cisco网络专题教程1

专题1网络基础一、OSI参考模型1、概述OSI（OpenSystemInterconnection，开放系统互联）模型是由国际标准化组织（ISO）定义的标准，它定义了一种分层体系结构，在其中的每一层定义了针对不同通信级别的协议。是国际标准化组织创立的。ISO是由许多国家的标准化组织成员组成的，其中包括美国首要的非政府标准化组织机构-美国国家标准化学会(ANSI)。“开放”用在这里的意思就是表示这个标准允许网络间的互连，只要求使用的通信软件遵循这个标准，而无须考虑低层的硬件。2、为什么要建立OSI参考模型把网络分层有下面的优点：1）简化相关的网络操作；2）提供即插即用的兼容性黄蓉不同厂商之间集成的标准接口；3）使工程师们能够专注于设计和优化不同网络互联设备的互操作性；4）防止一个区域的网络变化影响另外一个区域的网络，每个区域的网络都能够单独快速地升级；5）把复杂的网络连接问题分解成小的简单的问题，易于学习和操作。3、OSI参考模型OSI模型有7层，分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。OSI模型在逻辑上可分为两个部分：低层的1、4层关注的是原始数据的传输；高层的5、7层关注的是网络下的应用程序。1）物理层（physicallayer）物理层是OSI参考模型的最低层。物理层负责通过通信信道传输二进制数据流。信道可以是同轴电缆、光缆、卫星链路以及普通的电话线。在网络中，物理层为执行，维护和终止物理链路定义了电子，机械，过程及功能的规则。物理层具体定义了诸如电位级别，电位变化间隔，物理数据率，最大传输距离和物理互联装置特性，物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流。设计上必须保证一方发出“1”时，另一方接收到的是“1”而不是“0”。在物理层，设计的问题主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等。2）数据链路层（datalinklayer）数据链路层通过物理网络链路提供可靠数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特性，其中包括物理编址，网络拓扑结构，错误校验，帧序列以及流控。物理编址（相对应的是网络编址）定义了设备在数据链路层的编址方式；网络拓扑结构包括数据链路层的说明，该说明常常定义了设备的物理连接方式，如总线拓扑结构或拓扑结构；错误校验向发生传输错误的上层协议告警；数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧；流控可以延数据的传输能力，以使接收设备不会因为在某一时接收到了超过其处理能力的信息流而崩溃。电气与电子工程师学会（IEEE）将数据链路层分成逻辑链路控制（LLC，LogicalLinkControl的缩写）和介质访问控制（MAC，MediaAccessControl的缩写）两个子层。逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信，IEEE802.2标准定义了LLC支持无链接服务和面向连接服务。IEEE802.2在数据链路层的信息帧中定义了许多域，这些域使得多种高层协议可共享一个物理数据链路。数据链路层的介质访问控制网络介质的协议，IEEEMAC规则定义了MAC地址，以标识数据链路层中的多个设备。数据链路层的主要任务是物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显示为一条无错的线路。发送方把输入数据分装在数据帧（dataframe）里，按顺序发送各帧，并处理接收方回送的确认帧（acknowledgementframe）由于物理层仅仅接收和传送比特流，并不关心它的意义和结构，所以只能依赖各链路层来产生和识别帧边界。几个常见的数据链路层协议包括：高级数据链路控制(HDLC)，是ISO的标准和子集，例如：同步数据连接控制(SDLC)，D信道链路接入步骤(LAPD)，广域网（WAN）协议，例如帧中继和ISDN。3）网络层（networklayer）网络层提供路由选择及其相关的功能，这些功能使得多个数据链路被合并到互联网络上，这是通过设备的逻辑编址（相对应的是物理编址）完成的。网络层为高层协议提供面向连接服务和无连接服务。网络层协议一般都是路由选择协议，但其它类型的协议也可在网络层上实现。网络层关系到子网的运行控制，其中的一个关键问题是确定分组从源端到目的端的路由选择问题。路由即可以选用网络中固定的静态路由表，也可以在每一此会话时决定，还可以根据网络的当前的负载状况，高度灵活地为每一个分组决定路由。网络层协议：X.25，一种面向连接的分组包交换协议，由ITU-T（国际电信联盟电信标准部）制定。X.25在公用数据网络上(尤其是在欧洲)广泛的使用。IP（网间互联协议），是DARPA（美国国防部高级计划研究局）为互联网工程开发的网络协议之一，是互联网上主要使用到的协议。当学习TCP/IP时，会学到更多的有关IP的内容。网间包交换协议(IPX)，NovellNetWare的网络层协议，是从XNS协议族演化而来的。4）传输层（transportlayer）传输层实现了向高层传输可靠的互联网络数据的服务。传输层的功能一般包括流控，多路传输，虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理设备之间的数据传输问题，确保传输设备不发送比接收调和处理能力大的数据；多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上；虚电路由传输层建立，维护和终止；差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构；而差错恢复包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解决发生任何错误。基本功能：从会话层接收数据，并且在必要的时候将它分成较小的单元，传输给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误，而且这些任务必须高效地完成。通常，会话层每请求建立一个传输连结，传输层就会为其创建一个独立的网络连结。如果传输连结需要一个较高的吞吐量，传输层也可以为其创建多个网络连结，让数据在这些网络连结上分流，以提高吞吐量。另一方面，如果创建和维持一个网络连结不划算。传输层可以将几个传输连结复用到一个网络连结上，以降低费用。传输层是真正的从源到目标“端到端”层。也就是说，源端机上的程序，利用报文头和控制报文与目标机上的类似程序进行对话。连接管理--TCP协议的传输层负责建立和释放连接，由于存在丢失和重发包的可能性，因此这是一个复杂的过程。流量控制和缓冲--网络中的每个节点都能以一个特定的速率接收信息。这一速率由计算机的计算能力和其他因素决定。每个节点还有一定数量的用于存储数据的处理器内存。传输层确保在接收方节点有足够的缓冲区，且保证数据传输的速率不超过接收方节点可以接收数据的速率。还负责保证提供给会话层的通信服务的可靠性。5）会话层（sessionlayer）会话层就是会话开始和结束、以及达成一致会话规则的地方。一封信一般由开头、正文和结尾组成。网络中的情况也是一样：首先通过一个程序初始化网络通信，接着发送信息、接收信息，最后结束通信。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。会话层允许不同计算机上的用户建立会话关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据的传输，并提供了对某些应用有用的增强服务会话，也可以被用于远程登录到分时系统或在两台机器间传递文件。6）表示层（presentationlayer）表示层是处理有关计算机如何表示数据和在计算机内如何存储数据的过程。OSI模型中表示层是处理信息在计算机上的表示。换句话说，表示层处理计算机存储信息的格式问题。表示层完成某些特定的功能。表示层服务的一个典型例子是用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。数据表示--表示层解决了连接到网络的不同计算机之间数据表示的差异。例如，可以处理使用EBCDIC字符编码的IBM大型机和一台使用ASCII字符编码的IBM或兼容个人计算机之间的通信。数据安全--表示层通过对数据进行加密与解密使任何人，即使窃取了通信信道的人也无法得到机密信息、更改传输的信息或者在信息流中插入假消息。表示层能够验证信息源，也就是确认在一个通信会话中的一方正是信息源所代表的那一方。数据压缩--表示层也能够以压缩的形式传输数据，以最优化的方式利用信道。通过压缩从应用层传递下来的数据并在接收端回传给应用层之前解压数据来实现这一目的。EBCDIC和ASCII是使用广泛的两种编码方式，而MPEG是视频压缩和编码的标准。7）应用层（applicationlayer）应用就是我们在计算机上用来完成某项任务的东西。位于OSI协议栈的最高层，包含了一些应用程序，通过激活这些网络程序和服务来实现有实际意义的功能。这些程序可由程序员专门针对单个网络规范和编制。应用程序也可以是基于一个更普遍一般的工具，如Web站点开发工具等已被程序员改编用于特定目的的工具。网络用户有一些普遍的应用需求。例如，大多数用户需要每天使用到Email与同事联系，或者需要用到字处理程序来制作电子文档。应用层包含大量人们普遍需要的协议。解决这一问题的方法之一是定义一个抽象的网络虚拟终端（networkvirtualterminal），编辑程序和其它所有的程序都面向该虚拟终端。而对每一种终端类型都写一软件把网络虚拟终端映射到实际终端，所有虚拟终端软件都位于应用层。应用层的另一功能是传输文件。不同的文件系统有不同的文件命名原则，文本行有不同的表示方法等。不同的系统之间传输文件所需处理的各种不兼容问题，也同样属于应用层的工作。此外还有电子邮件、远程作业输入、名录查询和其它各种通用和专用的功能。常用应用程序有：E-mail文件传输和访问Web浏览器和服务器OSI参考模型为计算机之间的通信提供基本框架.但模型本身不是通信方法,只有通过通信协议才能实现实际的通信.在数据网络中,协议(protocol)是控制计算机在网络介质上进行信息交换的规则和约定。一个协议实现OSI的一层或多层功能。数据头附加在上层传输下来的数据之前，这个过程叫做封装；数据尾附加在上层传输下来的数据之后。二、以太网工作原理1、概述以太网是由Xeros公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制，数据传输速率达到10Mbps。虽然以太网是由Xeros公司早在70年代最先研制成功，但是如今以太网一词更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由DigitalEquipmentCorporation、Intel、和Xeros三家公司联合开发，与IEEE802.3规范相互兼容。以太网结构示意图如下：以太网/IEEE802.3通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。以太网使用收发器与网络媒体进行连接。收发器可以完成多种物理层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。收发器可以作为独立的设备通过电缆与终端站连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传递的数据。通过查看包含在帧中的目标地址，确定是否进行接收或放弃。如果证明数据确实是发给自己的，工作站将会接收数据并传递给高层协议进行处理。以太网采用CSMA/CD媒体访问机制，任何工作站都可以在任何时间访问网络。在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否空闲，如果网络上没有任何数据传送，工作站就会把所要发送的信息投放到网络当中。否则，工作站只能等待网络下一次出现空闲的时候再进行数据的发送。作为一种基于竞争机制的网络环境，以太网允许任何一台网络设备在网络空闲时发送信息。因为没有任何集中式的管理措施，所以非常有可能出现多台工作站同时检测到网络处于空闲状态，进而同时向网络发送数据的情况。这时，发出的信息会相互碰撞而导致损坏。工作站必须等待一段时间之后，重新发送数据。补偿算法用来决定发生碰撞后，工作站应当在何时重新发送数据帧。虽然以太网和IEEE802.3在很多方面都非常相似，但是两种规范之间仍然存在着一定的区别。以太网所提供的服务主要对应于OSI参考模型的第一和第二层，即物理层和逻辑链路层；而IEEE802.3则主要是对物理层和逻辑链路层的