网络基础及常见网络设备

WLAN培训无线传输与接入事业部/产品部2010年3月——网络基础网络概述网络体系结构网络常用组件议题计算机网络的定义定义:简单定义：“互联起来的独立自主的计算机集合”；完整的定义：“利用通信设备和线路，将分布在不同地理位置的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统”；计算机网络的功能数据交换和通信计算机网络中的计算机之间或计算机与终端之间，可以快速可靠地相互传递数据、程序或文件。资源共享充分利用计算机网络中提供的资源（包括硬件、软件和数据）是计算机网络组网的主要目标之一。提高系统的可靠性在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合，通过计算机网络实现备份技术可以提高计算机系统的可靠性。分布式网络处理和负载均衡对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任务分散到网络中的各台计算机上进行，或由网络中比较空闲的计算机分担负荷。计算机网络的组成计算机网络的系统组成计算机网络完成数据处理与数据通信两大基本功能：负责数据处理的计算机与终端；负责数据通信的通信控制处理机CCP与通信线路。•资源子网；•通信子网；计算机网络的软件网络协议软件、网络通信软件、网络操作系统、网络管理软件和网络应用软件；资源子网和通信子网资源子网资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。通信子网通信子网由通信控制处理机、通信线路与其它通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。主机终端主机终端主机主机主机通信子网资源子网终端终端网络节点通信线路计算机网络的分类按网络的作用范围：局域网；城域网；广域网；按网络的传输方式：广播式网络；点到点网络；按网络的使用范围：公用网；专用网；按通信介质：有线网；无线网；按企业管理分类：内联网（Intranet）；外联网（Extranet）；因特网（Internet）；拓扑结构拓扑学把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间关系；在计算机网络中，将主机和终端抽象为点，将通信介质抽象为线，形成点和线组成的图形，使人们对网络整体有明确的全貌印象；计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。计算机网络的拓扑结构星形拓扑树型拓扑总线型拓扑环型拓扑网状型拓扑国际标准化组织国际标准化组织（ISO）国际电信联盟（ITU）美国国家标准学会（ANSI）电气和电子工程师学会（IEEE）互联网工程任务组（IETF）美国电子工业协会（EIA）国际电工委员会（IEC）网络概述网络体系结构网络常用组件议题开放系统互连参考模型(OSI/RM)为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对各类计算机网络体系结构进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型(OSI/RM)，也称为ISO/OSI。“开放”表示任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。分层结构的优点简化网络的操作提供设备间兼容性和标准接口促进标准化工作结构上可以分隔易于实现和维护OSI的分层模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567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层通信主机A主机BAPDUPPDUSPDUSegmentPacketFrameBit应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层数据封装DataDataHDataHH主机服务器交换机路由器应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层DataDataHDataHHTCP/IP的体系结构OSI参考模型研究的初衷是希望为网络体系结构与协议的发展提供一种国际标准，但由于Internet在全世界的飞速发展，使得TCP/IP协议得到了广泛的应用，虽然TCP/IP不是ISO标准，但广泛的使用也使TCP/IP成为一种“实际上的标准”，并形成了TCP/IP参考模型。不过，ISO的OSI参考模型的制定，也参考了TCP/IP协议集及其分层体系结构的思想。而TCP/IP在不断发展的过程中也吸收了OSI标准中的概念及特征。TCP/IP协议的特点开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。TCP/IP的层次结构TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如下图所示：物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层网络接口层网际层传输层应用层OSI的参考模型TCP/IP的参考模型TCP/IP分层结构网络接口层网络接口层，也被称为网络访问层，包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，它对应OSI的物理层和数据链路层。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议。网际层网际层是在TCP/IP标准中正式定义的第一层。网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据包（IP数据包），并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机，在网际层中，最常用的协议是网际协议IP，其他一些协议用来协助IP的操作。传输层TCP/IP的传输层也被称为主机至主机层，与OSI的传输层类似，主要负责主机到主机之间的端对端通信，该层使用了两种协议来支持两种数据的传送方法，即TCP协议和UDP协议。应用层在TCP/IP模型中，应用程序接口是最高层，它与OSI模型中的高三层的任务相同，用于提供网络服务，比如文件传输（FTP）、远程登录（Telnet）、域名服务（DNS）和简单网络管理（SNMP）等。TCP/IP协议集传输层应用层TCPUDPSMTPFTPDNSSNMPNFSHTTPTEL-NET网络接口层LANMANWAN网际层IPICMPIGMPARPRARPOSI与TCP/IP参考模型的比较OSI和TCP/IP有着许多的共同点：采用了协议分层方法，将庞大且复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题；各协议层次的功能大体上相似，都存在网络层、传输层和应用层。两者都可以解决异构网的互连，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信；都是计算机通信的国际性标准，虽然OSI是国际通用的，但TCP/IP是当前工业界使用最多的；都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制；都基于一种协议集的概念，协议集是一簇完成特定功能的相互独立的协议。OSI和TCP/IP的差异层数和层间调用关系不同最初设计差别对可靠性的强调不同标准的效率和性能上存在差别市场应用和支持上不同局域网的特点局域网的主要特点：较小的地域范围高传输速率和低误码率面向的用户比较集中使用多种传输介质局域网的层次结构IEEE802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，解决最低两层（即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务、网际互连有关的高层功能。IEEE802LAN参考模型与ISO/OSI参考模型的对应关系：其他高层网络层逻辑链路控制子层(LLC)媒体访问控制子层(MAC)物理层数据链路层物理层OSI参考模型IEEE802LAN参考模型IEEE802标准之间的关系802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌环MAC物理层802.6MANMAC物理层802.9语音数据综合ISDN802.11无线局域网802.8光纤技术802.7宽带技术802.2逻辑链路控制LLC802.1B综述及体系结构802.1A管理802.10局域网安全物理层数据链路层网络层ISO/OSIIEEE802虚拟局域网（VLAN）什么是虚拟局域网（VLAN）通过路由和交换设备，在网络的物理拓朴结构基础上建立一个逻辑网络，以使得网络中任意几个局域网网段或（和）节点能够组合成一个逻辑上的局域网。建立在局域网交换机上，以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制；同一逻辑分组的成员可以分布在相同的物理网段上，也可以分布在不同的网络上；房间A房间B房间C123456789交换机VLANA：1-3-6-8-9VLANB：2-4-5-7VLAN的物理连接结构VLAN的逻辑结构VLANAVLANB136894257交换机组建VLAN的原则在网络中尽量使用同一厂家的交换机，而且在能用交换机的地方尽量使用交换机；使用交换机组建一个范围尽可能大的交换链路，并且让尽可能多的计算机直接连接到交换机上；层次化地将交换机与交换机相连，要避免使用传统的路由器，以保持整个网络的连通性。根据应用的需要，使用软件划分出若干个VLAN。每个VLAN上的所有计算机不论其所在的物理位置如何，都处在一个逻辑网中。VLAN之间可以互通，也可以不相通。若要实现其中的某些VLAN能够互通，则使用一台中央路由器（或者路由交换机），将这些VLAN互连起来，从而形成一个完整的VLAN。VLAN的优点控制网络的广播风暴；确保网络的安全性；简化网络管理；网络概述网络体系结构网络常用组件议题中继器中继器（Repeater），又被称为转发器，它是局域网连接中最简单的设备，它的作用是将因传输而衰减的信号进行放大、整形和转发，从而扩展了局域网的距离。中继器AUI接口BNC接口10Base-510Base-2集线器集线器（HUB）是带有多个端口的中继器（转发器），也是一个工作在OSI模型中的物理层设备。按集线器端口连接介质的不同，集线器可连接同轴电缆、双绞线和光纤。许多集线器上除了带有RJ-45接口外，还带有一个AUI粗缆接口和(或)一个BNC细缆接口，以实现不同介质网络的连接。集线器细缆/UTP10Base2-细缆Ethernet10Base5粗缆Ethernet10BaseT-双绞线服务器集线器粗缆/细缆以太网交换机LED指示灯端口密度管理端口高速端口端口密度是指交换机提供的端口数，通常为8～24个端口，端口速率为为10Mbps或100Mbps。LED指示灯通常用来指示以太网交换机的信息或交换状态。高速端口用来连到服务器或主干网络上，可以是100Mbps或1000Mbps端口，可以连接100Mbps的FDDI、快速以太网络（100Base-TX）、或上连到千兆位交换网络。管理端口用来连接终端或调制解调器以实现网络管理，使用的接口通常为RS-232C。交换机的种类桌面交换机支持的MAC地址的数量非常少，直接提供到桌面的连接，工作组交换机；不但可以连接计算机，而且连接一个集线器或另一个交换机；部门交换机所有端口上支持全双工操作，以高速和高可靠的方式传输数据帧，并提供更多的管理功能。企业交换机可以支持许多不同类型的网络组件，以支持对多种设备的连接，比如以太网设备、快速以太网设备、FDDI设备以及广域网的连接设备等；具有非常强大的管理功能；骨干交换机所有端口完全支持全双工线路，支持远程监测功能，而且具有强大的管理功能。为了提供系统的可靠性，通常采用双冗余电源。交换机的技术分类与应用10Mbps交换机10Mbps交换机10Mbps共享式集线器10Mbps专用连接10Mbps专用连接服务器交换机的技术分类与应用100Mbps交换机10Mbps或100Mbps的节点（计算机）10