TPDUSPDUPPDUAPDU1 接口2 接口3 接口4 接口5 接口6 接口主機(jī)A主機(jī)B數(shù)據(jù)單元層2022-1-1219OSI的七層框架 2-2名稱功能實(shí)例應(yīng)用層用戶接口HTTPTelnet表示層數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式、特定功能的實(shí)現(xiàn)如-加密ASCII、EBCDICJPEG會話層對應(yīng)用會話的管理、同步操作系統(tǒng)/應(yīng)用讀取傳輸層可靠與不可靠的傳輸、傳輸前的錯誤檢測、流控TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)層提供邏輯地址、選路IP數(shù)據(jù)鏈路層

11、成幀、用MAC地址訪問媒介、錯誤檢測與修正802.3 / 802.2HDLC物理層設(shè)備之間的比特流的傳輸、物理接口、電氣特性等EIA/TIA-232V.352022-1-1220數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過程 3-1InternetHello!2022-1-1221IP包頭數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過程 3-2Hello物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層 比特 幀 報(bào)文段PDUHelloTCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數(shù)據(jù)MAC子層LLC子層FCS2022-1-1222IP包頭數(shù)據(jù)的封裝

12、與解封裝過程 3-3Hello物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層 比特 幀 報(bào)文段PDUHelloTCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層FCSTCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數(shù)據(jù)LLC子層2022-1-1223物理層網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)v物理層是TCP/IP模型的最底層v物理層為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠環(huán)境 物理層是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，正如同公路是汽車通行的基礎(chǔ)一樣2022-1-1224物理層概述v 物理層是TCP/IP五層模型的最底層，它為數(shù)據(jù)通信的介質(zhì)提供規(guī)范和定義v 直接面向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻襟wv 傳輸單位為比特

13、，主要討論的是在通信線路上比特流的傳輸問題2022-1-1225物理層的功能v功能一：為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路v功能二：傳輸數(shù)據(jù) 物理層關(guān)心的是信號、接口和傳輸介質(zhì)2022-1-1226物理層關(guān)心的是什么機(jī)械特性指明通信實(shí)體間硬件連接接口的機(jī)械特點(diǎn) 電氣特性規(guī)定了在物理連接上導(dǎo)線的電氣連接及有關(guān)的電路的特性 功能特性指明物理接口各條信號線的用途（用法） 規(guī)程特性指明利用接口傳輸位流的全過程及各項(xiàng)用于傳輸?shù)氖录l(fā)生的合法順序 為了傳輸信號，物理層規(guī)定了那些特性？2022-1-1227物理層的機(jī)械特性示例2022-1-1228數(shù)據(jù)鏈路層的功能 2-1v數(shù)據(jù)鏈路層 位于網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間物理層

14、物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 比特（Bit） 幀（Frame）包(Packet）主機(jī)A主機(jī)B數(shù)據(jù)單元2022-1-1229數(shù)據(jù)鏈路層的功能 2-2v數(shù)據(jù)鏈路層的功能 數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)與拆除 幀包裝、幀傳輸、幀同步 幀的差錯恢復(fù) 流量控制2022-1-1230以太網(wǎng)v以太網(wǎng)主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層物理層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 比特 幀 包12主機(jī)A主機(jī)B數(shù)據(jù)單元層以太網(wǎng)2022-1-1231什么是以太網(wǎng)v我們平常使用的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)如果中間的線路是共享的，這條鏈路在同一時(shí)間由誰來使用呢？如何來保證這些主機(jī)能有序的使用共享

15、線路，不發(fā)生數(shù)據(jù)的沖突？ 如果主機(jī)A發(fā)出一個數(shù)據(jù)包給主機(jī)B，如何標(biāo)識主機(jī)A和主機(jī)B呢？這就是主機(jī)的地址問題。 主機(jī)之間發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要保證雙方互相都能讀懂，那么它們發(fā)送的數(shù)據(jù)的格式，是不是需要有一個統(tǒng)一的規(guī)范呢？2022-1-1232以太網(wǎng)采用CSMA/CDv CSMA/CD帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問v 以太網(wǎng)采用CSMA/CD避免信號的沖突v 工作原理 發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。 在發(fā)送時(shí)，邊發(fā)邊繼續(xù)監(jiān)聽 若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送 等待一段隨機(jī)時(shí)間（稱為退避）以后，再重新嘗試2022-1-1233以太網(wǎng)MAC地址v以太網(wǎng)地址用來識別一個以太網(wǎng)上的某個單獨(dú)的設(shè)備或一

16、組設(shè)備 例如：00061be3936c 000d28beb642IBMCISCO24比特（供應(yīng)商標(biāo)識）24比特（供應(yīng)商對網(wǎng)卡的唯一編號）對于目的地址：0物理地址（單播地址）1邏輯地址（組播地址）2022-1-1234以太網(wǎng)幀格式v802.3 以太網(wǎng)幀格式數(shù)據(jù)鏈路層封裝7字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)前導(dǎo)碼目的地址源地址類型/長度數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)序列461500字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)幀啟始定界符物理層封裝大于0600H表示類型，小于0600H表示長度2022-1-1235以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)物理層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC)介質(zhì)訪問控制子層（MAC)以太網(wǎng)IEEE802.2IEEE802.32022-1-1236MA

17、C子層與LLC子層 2-1v 介質(zhì)訪問控制（MAC）子層（802.3） 將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送(接收時(shí)進(jìn)行相反的過程，將幀拆卸)； 實(shí)現(xiàn)和維護(hù)介質(zhì)訪訪問控制協(xié)議，例如CSMA/CD； 比特差錯檢測； MAC幀的尋址，即MAC幀由哪個站（源站）發(fā)出，被哪個站哪些站接收（目的站）。2022-1-1237MAC子層與LLC子層 2-2v邏輯鏈路控制（LLC）子層（802.2） 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接； 提供與上層的接口； 給幀加上序號。2022-1-1238MAC與LLC 名 稱MAC子層規(guī)范LLC子層規(guī)范其它說明以太網(wǎng)第2版（DIX）以太網(wǎng)以太網(wǎng)不采用此規(guī)范為Digital，I

18、ntel與Xerox所擁有IEEE以太網(wǎng)IEEE 802.3IEEE 802.2通常被稱為802.3以太網(wǎng)，構(gòu)建在DIX以太網(wǎng)基礎(chǔ)上IEEE令牌環(huán)IEEE 802.5IEEE 802.2在IEEE接管之前IBM幫助開發(fā)ANSI FDDIANSI X3T9.5IEEE 802.2ANSI喜歡802.2，所以它參考IEEE的這一規(guī)范2022-1-1239以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 2-1 標(biāo) 準(zhǔn) MAC子層規(guī)范電纜最大長度 電纜類型所需線對10BASE-5 802.3 500m 50粗纜 -10BASE-2 802.3 185m 50粗纜 -10BASE-T 802.3 100m 3、4或5類雙絞線 210BAS

19、E-FL802.3 2000m 光纖 1100BASE-TX 802.3u 100m5類雙絞線 2100BASE-T4 802.3u 100m3類雙絞線 42022-1-1240以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 2-2標(biāo)準(zhǔn) MAC子層規(guī)范電纜最大長度 電纜類型所需線對100BASE-T2 802.3u 100m 3、4或5類雙絞線 2100BASE-Fx 802.3u 400/2000m 多模光纖 110BASE-Fx 802.3u 10000m 單模光纖 11000BASE-Sx 802.3z 220-550m 多模光纖 11000BASE-Lx 802.3z 550-3000m 單模或多模光纖 11000BAS

20、E-Cx 802.3z 25m 屏蔽銅線 21000BASE-T 802.3ab 100m5類雙絞線 22022-1-1241以太網(wǎng)交換機(jī)v 交換機(jī)是用來連接局域網(wǎng)的主要設(shè)備 交換機(jī)能夠根據(jù)以太網(wǎng)幀中目標(biāo)地址智能的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，因此交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層 交換機(jī)分割沖突域，實(shí)現(xiàn)全雙工通信2022-1-1242單工、半雙工與全雙工v 單工 只有一個信道，傳輸方向只能是單向的v 半雙工 只有一個信道，在同一時(shí)刻，只能是單向傳輸v 全雙工 雙信道，同時(shí)可以有雙向數(shù)據(jù)傳輸ABABAB例如：尋呼機(jī)例如：對講機(jī)例如：電話2022-1-1243沖突與沖突域v如果沖突過多，則傳輸效率就會降低. . . . . .

21、主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C沖突域2022-1-1244分割沖突域v為了提高傳輸效率，分割沖突域. . . . . .沖突域1沖突域2沖突域32022-1-1245交換機(jī)背板交換矩陣結(jié)構(gòu)v交換機(jī)的每個端口訪問另一個端口時(shí)，都有一條專有的線路，不會產(chǎn)生沖突。2022-1-1246沖突域與廣播域v 廣播域指接收同樣廣播消息的節(jié)點(diǎn)的集合，如：在該集合中的任何一個節(jié)點(diǎn)傳輸一個廣播幀，則所有其他能收到這個幀的節(jié)點(diǎn)都被認(rèn)為是該廣播幀的一部分v 交換機(jī)分割沖突域，但是不分割廣播域，即交換機(jī)的所有端口屬于同一個廣播域. . . .廣播域 廣播域沖突域沖突域廣播2022-1-1247網(wǎng)絡(luò)層的功能v定義了基于IP協(xié)議的邏輯地址v連接不同的媒介類型v選擇數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑2022-1-1248TCP/IP協(xié)議參考模型v TCP/IP是20世紀(jì)70年代中期美國國防部為ARPANET開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接口層互聯(lián)網(wǎng)層傳輸層應(yīng)用層TCP/IP 4層模型物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層OSI 7層模型會話層表示層應(yīng)用層傳輸層互聯(lián)網(wǎng)層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層TCP/IP 5層模型2022-1-1249TCP/IP 第1層：網(wǎng)絡(luò)接口層第1層：網(wǎng)絡(luò)接口層(Network Interface)網(wǎng)絡(luò)接口層對應(yīng)OSI物理層和數(shù)據(jù)鏈路層并實(shí)現(xiàn)與它們相同的功能，其中包括LAN和WAN的技術(shù)細(xì)節(jié)。這一層也稱為主機(jī)到網(wǎng)