HL-001 网络基础知识

1. HL-001网络基础知识 日期：

2. 引入 • 现在网络已经不仅仅是一个时髦的名词, 它已经成为人们生活不可缺少的一部分。

3. 课程目标 学习完本课程，您应该能够： • 理解网络结构 • 知道局域网和广域网的基本概念 • 掌握ISO OSI参考模型的基本结构

4. 目录 • 网络概述 • OSI参考模型

5. 网络定义 LAN 和WAN 网络拓扑 标准化组织 网络概述

6. 公司总部 SOHO Internet 移动用户 分支机构 计算机网络

7. 网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。 TCP/IP协议栈 5 5 TCP/IP协议栈 4 4 3 3 2 2 请问可以用TCP/IP和你通信吗? 1 1 好啊！我刚好也懂TCP/IP。 源主机 A 目的主机 B 通信协议

8. 主机 简单连接 1960’s – 1970’s 低速连接 主机网络 服务器 基于网络的连接 1970’s – 1980’s WAN 网络互联 1980’s – 网络的演进

9. LAN定义：通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其它设备的集合。LAN定义：通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其它设备的集合。 特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。 标准（standard）：描述了协议的规定，设定了最简的性能集。 LAN定义

10. LAN常用设备 • LAN的设计目标： • 运行在有限的地理区域； • 允许网络设备同时访问高带宽的介质； • 通过局部管理控制网络的权限； • 提供全时的局部服务； • 连接物理上相邻的设备。 交换机 中继器 HUB 路由器

11. WAN定义：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连局域网。WAN定义：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连局域网。 WAN分类： 公用电话网：PSTN 综合业务数字网：ISDN 数字数据网：E1专线 公用分组交换网：X.25 帧中继：Frame Relay 异步传输模式：ATM WAN定义和分类

12. 电路交换：基于电话网的电路交换 优点：时延小、透明传输； 缺点：带宽固定，网络资源利用率低。 分组交换：以分组为单位存储转发 优点：多路复用，网络资源利用率高； 缺点：实时性差。 WAN交换模式

13. WAN的设计目标： 运行在广阔的地理区域； 通过低速串行链路进行访问； 网络控制服从公共服务的规则； 提供全时的或部分时间的连接； 连接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备。 WAN常用设备 路由器 接入服务器 广域网交换机 Modem/CSU/DSU

14. 带宽：描述在一定时间范围内数据从网络的一个节点传送到任意节点的容量，通常用bit/s表示。带宽：描述在一定时间范围内数据从网络的一个节点传送到任意节点的容量，通常用bit/s表示。 以太网带宽：10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s等。 广域网各类服务带宽。 延迟：描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间。 带宽和延迟

15. 拓扑结构： 总线型、星型、树型 环型、网型 常见网络拓扑结构

16. 国际标准化组织（ISO） 电子电器工程师协会（IEEE） 美国国家标准局（ANSI） 电子工业协会（EIA / TIA） 国际电信联盟（ITU） INTERNET架构委员会（IAB） 标准化组织

17. 目录 • 网络概述 • OSI参考模型

18. OSI参考模型 • 物理层 • 数据链路层 • 网络层 • 传输层 • 会话层、表示层和应用层

19. OSI RM：开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model） OSI RM 定义了网络中设备所遵守的层次结构 分层结构的优点： 简化网络的操作 提供设备间兼容性和标准接口 促进标准化工作 结构上可以分隔 易于实现和维护 OSI参考模型

20. 应用层 7 表示层 6 高层:负责主机之间的数据传输 会话层 5 传输层 4 网络层 3 数据链路层 2 底层:负责网络数据传输 物理层 1 OSI参考模型 开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model）

21. 应用层 7 表示层 6 会话层 5 传输层 4 网络层 3 数据链路层 2 物理层 1 OSI七层功能 提供应用程序间通信 处理数据格式、数据加密等 建立、维护和管理会话 建立主机端到端连接 寻址和路由选择 提供介质访问、链路管理等 比特流传输

22. PDU（protocol data unit):每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。 上层 : message transport layer : segment Network layer: packet Data-link layer: Frame Physical layer: bit PDU

23. 每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。 APDU 应用层 应用层 PPDU 表示层 表示层 SPDU 段Segment 会话层 会话层 包Packet 传输层 传输层 帧Frame 网络层 网络层 比特Bit 数据链路层 数据链路层 Host A Host B 物理层 物理层 对等通信

24. 封装 （ encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫-----封装 封装分为：切片和加控制信息 解封装：上述的逆向过程 封装与解封装

25. 封装过程 应用层 表示层 上层数据 会话层 传输层 上层数据 TCP 头 网络层 IP 头 TCP+上层数据 IP 头 IP + TCP +上层数据 LLC 头 FCS LLC 头 数据链路层 FCS LLC 头 + IP + TCP + 上层数据 MAC 头 物理层 0101110101001000010

26. 应用层 应用层 表示层 表示层 Data Data 会话层 会话层 TCP Data TCP Data 传输层 传输层 IP TCP Data IP TCP Data MAC+LLC IP TCP Data MAC+LLC IP TCP Data 网络层 网络层 10100101110001 10100101110001 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 数据封装与解封装过程 主机 二层交换机 路由器 主机

27. 解封装数据 应用层 表示层 会话层 上层数据 传输层 上层数据 TCP 头 网络层 TCP+上层数据 IP 头 IP + TCP +上层数据 数据链路层 LLC 头 LLC 头 + IP + TCP + 上层数据 MAC 头 物理层 0101110101001000010

28. 物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等物理层：定义电压、接口、线缆标准、传输距离等 物理层介质： 同轴电缆（coaxial cable）：细缆和粗缆 双绞线（twisted pair）：UTP、STP 光纤（fiber）：单模、多模 无线（wireless）：红外线、蓝牙Blue Tooth、WLAN技术 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

29. 局域网与物理层 网络设备：中继器、集线器等； 常见接口：10Base-T、100Base-T、100Base-TX/FX、1000Base-T、1000Base-SX/LX等 广域网与物理层 DTE设备：路由器、终端主机等； DCE设备：广域网交换机、Modem、CSU/DSU等； 常见接口：RS-232、V.24、V.35等。 物理层

30. 集线器 中继器 编码—解码器 传输介质连接器 物理层设备

31. A B C D 集线器运行在物理层 物理层 • 所有设备在同一冲突域 • 所有设备在同一广播域 • 所有设备共享相同的带宽

32. 冲突 （collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏 冲突域（collision domain）一个支持共享介质的网段 广播域 (broadcast domain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为router不转发广播）。 冲突域 广播域

33. 载波侦听多路访问/冲突检测 CDMA/CD（carrier sense multiple access/collision detect) 集线器：同一个冲突域 • 接入设备越多冲突机率越大 • 用CSMA/CD技术

34. 载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD（carrier sense multiple access/collision detect)：一种介质访问的控制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题 CSMA/CD技术

35. 当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送；如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个JAM阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送；如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个JAM阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。 CSMA/CD工作原理

36. 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信） 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率 CSMA/CD重要特性

37. 局域网数据链路层分为2个子层：LLC子层和MAC子层。局域网数据链路层分为2个子层：LLC子层和MAC子层。 数据链路层的功能： 物理地址定义 网络拓扑结构 链路参数 差错验证 物理介质访问 流控制（可选） 数据链路层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

38. SAP（ Service Access Point服务访问点）：LLC子层为了网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点 LLC子层（logical link control):为上层协议提供SAP 服务访问点，并为数据加上控制信息 LLC子层协议：802.2 802.2协议只在LLC子层，为以太网和令牌环网提供了通用功能 SAP服务访问点/LLC子层

39. 24 bits 24 bits 厂商编号 序列号 00e0.fc01.2345 Rom Ram MAC/物理地址 • MAC地址有48bit，用16进制数表示 00e0.fc01.2345

40. IEEE802标准：定义了系列局域网标准 IEEE802.1 基本局域网问题 IEEE802.2 定义LLC子层 IEEE802.3 以太网标准 IEEE802.4 令牌总线网 IEEE802.5 令牌环网 局域网设备： 以太网交换机 HUB LAN与数据链路层

41. 4 交换机和桥运行在链路层 数据链路层 或 1 2 3 1 2 • 每段有自己的冲突域 • 所有的段都在同一广播域

42. 交换机 交换 缓冲区 • 每段有自己的冲突域 • 广播信息向所有段转发

43. WAN数据链路层标准： HDLC PPP ISDN X.25 Frame Relay WAN数据链路层设备： Modem、ISDN终端适配器 CSU/DSU、广域网交换机 WAN与数据链路层

44. 网络层 应用层 表示层 会话层 传输层 • 编址和路由 网络层 数据链路层 物理层

45. 广播信息控制 多点发送信息控制 路径优化 流量管制 逻辑寻址 提供WAN连接 路由器：运行在网络层

46. 数据包重写 位置B MAC:0000.0Cbb.001b IP:10.2.1.2/24 MAC:0000.0Cbb.001a IP:10.2.1.1/24 MAC:0000.0Cbb.000a IP:10.1.1.2/24 MAC:0000.0Cbb.000b IP:10.1.2.1/24 在B处 目标MAC:0000. 0Cbb.001b 源MAC:0000.0Cbb.001a 源IP:10.1.1.2 位置A 位置C 在A处 目标MAC:0000. 0Cbb.000a 源MAC:0000.0C00.0011 源IP:10.1.1.2 在C处 目标MAC:0000.0C00.0012 源MAC:0000. 0Cbb.000b 源IP:10.1.1.2 主机B MAC:0000.0C00.0012 IP:10.1.2.2/24 网关:10.1.2.1 主机A MAC:0000.0C00.0011 IP:10.1.1.2/24 网关:10.1.1.1

47. 网络层地址由两部分地址组成：网络地址和主机地址。网络地址是全局唯一的。网络层地址由两部分地址组成：网络地址和主机地址。网络地址是全局唯一的。 网络地址 网络地址 主机地址 IP 地址 10. 8.2.48 网络地址 主机地址 IPX 地址 1aceb0b1. 0000.0c00.6e25

48. 路由协议与可路由协议 N1 • 可路由协议：IP、IPX • 路由协议： RIP、OSPF、BGP等 N1.H1 N2.H1 N2 N1.H2

49. 面向连接的服务：适合延迟敏感性应用 建立连接 数据传输 断开连接 无连接的服务：适合对延迟不敏感的应用 无需建立连接 资源动态分配 面向连接和无连接的服务

50. 可靠的传输层功能 发送方 接收方 同步请求 回应同步请求, 同步请求 回应同步请求 连接建立 数据传输 (传输数据段)