通信与网络集成.

通信与网络集成一、系统架构图二、网络基础知识2.1ISO/OSI参考模型国际标准化组织ISO发布的最著名的ISO标准是ISO/IEC7498，通常又称为X.200建议；体系结构标准定义了网络互连的七层框架，即ISO开放系统互连参考模型；在这一框架下，进一步详细规定了每一层的功能，以在实现开放系统环境中的互连性(interconnection)、互操作性(interoperation)与应用的可移植性(portability)；在OSI标准中，采用的是三级抽象：体系结构(Architecture)服务定义(ServiceDefinition)协议规格说明(ProtocolSpecification)OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务；它是作为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精炼地概括与描述；2.2OSI参考模型的结构与各层的主要功能ISO将整个通信功能划分为七个层次，划分层次的原则是：1.网中各结点都有相同的层次；2.不同结点的同等层具有相同的功能；3.同一结点内相邻层之间通过接口通信；4.每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；5.不同结点的同等层按照协议来实现对等层之间的通信；OSI参考模型网络层数据链路层物理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应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质传输介质传输介质HOSTHOSTCCPCCPOSI各层的主要功能是：1.物理层(Physicallayer)物理层处于OSI参考模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流；2.数据链路层(Datalinklayer)在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路；3.网络层(Networklayer)网络层主要任务是通过路选算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能；4.传输层(Transportlayer)传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端(End-to-End)服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层；5.会话层(Sessionlayer)会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换；6.表示层(Presentationlayer)表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能；7.应用层(Applicationlayer)应用层是OSI参考模型中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要；网络层数据链路层物理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应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质传输介质CCPCCP网络层APAAPBOSI环境B传输介质计算机B计算机AA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APAAPB比特序列帧分组报文数据单元数据单元AP数据AP数据传输介质2.3思科的层次设计模型接入层：该层让用户能够接入到网络设备。在园区网中，接入层通常包含交换型LAN设备，它们的端口被连接到工作站和服务器。在WAN环境中，接入层位于远程场点或远程工作人员的家中，使得能够通过WAN技术访问公司的网路。分布层：汇集了配线架，并且使用第2层和第3层交换进行工作组分段、实施安全策略、限制带宽和隔离网络故障等。有效防止分布层与接入层的异常事件影响核心层。核心层：高速主干，核心层主要的功能就是尽可能快地交换数据。因为核心层是连通的关键环节，所以它提供了高可靠性，并且能够快速地适应路由选择和拓扑的变更。2.4IP地址与Internet运行机制用户主机网络地址标识方法物理网络地址：02-60-8C二进制数，数据链路层地址，软件使用；IP地址：192.30.56.8点分十进制，网络层地址，寻址使用；域名：cs.nankai.edu.cn字符型，应用层，用户使用；物理网络地址MAC层地址；Ethernet地址--48bit物理网络地址--不含位置信息，只能用于区别网络中不同的站点；无位置信息的地址--能力有限；物理地址的长度,格式因不同的物理网络的协议而不同；物理地址是不能修改的；互连网络对物理地址的“统一”是通过上层软件来实现的；物理网络地址结构Ethernet地址:24bit24bit08010F（固定）000000000000100000000000000000010000000011111111TokenRing地址：16bit(可设置）例如：设置NICID=0E0000000011111110ManufactuterIDNICIDNICIDIP地址网络层地址；IP地址类型：层次型地址；带有对象的位置信息；IP地址实质:对应物理网络连接的标识；IP地址管理:IP地址结构层次性--IP地址管理结构管理方法层次性--NIC(NetworkInformationCentre)网间网....网络…...……主机互连网地址:网间网网络1网络n主机主机主机主机网络号主机号IP地址结构IP地址长度:32bitIP地址结构:网络号(netid)主机号(hostid)IP地址长度=32bit确定;网络号长度决定整个互连网中能包括多少个网络?主机号长度决定每个网络中能包括多少个网络?IP地址根据其结构的不同可以分为5类;IP地址分类0网络地址(7位)主机地址(24位)A类地址1816243210网络地址(14位)主机地址(16位)B类地址110网络地址(21位)主机地址(8位)C类地址1110多目的广播地址(28位)D类地址11110保留用于实验和将来使用E类地址主机地址范围1.0.0.0到127.255.255.255128.0.0.0到191.255.255.255192.0.0.0到223.255.255.255224.0.0.0到239.255.255.255240.0.0.0到247.255.255.255A类IP地址7bit24bit网络地址空间长度为7位，主机地址空间长度为24位；A类地址是从：1.0.0.0～127.255.255.255；网络地址空间长度为7位，允许有126个不同的A类网络(网络地址的0和127保留用于特殊目的)；主机地址空间长度为24位，每个A类网络的主机地址数多达16,000,000个；A类IP地址结构适用于有大量主机的大型网络。0networkhostB类IP地址14bit16bit网络地址空间长度为14位，主机地址空间长度为16位；B类IP地址是从：128.0.0.0～191.255.255.255；网络地址空间长度为14位，允许有16384个不同的B类网络；主机地址空间长度为16位，每个B类网络的主机地址数多达65536个；B类IP地址适用于一些国际性大公司与政府机构等。10networkhostC类IP地址21bit8bit网络地址空间长度为21位，主机地址空间长度为8位；C类IP地址是从：192.0.0.0～223.255.255.255；网络地址空间长度为21位，允许有2,000,000个不同的C类网络；主机地址空间长度为8位，每个C类网络的主机地址数最多为256个；C类IP地址特别适用于一些小公司与普通的研究机构。110networkhostIP地址：A类IP地址是从：1.0.0.0～127.255.255.25535.8.1.212----A类IP地址B类IP地址是从：128.0.0.0～191.255.255.255190.18.0.166----B类IP地址C类IP地址是从：192.0.0.0～223.255.255.255202.6.18.1----C类IP地址网络地址主机地址110000000101101001………0110001010IP地址、网络连接与节点的关系Net110.0.0.0Net220.0.0.0Net330.0.0.0HostAHostBHostCGatewayAGatewayB10.0.2.520.0.0.1610.2.5.1220.4.12.130.1.1.220.1.1.52.5网络设备网卡网络接口卡（NetworkInterfaceCard,NIC）又称网络适配器（NetworkInterfaceAdapter,NIA），简称网卡。用于实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。无论是双绞线连接、同轴电缆连接还是光纤连接，都必须借助网卡才能实现数据的通信。PCI网卡解剖图网卡的功能网卡完成物理层与数据链路层的大部分功能，包括网卡与网络电缆的物理连接、介质访问控制（如CSMA/CD）、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误的校检、数据信号的编/解码（如曼彻斯特码的转换）、数据的串、并行转换等功能。网卡就像装卸货的小码头，负责计算机与网线之间的数据收发工作。对网卡而言，每块网卡都有一个唯一的地址，通常称MAC地址或物理地址，是网卡在生产时由厂家烧入ROM中的。交换机在计算机网络系统中，“交换”是对共享工作模式改进的基础上提出的。交换机也叫多端口网桥，工作在数据链路层，能够识别帧的内容。交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每个端口都可视为独立的网段（分割冲突域），连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。交换机的内部结构交换机的功能交换机主要有以下三个功能：学习：交换机对每一个端口项链的MAC地址进行识别，并将这些设备的MAC地址同相应端口的映射关系存放在自己缓存中的MAC地址表中。转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射关系存在时，它被转发到响应的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。交换机的工作原理交换机是依赖于一张MAC地址与端口的映射表（ContextAddressMap,CAM）来进行工作的，如图所示：交换机的工作原理：交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射关系并将其写入MAC地址表中。当一台计算机发送过一次数据帧时，就被交换机记录下来；如果有其他的计算机向这台计算机发送数据时，数据只会从特定端口转发出去，而不会从其他端口转发。如果交换机收到的数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。另外，广播帧和组播帧也向所有的端口转发。第二层交换与第三层交换第二层交换第二层交换是以硬件的方式执行网桥的功能。第三层交换第三层交换是将路由功能集成到交换机中，在交换机内部实现了路由，提高了网络的整体性能。但它不是简单的把路由器设备的硬件与软件简单地叠加在局域网交换机上。简单地说，三层交换技术=二层交换技术+三层转发技术三层交换机在对第一个数据流进行路由后，会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样数据流通过，直接提供线速二层交换而不是路由，极大提高效率。路由器路由器的概念与构成路由器是属于网络层的互联设备，用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络就是拥有独立网络地址的网络。直接分割广播域（阻断网络帧的Flood泛红）。路由器的功能路由器主要有以下几种功能。网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网与广域网。路由选择：通过路由器互连在一起的网络，如果一个网络中的主机要向另一个网络的主机发送数据包，路由器就会分析源地址与目的节点地址中的网络号，找出一条最佳的、最经济、最快捷的一条通信路径。分组转发：接收节点发来