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网络基础知识培训

网络基础知识培训. 河北师范大学网络中心 CERNET 河北省主节点 刘宏忠 2005.8.15. 内容概要. Internet 简介 — 一个全局的视图 OSI 参考模型 vs. TCP/IP 协议集 以太网原理 — 集线器 vs. 交换机 IP 协议 — 编址、路由、访问控制、地址翻译 高层应用 —DNS 、 HTTP 、 FTP 、 E-mail 传输介质与结构化布线 网络管理 网络管理经验分享. Internet— 一个全局的视图. 历史 1969 ARPANet 建立 1972 为发展 ARPANet 标准创建了互联网络组织

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Presentation Transcript

  1. 网络基础知识培训 河北师范大学网络中心 CERNET河北省主节点 刘宏忠 2005.8.15

  2. 内容概要 • Internet简介—一个全局的视图 • OSI参考模型 vs. TCP/IP协议集 • 以太网原理—集线器 vs. 交换机 • IP协议—编址、路由、访问控制、地址翻译 • 高层应用—DNS、HTTP、FTP、E-mail • 传输介质与结构化布线 • 网络管理 • 网络管理经验分享

  3. Internet—一个全局的视图 • 历史 • 1969 ARPANet建立 • 1972 为发展ARPANet标准创建了互联网络组织 • 1978 计划将TCP选路功能分出一个单独的协议--IP • 1982 使用TCP/IP协议集统一ARPANet • 1986 NSFNet建立 • 1989 发明了HTML/HTTP • 1993 第一个图形化浏览器—Mosaic • 1995 NSFNet退休，Internet转入商业运作

  4. Internet在中国 • 1987 钱天白教授发出我国第一份电子邮件“越过长城，通向世界” • 1994 NCFC通过美国SPRINT公司连入Internet的64K国际专线开通，实现了与Internet的全功能连接，我国被国际上正式承认为有Internet的国家；中国公用计算机网ChinaNet、中国教育和科研计算机网CERNet建设相继启动 • 1995 中国电信分别在北京和上海向社会提供Internet接入服务；中国电信开始筹建ChinaNet全国骨干网；CERNet骨干网建成，接入108所高校 • 1996 ChinaNet全国骨干网建成；中国公众多媒体通信网（169网）建设启动 • 1997 中国互联网络信息中心CNNIC组建；ChinaNet实现了与CERNet等其他三个互联网络的互联互通；截至1997年底我国上网用户人数62万 • 截至2001年6月我国上网用户人数2650万

  5. Commercialization Privatization 21st Century Interoperable Networking High Performance SprintLink Research &Education InternetMCI Networks US Govt Networks ANS ARPAnet NSFNET Active gigabit Nets testbeds wireless Internet2, Abilene, vBNS WDM Advanced US Govt Networks Quality of Service (QoS) Research and Development Partnerships

  6. 网络中心 田家炳楼 实验中心 光纤 UTP UTP 其他单位子网 其他单位子网 .40 .30 UTP UTP UTP UTP UTP .10 .20 .50 .60 物理学院子网：202.206.97.0/255.255.255.0 校园网上计算机的联网视图

  7. 省主节点6509 155Mbps 中国教育科研网 100Mbps 计费网关 100Mbps 1000Mbps 1000Mbps 1000Mbps Cisco 6509 Cisco 6509 Cisco 3512T Cisco 3512T 100Mbps 100Mbps 100Mbps 100Mbps Cisco 2924/3548 西区东院 职技校区 东校区 西区西院 河北师范大学校园网逻辑视图

  8. Cernet 155Mbps Cisco 6509 1Gbps 1Gbps 100Mbps Cisco 7206 Cisco 3512 Cisco 2948 2Mbps 100Mbps 1Gbps 石家庄市 光纤城域网 网通/联通 数字传输网 广电网络 MPLS VPN 100Mbps 外地入网院校 石市入网院校 各市节点院校 CERNet河北省网的逻辑结构 Cernet Cernet 155Mbps 155Mbps Cisco 6509 1Gbps 100Mbps

  9. 哈尔滨 乌鲁木齐 长春 沈阳 呼和浩特 北京 唐山 天津 银川 石家庄 大连 济南 兰州 太原 烟台 西宁 青岛 郑州 西安 徐州 汉中 南京 成都 无锡 上海 合肥 重庆 武汉 黄梅 宜昌 拉萨 杭州 九江 长沙 南昌 福州 贵阳 台北 桂林 主干网 昆明 柳州 广州 厦门 地区网 百色 汕头 惠州 深圳 GigaPop 南宁 深圳 湛江 珠海 Pop 徐闻 海口 三亚 CERNET 主干网

  10. Local ISP Local ISP Customers Customers Transit ISP IX IX IX Transit ISP Local ISP Customers 全球Internet的逻辑结构

  11. 内容概要 • Internet简介—一个全局的视图 • OSI参考模型 vs. TCP/IP协议集 • 以太网原理—集线器 vs. 交换机 • IP协议—编址、路由、访问控制、地址翻译 • 高层应用—DNS、HTTP、FTP、E-mail • 传输介质与结构化布线 • 网络管理 • 网络管理经验分享

  12. 开放系统互连（OSI）参考模型 7 6 5 4 3 2 1 Application 应用层 Presentation 表示层 Session 会话层 Transport 传输层 Network 网络层 Data Link 数据链路层 Physical 物理层

  13. Internet TCP/IP • TCP/IP的初衷是实现异种网络的互连（Interconnection） • 70年代末由ARPA发展而成 • TCP/IP成为开放式互联协议—RFC文档 • TCP/IP和UNIX结合 • TCP/IP在实践中发展和完善 • TCP/IP由一组协议构成

  14. Application SMTP SNMP DNS Telnet FTP Presentation Session Transport UDP TCP IP ICMP Network ARP & RARP Data Link ControlMedia Access Control DLC NDIS DRIVER Physical NIC TCP/IP协议集 vs. OSI参考模型 4 3 2 1

  15. TCP/IP传输层协议 • TCP Transmission Control Protocol • UDP User Datagram Protocol 传输层将信息流分割，加上网段的序列 后交给网络层 TCP提供站点之间可靠的数据传输服务 UDP提供非可靠的无连接的数据传输服务

  16. TCP/IP网络层协议 • IP Internet Protocol • ICMP Internet Control Message Protocol • ARP Address Resolution Protocol • RARP Reverse Address Resolution Protocol 网络层(IP)建立包，加上帧首再将帧传至数据链路层 IP - 提供节点之间包的传输服务 ICMP - 在站点和路由器/网关之间控制传输的错误和控制信息 ARP - IP地址至物理地址的映射(MAP) RARP - 物理地址至IP地址的映射

  17. 数据链路层 将IP包封装在帧的数据部分并传送至物理层 物理层 • 完成所有CSMA/CD功能 • 传输帧至目标站点

  18. TCP/IP的应用层 • Telnet Remote login • FTP File Transfer Protocol • SMTP Simple Mail Transfer Protocol • DNS Domain Name System

  19. TCP/IP Architecture ftp protocol ftp client ftp server TCP protocol TCP TCP IP protocol IP protocol IP IP IP e protocol f protocol ethernet driver ethernet driver FDDI driver FDDI driver ethernet FDDI

  20. 内容概要 • Internet简介—一个全局的视图 • OSI参考模型 vs. TCP/IP协议集 • 以太网原理—集线器 vs. 交换机 • IP协议—编址、路由、访问控制、地址翻译 • 高层应用—DNS、HTTP、FTP、E-mail • 传输介质与结构化布线 • 网络管理 • 网络管理经验分享

  21. 以太网基础 • 1975 - Xerox 和Standford推出第一个以太网 • 1980 - DEC，Intel, Xerox联合发布以太网网络层和数据链路层协议规范 • 1982 - 公布以太网V2.0版本规范 • 1987 - IEEE公布双绞线以太网标准，10BASE-T • 1995 -通过100BASE-TX(快速以太网)标准

  22. 以太网拓扑结构 • 总线型－以同轴线为传输介质 • 10BASE5(粗缆)，10BASE2(细缆) • 星型结构－以双绞线为传输介质 • 10BASE－T，10BASE－F，100BASE－Tx，100BASE-Fx，1000BASE-T，1000BASE-SX，1000BASE-LX，1000BASE-ZX

  23. 以太网的协议 • 以太网主要是实现OSI中下面的两层 • 使用Cat 3以上的双绞线电缆 • RJ45-8芯模块式连接器 • 最大网络长度为100米 • 网卡定期发出一个脉冲－连接脉冲 • 中继器为第一层的设备

  24. 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 - 中继器 Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Repeater 简单的网络共享式集线器(Hub)

  25. 端至端的系统 A 100米 100米 Repeater 100米 Repeater 100米 Repeater B 100米 Repeater

  26. 物理层 - 多口中继器(HUB) HUB(functional) 总线结构 集线器 堆栈 ............ 中继器 中继器 中继器 中继器 连接脉冲 RJ45插口 UTP电缆

  27. 10Base-T(UTP) RJ-45 插头和UTP色标 脚 信号 1(白/桔黄) 发送+，第2对 2(桔黄) 发送- 3(白/绿) 接收+ 第3对 6(绿) 接收- T568B 管脚/线对的对应关系 Hub 连接电缆(最长100米)

  28. 10BASE-T UTP 端至端最大距离为500米 堆栈Hubs 最多4个中继驿站(hops) 站点至Hub最 大距离100米 最多1024站点/网段 10 Mbps

  29. 100BASE-T 快速以太网 端至端最大距离205米(光缆为400米) 堆栈Hubs 最多2个中继驿站 站点至Hub最 大距离100米 最多1024站点/网段 100Mbps或10Mbps最大识别

  30. 23E5D7 数据链路层 - Ethernet 带碰撞检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD) 帧 101100....1001 10 Mbps NIC IEEE802.3 内置唯一的硬件地址

  31. CSMA/CD访问方法(载波侦听多路访问/带碰撞检测)CSMA/CD访问方法(载波侦听多路访问/带碰撞检测) • 站点发送之前先监听电缆上是否有信号 • 检测其它站点信号的能力称为“载波监听” • 如果电缆被占用，站点必须等待或延迟发送 • 当电缆空闲时任何站点都可使用，称为“多路访问” • 碰撞检测 • 如果两个以上的站点同时发送则产生碰撞，发送站点必须 检测是否有碰撞发生 • 当碰撞发生，涉及碰撞的站点必须随机等待某个时间后才 能再次发送 • 重复发送的最大次数为16次

  32. CSMA/CD－侦听 A想发送数据 空闲 空闲 101010........ 电缆是 否空闲 9.6us? No A B Yes 发送

  33. CSMA/CD－碰撞检测 两个以上的站点 同时发送数据就 会发生“碰撞” Collision!!!

  34. CSMA/CD的优劣 • 优点 • 正常流量时其效率可达90％ • 缺点 • 不确定性因素多 • 网络负荷重时网络效率下降迅速

  35. 10101011 10101010101010.......... 802.3媒介访问控制(MAC)帧结构 前同步字段 帧起始定界 FCS = Frame Check Sequence SFD = Start Frame Delimiter PAD= Filling bytes 目标地址 帧检测序列 源地址 长度 填充 数据 Source Address Destination Address DATA (transparent) Preamble FCS SFD PAD Length 7 1 6 6 2 45 ~ 1500 0~n 4 最长：1518字节；最短：64字节 说明: 大部分碰撞发生在地址前的同步字段

  36. 网卡地址(MAC Address) 00:80:40:00:00:3c • 网络唯一地址 • 广播地址(Broadcast) • 组播地址(Multicast) 唯一编码 Address Lists: - Manufacturing - Symbolic (FLUKE_00003c) 厂商编码 Mfg. list: Fluke: 008040 IBM : 08005a etc.

  37. 连接脉冲(Link Pulse) • 网卡用来访问HUB的信号 • 由网卡发出并由HUB确认连接的完整性 • 如果HUB在150ms之内未发现连接脉冲则判为连接错误

  38. .....first 30 bytes of data ..... 1/2 Slot Time A 碰撞(Collisions) • 网段中两个以上的站点同时传送数据的结果 • 以太网工作时的正常现象 • 过量的碰撞与网络流量过大有关或是物理层问题 B A

  39. 利用率(Utilization) • 利用率是网段整体的流量情况 • 网络介质被占用的时间 • 利用率的测量与所在的位置不同而不同 • 一般没有网络利用率的概念 • 不要和服务器的利用率相混淆 • 利用率是网络电缆的整体能力或带宽 • 平均利用率不应超过40%

  40. 广播(Broadcast) • 所有网络通讯的区域 • 使用一致的站点地址 • 广播不穿过路由器，可穿过网桥 • 大量的广播占用了带宽并限制了网络的访问 • 平均的广播帧应小于5%

  41. 以太网常见的错误类型 • 长帧(Jabbers) • 帧的长度超过1518个字节/FCS可以是正常或非正常的 • 错误的帧检测序列(FCS) • 长度合法但FCS错误的帧 • 短帧(Short Frame) • FCS正常但帧的长度小于64个字节 • 帧不全（Runts） • 任何长度短于法定帧长的帧均可称为不全 • 延迟碰撞(Late Collision) • 发生在前64个字节后的碰撞 • 远端碰撞(Remote Collision) • 发生在中继器另外一侧的碰撞 • 本地碰撞(Local Collision) • 同一网段的两个站点之间的碰撞 • 幻象(Ghosts) • 电缆中看起来好象信息帧的能量但没有正常帧头 有些错误需要比 较长时间的监测

  42. 数据链路层 – 网桥(交换机) Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network Data Link Data Link Bridge & Switch Physical Physical Repeater 桥具有某些智能，和哑中继器不同

  43. 数据链路层 – 网桥 一个逻辑网络 网段#2 网段#1 BRIDGE 2 1 A B C D E F A on # 1 D on # 2 E on # 2 B on # 1 LM on # 1 ,,,,, 如果有一个以上的桥， 就会使用延伸树协议来 确定发送帧的路径。 A发送至B，帧被滤波 1 B发送至D，帧可以通过 2

  44. 交换机—多端口网桥 10Mbps 10Mbps 10Mbps 10Mbps 10Mbps 10Mbps 10Mbps port# MAC add port 1 0800234 port 2 097AC45 port 3 097B3A8 ...... ...... port 10 4AB67D 10Mbps

  45. 交换机的三种转发方式 • 存储转发(Store & Forward) • 接收到整个帧后再作出转发决定 • 切转(Cut Through) • 接收到目的主机物理地址后再作出转发决定 • 改进的切转(Modified Cut Through) • 接收到前64个字节后作出转发决定

  46. 切转技术：1)延迟小；2)可能转发错误帧 Preamble Destination Address Source Address Length Field Data Field Pad FCS Preamble Destination Address Source Address Length Field Data Field FCS Pad Preamble Destination Address Source Address Length Field Data Field Pad FCS 交换技术 存储转发：1)延迟的时间取决于帧的长短；2)不会转发错误帧 改进的切转技术：1)延迟小；2)可能会转发错误帧 (但不是正常碰撞)

  47. 交换机的工作 • Initial MAC address table is empty.

  48. 学习MAC地址 • Station A sends a frame to station C. • Switch caches the MAC address of station A to port E0 by learning the source address of data frames. • The frame from station A to station C is flooded out to all ports except port E0 (unknown unicasts are flooded).

  49. 学习MAC地址 • Station D sends a frame to station C. • Switch caches the MAC address of station D to port E3 by learning the source address of data frames. • The frame from station D to station C is flooded out to all ports except port E3 (unknown unicasts are flooded).

  50. 帧过滤 Filtering Frames • Station A sends a frame to station C. • Destination is known; frame is not flooded.

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