網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)培訓(xùn)1-網(wǎng)絡(luò)基本概念

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識介紹主講人：施崢嶸2/2/20231提綱基本概念常見招投標(biāo)參數(shù)常用網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)參考資料2/2/20232基本概念路由與交換OSI參考模型與TCP/IP模型局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)VLANIP地址劃分2/2/20233計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)：通信與計算機技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了計算機網(wǎng)絡(luò)。它是一些互相連接的、自治的計算機的集合。組成部分：主機：它們向用戶提供服務(wù)通信子網(wǎng)：有專用的通信處理機和連接通信結(jié)點的鏈路組成協(xié)議：通信雙方事先約定好的必須遵守的規(guī)則發(fā)展歷史：以主機為中心面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)；以通信子網(wǎng)為中心的計算機網(wǎng)絡(luò)；面向異種機互連的開放系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準或約定。三個要素：語法：數(shù)據(jù)語控制信息的結(jié)構(gòu)和格式語義：需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應(yīng)答同步：事件實現(xiàn)順序的詳細說明2/2/20234路由和交換路由和交換是網(wǎng)絡(luò)世界中兩個重要的概念。傳統(tǒng)的交換發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層，路由發(fā)生在第三層，網(wǎng)絡(luò)層。路由－－L3路由是把信息從源穿過網(wǎng)絡(luò)傳遞到目的的行為，在路上，至少遇到一個中間節(jié)點。路由通常與橋接來對比，在粗心的人看來，它們似乎完成的是同樣的事。它們的主要區(qū)別在于橋接發(fā)生在OSI參考協(xié)議的第二層（鏈接層），而路由發(fā)生在第三層（網(wǎng)絡(luò)層）。這一區(qū)別使二者在傳遞信息的過程中使用不同的信息，從而以不同的方式來完成其任務(wù)。交換－－L2從本意上來講，交換只是一種技術(shù)概念，即完成信號由設(shè)備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā)。因此，只要是和符合該定義的所有設(shè)備都可被稱為交換設(shè)備。由此可見，“交換”是一個涵義廣泛的詞語，當(dāng)它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第二層的設(shè)備時，實際指的是一個橋接設(shè)備；而當(dāng)它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第三層的設(shè)備時，又指的是一個路由設(shè)備。

2/2/20235路由和交換的工作層次物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層傳輸層應(yīng)用層OSI協(xié)議分層工作方式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址集線器電信號交換交換機MAC地址路由路由器IP地址2/2/20236網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是掌握企業(yè)網(wǎng)技術(shù)的理論框架開放系統(tǒng)互連（ISO/OSI）是標(biāo)準的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP是工業(yè)界默認的開放網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中,網(wǎng)絡(luò)結(jié)點對應(yīng)協(xié)議棧,網(wǎng)絡(luò)連接對應(yīng)協(xié)議連接在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、知識和產(chǎn)品2/2/20237計算機網(wǎng)絡(luò)中采用層次結(jié)構(gòu)，它有以下一些好處：各層之間相互獨立。靈活性好。各層實現(xiàn)技術(shù)的改變不影響其他層。易于實現(xiàn)和維護。有利于促進標(biāo)準化。2/2/20238OSI七層參考模型物理層(PhysicalLayer)：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，實現(xiàn)比特流的透明傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)：在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)：為數(shù)據(jù)在結(jié)點之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?，以及實現(xiàn)擁塞控制授、網(wǎng)絡(luò)互連功能。傳輸層(TransportLayer)：向用戶提供端到端(最終用戶到最終用戶)的透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

會話層(SessionLayer)：為表示層提供建立、維護和結(jié)束會話連接的功能，并提供會話管理服務(wù)等功能。表示層(PresentationLayer)：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。應(yīng)用層(ApplicationLayer)：為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供各種服務(wù)，如文件傳輸(FTP)、電子郵件(E－mail)、分布式數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)管理等。

2/2/20239通信示例及對應(yīng)的OSI環(huán)境APAP通信子系統(tǒng)通信子系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)計算機到計算機的通信用戶到用戶的通信計算機A計算機B網(wǎng)絡(luò)環(huán)境APAP76543217654321332211計算機A計算機B本地系統(tǒng)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)環(huán)境OSI環(huán)境2/2/2023102/2/202311TCP/IP協(xié)議簇功能模塊關(guān)系應(yīng)用傳輸網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)接口和硬件FTP,SMTP,DHCP,BOOTPTCP/UDPIPICMPARP/RARPIEEE802.3,ATM,X.25,PPPTCP/IP協(xié)議簇功能模塊關(guān)系

層的名稱

功能簡述

應(yīng)用層向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序，如文件傳輸、電子郵件等

傳輸層(TCP)提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)

網(wǎng)際層(IP)定義數(shù)據(jù)報，處理路由

網(wǎng)絡(luò)訪問層接收網(wǎng)際層數(shù)據(jù)報，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)送交IP層2/2/202312TCP/IP協(xié)議簇豐富的應(yīng)用協(xié)議多重協(xié)議棧GopherKerbXwinRexecMIMESMTPTelnetFTPDNSTFTPNFSRPCNCSSNMPTCPUDPPingTraceRouteIPARPRARPICMPEthernet,Token-Ring,FDDI,X.25,Wireless,Async,ATM,SNATCP/IP協(xié)議簇2/2/202313TCP/IP與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)用層表示層會話層傳輸層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層7654321OSI參考模型應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層TCP/IP概念層次Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等TCP/IP支持所有的、標(biāo)準的物理和數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議2/2/202314ISO/OSI參考模型&TCP/IP協(xié)議簇OSI僅僅是一個框架模型TCP/IP是一個具體協(xié)議實例網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用是產(chǎn)品實現(xiàn)開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型應(yīng)用層表示層會話層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層OSI參考模型對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議舉例互連設(shè)備/應(yīng)用系統(tǒng)舉例FTP，TFTP，NFSSMTP，POP3SNMP，Telnet，HTTPDHCP，BOOTP，DNSTCP，UDP網(wǎng)關(guān)，代理服務(wù)器，文件傳輸服務(wù)器、域名服務(wù)器，萬維網(wǎng)服務(wù)器IP，ICMP，ARP，RARP路由器/訪問服務(wù)器PPP，HDLC，LLC，MAC網(wǎng)橋、局域網(wǎng)交換機，ATM交換機V.24，V.35，局域網(wǎng)物理層轉(zhuǎn)發(fā)器、集線器傳輸子網(wǎng)高層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議2/2/202315小結(jié)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中兩個最基本的概念。計算機網(wǎng)絡(luò)是由多個互連的計算機結(jié)點組成的，結(jié)點之間要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，每個結(jié)點都必須遵守一些事先約好的規(guī)則。

對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的計算機網(wǎng)絡(luò)來說，最好的組織形式是層次結(jié)構(gòu)模型。計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是按照層次結(jié)構(gòu)模型來組織的。網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與各層協(xié)議的集合定義為計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。(5)OSI參考模型定義了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次之間的相互關(guān)系及各層所包括的可能的服務(wù)，它對推動網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準化的研究起到了重要作用。(6)TCP/IP參考模型與協(xié)議利用正確的策略，抓住了有利時機，伴隨著Internet的發(fā)展而為目前公認的工業(yè)標(biāo)準。2/2/202316路由與交換OSI參考模型與TCP/IP模型局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)VLANIP地址劃分基本概念2/2/202317局域網(wǎng)參考模型IEEE802局域網(wǎng)參考模型2/2/2023181.物理層

物理層涉及到通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?，它的主要作用是確保在一段物理鏈路上二進制位信號的正確傳輸。物理層的主要功能包括信號的編碼/解碼、同步前導(dǎo)碼的生成與去除、二進制位信號的發(fā)送與接收。

2.MAC子層

介質(zhì)訪問控制子層(MAC)是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層，MAC子層構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的下半部，它直接與物理層相鄰。MAC子層是與傳輸介質(zhì)有關(guān)的一個數(shù)據(jù)鏈路層的功能子層，它主要制定管理和分配信道的協(xié)議規(guī)范。2/2/202319MAC地址:

作用：局域網(wǎng)上的計算機利用MAC地址表示自己和他人的身份

MAC地址通常存儲在網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC中

MAC地址位于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層2/2/2023203.LLC子層

邏輯鏈路控制子層(LLC)也是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層。它構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的上半部，與網(wǎng)絡(luò)層和MAC子層相鄰。LLC子層在MAC子層的支持下向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)。它可運行于所有802局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的協(xié)議之上。LLC子層與傳輸介質(zhì)無關(guān)，它獨立于介質(zhì)訪問控制方法，隱藏了各種局域網(wǎng)技術(shù)之間的差別，向網(wǎng)絡(luò)層提供一個統(tǒng)一的格式與接口。LLC子層的作用是在MAC子層提供的介質(zhì)訪問控制和物理層提供的比特服務(wù)的基礎(chǔ)上，將不可靠的信道處理為可靠的信道，確保數(shù)據(jù)幀的正確傳輸。2/2/202321IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準802.3CSMA/CD物理層802.4TokenBus物理層802.5TokenRing物理層802.6城域網(wǎng)802.9ISDN802.11無線局域網(wǎng)802.2邏輯鏈路控制子層802.1LAN體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)互連高層LLCMAC物理層IEEE802各分委員會結(jié)構(gòu)關(guān)系與局域網(wǎng)標(biāo)準圖2/2/202322以太網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)特性以太網(wǎng)是基帶網(wǎng)，它采用基帶傳輸技術(shù)。以太網(wǎng)的標(biāo)準是IEEE802.3，它使用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法。以太網(wǎng)是一種共享型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的所有站點共享傳輸媒體和帶寬。以太網(wǎng)是廣播式網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)的數(shù)字信號采用曼徹斯特編碼方案。以太網(wǎng)所支持的傳輸介質(zhì)類型有50Ω基帶同軸電纜(粗同軸電纜和細同軸電纜)、非屏蔽雙絞線和光纖。2/2/202323以太網(wǎng)以太網(wǎng)所構(gòu)成的拓撲結(jié)構(gòu)主要是總線型和星型。有多種以太網(wǎng)標(biāo)準，它們支持不同的傳輸速率(10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10Gbps)以太網(wǎng)是可變長幀，長度為：64Bytes~1514Bytes。以太網(wǎng)技術(shù)先進，但很簡單，這是它獲得成功的主要原因。以太網(wǎng)技術(shù)成熟，價格低廉、易擴展、易維護、易管理。2/2/202324虛擬局域網(wǎng)VLAN虛擬局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)虛擬網(wǎng)(邏輯網(wǎng))是以交換式網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，把網(wǎng)絡(luò)上的用戶(終端設(shè)備)分為若干個邏輯工作組，每個邏輯工作組就是一個VLAN。VLAN并不是一種新型的局域網(wǎng)技術(shù)，而是交換網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的一種服務(wù)。虛擬網(wǎng)技術(shù)是OSI第二層的技術(shù)，該技術(shù)的實質(zhì)是將連接到交換機上的用戶進行邏輯分組。每個邏輯分組相當(dāng)于一個獨立的網(wǎng)段。2/2/202325VLAN劃分的策略端口MAC地址協(xié)議類型網(wǎng)絡(luò)層地址用戶定義某些最新的策略類型2/2/202326在一臺交換機上配置VLAN2/2/202327跨越多臺交換機的VLAN2/2/202328路由與交換OSI參考模型與TCP/IP模型局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)VLANIP地址劃分基本概念2/2/202329為了充分利用IP地址空間，Internet委員會定義了五種IP地址類型以適合不同容量的網(wǎng)絡(luò)，即A類至E類，如圖所示。其中A、B、C三類由InterNIC在全球范圍內(nèi)統(tǒng)一分配，D、E類為特殊地址。IP地址的分類2/2/202330如果不計劃連到Internet上，則可用RFC1918中定義的非Internet連接的網(wǎng)絡(luò)地址，稱為“專用Internet地址分配”。RFC1918規(guī)定了不想連入Internet的IP地址分配指導(dǎo)原則。由Internet地址授權(quán)機構(gòu)控制IP地址分配方案中，留出了三類網(wǎng)絡(luò)號，給不連到Internet上的專用網(wǎng)用，分別用于A，B和C類IP網(wǎng)，具體如下：

～55

～55

～55專用地址2/2/202331保留的IP地址00...000000...000011...111111...1111本機本網(wǎng)中的主機局域網(wǎng)中的廣播對指定網(wǎng)絡(luò)的廣播回路00...00主機號1111...1111網(wǎng)絡(luò)號127任意值以下這些IP地址具有特殊的含義:一般來說，主機號部分為全“1”的IP地址保留用作廣播地址；主機號部分為全“0”的IP地址保留用作網(wǎng)絡(luò)地址。0000...0000網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)地址2/2/202332子網(wǎng)（Subnet）劃分因特網(wǎng)規(guī)模的急劇增長，對IP地址的需求激增。帶來的問題是：IP地址資源的嚴重匱乏路由表規(guī)模的急速增長解決辦法：從主機號部分拿出幾位作為子網(wǎng)號這種在原來IP地址結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一級結(jié)構(gòu)的方法稱為子網(wǎng)劃分。前提：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小——IP地址空間沒有全部利用。例如：三個LAN，主機數(shù)為20，25，30，均少于C類地址允許的主機數(shù)。為這三個LAN申請3個C類IP地址顯然有點浪費。2/2/202333子網(wǎng)劃分舉例例如：C類網(wǎng)絡(luò)，主機號部分的前三位用于標(biāo)識子網(wǎng)號，即：110000000000101000000001xxxyyyyy網(wǎng)絡(luò)號+子網(wǎng)號新的主機號部分子網(wǎng)號為全“0”全“1”不能使用，于是劃分出23-2=6個子網(wǎng)，子網(wǎng)地址分別為：

11000000000010100000000100100000--211000000000010100000000101000000--411000000000010100000000101100000--611000000000010100000000110000000--2811000000000010100000000110100000--6011000000000010100000000111000000--922/2/202334子網(wǎng)掩碼（SubnetMask）子網(wǎng)劃分后，如何識別不同的子網(wǎng)？解決：采用子網(wǎng)掩碼來分離網(wǎng)絡(luò)號和主機號。子網(wǎng)掩碼格式：32比特，網(wǎng)絡(luò)號(包括子網(wǎng)號)部分全為“1”，主機號部分全為“0”。“網(wǎng)絡(luò)號+子網(wǎng)號”部分“主機號”部分11……1100….002/2/202335子網(wǎng)掩碼計算前面的例子中：網(wǎng)絡(luò)號24位，子網(wǎng)號3位，總共27位。所以子網(wǎng)掩碼為：

11111111

11111111

11111111

11100000即24缺省子網(wǎng)掩碼：A類： B類： C類：2/2/202336提綱基本概念常見招投標(biāo)參數(shù)常用網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)參考資料2/2/202337交換機參數(shù)－－性能參數(shù)背板帶寬交換機的背板帶寬，是交換機接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標(biāo)志了交換機總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為bps（bit每秒）包轉(zhuǎn)發(fā)率包轉(zhuǎn)發(fā)率標(biāo)志了交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包能力的大小。單位一般為pps（包每秒）2/2/202338包轉(zhuǎn)發(fā)線速的計算方法包轉(zhuǎn)發(fā)率的衡量標(biāo)準是以單位時間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的個數(shù)作為計算基準的。數(shù)據(jù)包在傳輸過程中會在每個包的前面加上64個bit的preamble（前導(dǎo)符），然后在每個包之間會有96個bit的IFG（幀間隙），也就是原本傳輸一個64個字節(jié)的數(shù)據(jù)包，雖只有64*8bit=512個bit，但在傳輸過程中實際上會有512+64+96=672bit，也就是說，這時一個數(shù)據(jù)包的長度實際上是有672bit千兆端口線速包轉(zhuǎn)發(fā)率=1000Mbps/672=1.488095Mpps，約等于1.4881Mpps2/2/202339如何判斷交換機是否線速？Cisco2950G-4848端口10/100自檢測和2個基于GBIC的千兆位以太網(wǎng)端口背板容量＝2×1000×2＋48×100×2(Mbps)＝13.6(Gbps)相當(dāng)于13.6/2=6.8個千兆口吞吐量(包轉(zhuǎn)發(fā)率)=6.8×1.488=10.1184MppsCisco2950T-2426端口(24個10/100自檢測端口和2個1000BaseT端口)背板容量＝2×1000×2＋24×100×2(Mbps)＝8.8(Gbps)相當(dāng)于8.8/2=4.4個千兆口吞吐量=4.4×1.488=6.5472Mpps2/2/202340交換機參數(shù)－－功能指標(biāo)其其它采用Crossbar體系架構(gòu)，使用ASIC硬件轉(zhuǎn)發(fā)引擎，具有二、三層逐包線速轉(zhuǎn)發(fā)能力，關(guān)鍵元器件可實現(xiàn)在線熱插拔。能支持基于L3/L4流速率限制的QOS支持OSPF、BGP、VRRP、RIP1/2、IS-IS等三層路由協(xié)議支持組播協(xié)議，包括IGMP、PIM-SM、PIM-DM、MSDP、MBGP支持MPLSVPN，包括MPLSBGPVPN、MPLSL2VPN（matini、Kanperlla）支持萬兆接口，并支持POS接口支持IPv6……2/2/202341提綱基本概念常見招投標(biāo)參數(shù)常用網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)參考資料2/2/202342