網絡系統培訓1-網絡基本概念

網絡基礎知識介紹主講人：施崢嶸2/2/20231提綱基本概念常見招投標參數常用網絡拓樸結構參考資料2/2/20232基本概念路由與交換OSI參考模型與TCP/IP模型局域網技術以太網VLANIP地址劃分2/2/20233計算機網絡計算機網絡：通信與計算機技術的結合產生了計算機網絡。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通信子網：有專用的通信處理機和連接通信結點的鏈路組成協議：通信雙方事先約定好的必須遵守的規則發展歷史：以主機為中心面向終端的計算機網絡；以通信子網為中心的計算機網絡；面向異種機互連的開放系統。網絡協議：為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。三個要素：語法：數據語控制信息的結構和格式語義：需要發出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應答同步：事件實現順序的詳細說明2/2/20234路由和交換路由和交換是網絡世界中兩個重要的概念。傳統的交換發生在網絡的第二層，即數據鏈路層，路由發生在第三層，網絡層。路由－－L3路由是把信息從源穿過網絡傳遞到目的的行為，在路上，至少遇到一個中間節點。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。它們的主要區別在于橋接發生在OSI參考協議的第二層（鏈接層），而路由發生在第三層（網絡層）。這一區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。交換－－L2從本意上來講，交換只是一種技術概念，即完成信號由設備入口到出口的轉發。因此，只要是和符合該定義的所有設備都可被稱為交換設備。由此可見，“交換”是一個涵義廣泛的詞語，當它被用來描述數據網絡第二層的設備時，實際指的是一個橋接設備；而當它被用來描述數據網絡第三層的設備時，又指的是一個路由設備。

2/2/20235路由和交換的工作層次物理層網絡層數據鏈路層傳輸層應用層OSI協議分層工作方式網絡設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網絡協議體系結構網絡體系結構是掌握企業網技術的理論框架開放系統互連（ISO/OSI）是標準的體系結構TCP/IP是工業界默認的開放網絡協議在網絡體系結構中,網絡結點對應協議棧,網絡連接對應協議連接在網絡體系結構中理解網絡協議、知識和產品2/2/20237計算機網絡中采用層次結構，它有以下一些好處：各層之間相互獨立。靈活性好。各層實現技術的改變不影響其他層。易于實現和維護。有利于促進標準化。2/2/20238OSI七層參考模型物理層(PhysicalLayer)：利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接，實現比特流的透明傳輸。數據鏈路層(DataLinkLayer)：在物理層提供比特流服務的基礎上，線路變成無差錯的數據鏈路。網絡層(NetworkLayer)：為數據在結點之間傳輸創建邏輯鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子網選擇最適當的路徑，以及實現擁塞控制授、網絡互連功能。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、可靠的數據傳輸服務。

會話層(SessionLayer)：為表示層提供建立、維護和結束會話連接的功能，并提供會話管理服務等功能。表示層(PresentationLayer)：用于處理在兩個通信系統中交換信息的表示方式，主要包括數據格式變換、數據加密與解密、數據壓縮與恢復等功能。應用層(ApplicationLayer)：為網絡用戶或應用程序提供各種服務，如文件傳輸(FTP)、電子郵件(E－mail)、分布式數據庫以及網絡管理等。

2/2/20239通信示例及對應的OSI環境APAP通信子系統通信子系統數據通信網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網絡環境APAP76543217654321332211計算機A計算機B本地系統環境網絡環境OSI環境2/2/2023102/2/202311TCP/IP協議簇功能模塊關系應用傳輸網絡互連網絡接口和硬件FTP,SMTP,DHCP,BOOTPTCP/UDPIPICMPARP/RARPIEEE802.3,ATM,X.25,PPPTCP/IP協議簇功能模塊關系

層的名稱

功能簡述

應用層向用戶提供一組常用的應用程序，如文件傳輸、電子郵件等

傳輸層(TCP)提供端到端的數據傳輸服務

網際層(IP)定義數據報，處理路由

網絡訪問層接收網際層數據報，通過網絡發送；從網絡上接收數據送交IP層2/2/202312TCP/IP協議簇豐富的應用協議多重協議棧GopherKerbXwinRexecMIMESMTPTelnetFTPDNSTFTPNFSRPCNCSSNMPTCPUDPPingTraceRouteIPARPRARPICMPEthernet,Token-Ring,FDDI,X.25,Wireless,Async,ATM,SNATCP/IP協議簇2/2/202313TCP/IP與OSI參考模型的對應關系應用層表示層會話層傳輸層物理層數據鏈路層網絡層7654321OSI參考模型應用層傳輸層網絡接口網際層TCP/IP概念層次Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等TCP/IP支持所有的、標準的物理和數據鏈路協議2/2/202314ISO/OSI參考模型&TCP/IP協議簇OSI僅僅是一個框架模型TCP/IP是一個具體協議實例網絡設備和應用是產品實現開放系統互連（OSI）參考模型應用層表示層會話層運輸層網絡層數據鏈路層物理層OSI參考模型對應網絡協議舉例互連設備/應用系統舉例FTP，TFTP，NFSSMTP，POP3SNMP，Telnet，HTTPDHCP，BOOTP，DNSTCP，UDP網關，代理服務器，文件傳輸服務器、域名服務器，萬維網服務器IP，ICMP，ARP，RARP路由器/訪問服務器PPP，HDLC，LLC，MAC網橋、局域網交換機，ATM交換機V.24，V.35，局域網物理層轉發器、集線器傳輸子網高層協議網絡互連協議2/2/202315小結網絡體系結構與網絡協議是網絡技術中兩個最基本的概念。計算機網絡是由多個互連的計算機結點組成的，結點之間要做到有條不紊地交換數據，每個結點都必須遵守一些事先約好的規則。

對于結構復雜的計算機網絡來說，最好的組織形式是層次結構模型。計算機網絡協議就是按照層次結構模型來組織的。網絡層次結構模型與各層協議的集合定義為計算機網絡體系結構。(5)OSI參考模型定義了開放系統的層次結構、層次之間的相互關系及各層所包括的可能的服務，它對推動網絡協議標準化的研究起到了重要作用。(6)TCP/IP參考模型與協議利用正確的策略，抓住了有利時機，伴隨著Internet的發展而為目前公認的工業標準。2/2/202316路由與交換OSI參考模型與TCP/IP模型局域網技術以太網VLANIP地址劃分基本概念2/2/202317局域網參考模型IEEE802局域網參考模型2/2/2023181.物理層

物理層涉及到通信在信道上傳輸的原始比特流，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、同步前導碼的生成與去除、二進制位信號的發送與接收。

2.MAC子層

介質訪問控制子層(MAC)是數據鏈路層的一個功能子層，MAC子層構成了數據鏈路層的下半部，它直接與物理層相鄰。MAC子層是與傳輸介質有關的一個數據鏈路層的功能子層，它主要制定管理和分配信道的協議規范。2/2/202319MAC地址:

作用：局域網上的計算機利用MAC地址表示自己和他人的身份

MAC地址通常存儲在網絡接口卡NIC中

MAC地址位于OSI參考模型的數據鏈路層2/2/2023203.LLC子層

邏輯鏈路控制子層(LLC)也是數據鏈路層的一個功能子層。它構成了數據鏈路層的上半部，與網絡層和MAC子層相鄰。LLC子層在MAC子層的支持下向網絡層提供服務。它可運行于所有802局域網和城域網的協議之上。LLC子層與傳輸介質無關，它獨立于介質訪問控制方法，隱藏了各種局域網技術之間的差別，向網絡層提供一個統一的格式與接口。LLC子層的作用是在MAC子層提供的介質訪問控制和物理層提供的比特服務的基礎上，將不可靠的信道處理為可靠的信道，確保數據幀的正確傳輸。2/2/202321IEEE802局域網標準802.3CSMA/CD物理層802.4TokenBus物理層802.5TokenRing物理層802.6城域網802.9ISDN802.11無線局域網802.2邏輯鏈路控制子層802.1LAN體系結構與網絡互連高層LLCMAC物理層IEEE802各分委員會結構關系與局域網標準圖2/2/202322以太網以太網技術特性以太網是基帶網，它采用基帶傳輸技術。以太網的標準是IEEE802.3，它使用CSMA/CD介質訪問控制方法。以太網是一種共享型網絡，網絡上的所有站點共享傳輸媒體和帶寬。以太網是廣播式網絡。以太網的數字信號采用曼徹斯特編碼方案。以太網所支持的傳輸介質類型有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以太網以太網所構成的拓撲結構主要是總線型和星型。有多種以太網標準，它們支持不同的傳輸速率(10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10Gbps)以太網是可變長幀，長度為：64Bytes~1514Bytes。以太網技術先進，但很簡單，這是它獲得成功的主要原因。以太網技術成熟，價格低廉、易擴展、易維護、易管理。2/2/202324虛擬局域網VLAN虛擬局域網的結構虛擬網(邏輯網)是以交換式網絡為基礎，把網絡上的用戶(終端設備)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技術，而是交換網絡為用戶提供的一種服務。虛擬網技術是OSI第二層的技術，該技術的實質是將連接到交換機上的用戶進行邏輯分組。每個邏輯分組相當于一個獨立的網段。2/2/202325VLAN劃分的策略端口MAC地址協議類型網絡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模型局域網技術以太網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絡，即A類至E類，如圖所示。其中A、B、C三類由InterNIC在全球范圍內統一分配，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連接的網絡地址，稱為“專用Internet地址分配”。RFC1918規定了不想連入Internet的IP地址分配指導原則。由Internet地址授權機構控制IP地址分配方案中，留出了三類網絡號，給不連到Internet上的專用網用，分別用于A，B和C類IP網，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本機本網中的主機局域網中的廣播對指定網絡的廣播回路00...00主機號1111...1111網絡號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地址保留用作網絡地址。0000...0000網絡號網絡地址2/2/202332子網（Subnet）劃分因特網規模的急劇增長，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模的急速增長解決辦法：從主機號部分拿出幾位作為子網號這種在原來IP地址結構的基礎上增加一級結構的方法稱為子網劃分。前提：網絡規模較小——IP地址空間沒有全部利用。例如：三個LAN，主機數為20，25，30，均少于C類地址允許的主機數。為這三個LAN申請3個C類IP地址顯然有點浪費。2/2/202333子網劃分舉例例如：C類網絡，主機號部分的前三位用于標識子網號，即：110000000000101000000001xxxyyyyy網絡號+子網號新的主機號部分子網號為全“0”全“1”不能使用，于是劃分出23-2=6個子網，子網地址分別為：

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

11111111

11111111

11111111

11100000即24缺省子網掩碼：A類： B類： C類：2/2/202336提綱基本概念常見招投標參數常用網絡拓樸結構參考資料2/2/202337交換機參數－－性能參數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據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的數據交換能力，單位為bps（bit每秒）包轉發率包轉發率標志了交換機轉發數據包能力的大小。單位一般為pps（包每秒）2/2/202338包轉發線速的計算方法包轉發率的衡量標準是以單位時間內發送64byte的數據包（最小包）的個數作為計算基準的。數據包在傳輸過程中會在每個包的前面加上64個bit的preamble（前導符），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個字節的數據包，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，這時一個數據包的長度實際上是有672bit千兆端口線速包轉發率=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的千兆位以太網端口背板容量＝2×1000×2＋48×100×2(Mbps)＝13.6(Gbps)相當于13.6/2=6.8個千兆口吞吐量(包轉發率)=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－－功能指標其其它采用Crossbar體系架構，使用ASIC硬件轉發引擎，具有二、三層逐包線速轉發能力，關鍵元器件可實現在線熱插拔。能支持基于L3/L4流速率限制的QOS支持OSPF、BGP、VRRP、RIP1/2、IS-IS等三層路由協議支持組播協議，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參數常用網絡拓樸結構參考資料2/2/202342