网络基础之一：分层模型 朱文博 2013.10.18

1. 网络基础之一：分层模型朱文博2013.10.18

2. 一、网络概念

3. 1. 通信要素 • 消息 • 规则及协议 • 设备：终端设备、中间设备 • 介质：铜缆（双绞线）、光缆、无线

4. 2. 几个概念 • 局域网（LAN）：将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。以太网 • 广域网（WAN）：广泛地理范围内所建立的计算机通信网 • 互联网internet：两个或多个内部网互联 • 因特网Internet：全球最大互联网 • 节点：具有IP的设备 • 拓扑（topology）：网络设备与它们之间互联布局关系

5. 控制简单 • 故障诊断和隔离容易 • 安装工作量大 • 中央节点的负担较重 • 分布处理能力较低 • 电缆长度短 • 连接简单 • 节点的故障会引起全网故障 • 故障诊断困难 • 电缆数量少 • 易于扩充 • 传输距离有限 • 故障诊断和隔离较困难

6. 二、分层模型

7. 1. OSI模型 Open system interconnection

8. 1. OSI模型

9. TCP/IP模型

10. 各层用途 • 应用层：访问网络服务的接口（HTTP、FTP） • 表示层：提供数据格式转换服务 • 会话层：建立端连接并提供访问验证和会话管理（断点续传） • 传输层：提供应用程序间逻辑通信（进程、端口） • 网络层：在节点间创建逻辑链路，并分组转发数据（IP、路由） • 数据链路层：在通信的实体间建立数据链路连接（网卡） • 物理层：提供原始比特流传输通路（网线）

11. 协议数据单元PDU • 应用层：数据 • 传输层：数据段 • 网络层：数据包 • 数据链路层：帧 • 介质中：比特

12. 协议数据单元PDU

13. 三、应用层（表示、会话层）

14. 1. 通信步骤 • 人们建立通信 • 应用层将人类通信转换为网络数据 • 软件或硬件将通信转变成数字格式 • 应用层服务启动数据传输 • 各层发挥作用 • 应用层接收数据，提供给人使用

15. 2. TCP/IP应用层协议 • DNS：域名系统，提供域名和IP地址相互映射数据库 • HTTP：超文本传输 • SMTP：简单邮件传输 • FTP：文件传输 • DHCP：动态主机配置协议

16. 2.1 DNS简介

17. 域名组成 www.apple.com

18. 分级系统

19. 相关命令 • nslookup：查询域名服务器、解析指定主机名 • ipconfig/displaydns：查看dns缓存

20. DNS缓存 • DNS服务器使用域名守护程序(named守护程序)，客户端提出请求，named进程检查自己记录，没有则连接其他服务器，并将结果保存于缓存，客户端也将结果保存于自身缓存，再次需要可自行查找 • 记录类型 • A：主机 • PTR：域名 • NS：域名服务器 • MX：处理电子邮件主机 • SOA：DNS区域开始 • CNAME：别名 • IN：因特网分类记录A记录

22. RDNS 查询根域名服务器（in-addr.arpa），依次查找IP网段地址，最后找到管理主机地址的域名服务器

23. 3. 表示层、会话层 • 表示层： • 对应用层数据编码及转换 • 采用可被目的设备解压方式对数据压缩 • 对数据加密解密 • 会话层：创建并维持对话

24. 四、传输层

25. 1. 传输层作用 • • 在源和目的主机应用程序之间跟踪独立通信 • • 分段、重组数据 • • 标志应用程序（端口号） • • 流量控制 • • 错误恢复 • • 开始一个会话

26. 2. 传输层协议 • TCP：传输控制协议，协议类型6 • Web浏览器 • 电子邮件 • 文件传输程序 • UDP：用户数据报协议，协议类型17 • DNS • 视频流 • IP语音

27. 2.1 TCP协议 • 面向连接 • 可靠通信：保证数据顺序、重传策略 • 开销大、速度慢

28. TCP数据包 e

29. TCP数据包 • Data Offset：标志数据包起始位置 • Code（Control Flag）：控制标志码，说明连接状态 • URG：紧急 • ACK：确认 • PSH：传送缓冲区其他数据包 • RST：重置连接 • SYN：同步序列号 • FIN：通知传毕 • Window：控制数据包流量 • Checksum：确认校检码 • 报头提供： • 源端口、目的端口 • 排序以提供同序处理 • 数据段接收确认 • 流量控制及拥堵管理

30. 建立连接：三次握手 • 客户端发送syn包，进入SYN_SENT状态 • 服务器接收syn包，回复syn+ack包，进入SYN_RECV状态 • 客户端回复ack包，客户端与服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手

31. 关闭连接：四次握手 • 客户端/服务器发送FIN消息 • 服务器/客户端收到FIN消息，发送ACK消息 • 客户端/服务器收到ACK消息

32. 典型DOS攻击 • DOS：Denial of Service • 半连接：收到SYN包，未收到ACK包的状态 • SYN泛洪：通过发送大量的伪造syn包，长时间占用被攻击主机未连接队列，正常syn包被丢弃，使目标系统运行缓慢，严重者引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

33. 2.2 UDP协议 • 无连接 • 不可靠通信 • 低开销、速度快

34. UDP数据包

35. 3. 端口寻址 • 端口号：为跟踪会话，标志应用程序网络服务，协议使用逻辑端口号,范围从0到65535（2^16），由Internet编号指派机构（IANA）分配 • 端口类型： • 公认端口，0-1023，固定分配给一些服务 • 已注册端口，1024-49151，松散地绑定于一些服务，多数没有明确的定义服务对象 • 动态或私有端口，49512-66535，临时分配，很少使用。

36. 常见端口 查看连接状态：netstat • 20FTP-data，文件传输协议使用的主动数据传输端口 • 21FTP，文件传输协议的命令端口 • 25SMTP，简单邮件传递协议，用在作为Mail Server端口 • 53DNS，域名服务器 • 80WWW，全球信息网服务器 • 110POP3，邮件接收协议 服务器进程有静态分配的端口号，而客户端为每个会话动态选择端口号

37. 五、网络层

38. 1. 网络层任务 • 用IP地址编址 • 封装 • 路由：路由器对到达网关接口的数据包作出转发决定的过程 • 解封装

39. 2. 网络层协议 • IP协议（Internet Protocol）：网际协议 • IPv4 • IPv6 • ARP：地址解析协议；RARP：反向地址解析协议 • ICMP：因特网报文协议 • IGMP：因特网组管理协议

40. 2.1 IPv4协议 • 无连接（4层解决） • 尽力（不可靠）（4层解决） • 介质无关性

41. IPv4数据包

42. IPv4数据包 • IHL：报头长度 • ToS：描述优先级别，QoS • Length：20~65535字节，数据包长度 • Identification：标记分片 • Flags&Offset：标志和分片偏移量，帮助重建分片 • TTL：可经过的最大跳数，每经过一台路由器减1，为0时丢弃。（0~255） • Protocol：TCP：6；UDP：17 • Checksum：指明报头长度，由于TTL会被修改，该值也在每一跳修改 • Options：额外功能，安全机制、路由机制等 • Padding：补齐（每行32bits）

43. 3. 路由：数据包的处理 • 主机分组---网络划分---广播域 • 路由：路由器对到达网关接口的数据包作出转发决定过程 • 网关：网络的出口

44. 3. 路由：数据包的处理 　　有数据包发送---主机A查阅报头目的IP地址----分析自己路由表，相同网段时通过局域网直接传送----不在同一网段，发送至默认路由

45. 路由表 • 查看主机路由表：netstat -r/route print • 查看路由器路由表：show ip route

46. 路由表 • 直连: 路由器连接到该网络 • 静态路由: 由系统管理员手动输入 • 动态路由:通过交换路由信息获得 • 默认路由: 静态或动态获得; 在不知道网络的明确路由时使用（0.0.0.0）

47. 路由协议 • RIP：路由信息协议，配置简单，大量广播、支持网络规模小 • IGRP、EIGRP（增强型内部网关路由协议）：思科专用，拓扑变化才更新。 • OSPF（Open Shortest Path First）：兼容性好，配置相对复杂 • BGP（Border Gateway Protocol）：高级的距离向量路由协议

48. 六、数据链路层

49. 1. 数据链路层任务 • 支持和连接上层服务：逻辑链路控制（LLC）--创建帧（frame） • 控制通过本地介质的传输：介质访问控制（Mac）--将帧放置到介质上、从介质获取帧（数据编址、分界）

50. 以太帧 • PPP帧 • 802.11无线帧 • 帧中继 • HDLC帧（思科专有） 2. 数据帧（LAN）