数据网基础知识培训课件

网络质量是通信企业生命线20201010年年4 4月月 数据网基础知识培训数据网基础知识培训2内容内容一一三三集团业务类型及接入方式集团业务类型及接入方式IPIP网络基础知识网络基础知识OSI OSI 及及TCP/IPTCP/IPIP地址及路由概念地址及路由概念路由协议介绍路由协议介绍NAT/PAT转换转换二层交换网络二层交换网络VLAN概念概念南京移动城域网网络结构南京移动城域网网络结构二二3OSI参考模型体系结构特点OSI模型每层都有自己的功能集；层与层之间相互独立又相互依靠；上层依赖于下层，下层为上层提供服务4.传输层传输层 2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层面向用户应用面向数据传输 7.应用层应用层4OSI参考模型网络设备传输数据的过程是按照OSI参考模型的层次结构运动的5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层1.物理层物理层4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层数据数据3.网络层网络层5允许接入网络资源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建立、管理和终止会话将分组从源端传送到目的端；提供网络互联在媒体上传输比特；提供机械的和电气的规约对数据进行转换、加密和压缩提供可靠的端到端的报文传输和差错控制将分组数据封装成帧；提供节点到节点方式的传输OSI各层间的联系6TCP/IP TCP/IP 协议族协议族7654325432应用层应用层表达层表达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1应用层应用层传输层传输层Internet层层数据链路层数据链路层物理层物理层7TCP/IPTCP/IP传输层概述传输层概述Transmission ControlProtocol(TCP)User Datagram Protocol(UDP)应用层应用层传输层传输层Internet层层数据链路层数据链路层物理层物理层面向连接面向连接非面向连接非面向连接8区分不同的上层应用区分不同的上层应用建立应用间的端到端连接建立应用间的端到端连接定义流量控制定义流量控制 为数据传输提供可靠或不可为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务靠的连接服务网络层网络层IPXIP传输层传输层SPXTCPUDP传输层功能9TCP/IPTCP/IP端口号端口号TCP端口号端口号FTP传输层传输层TELNETDNSSNMPTFTPSMTPUDP应用层应用层2123255369161RIP52010发送发送 SYN(seq=100 ctl=SYN)接收接收 SYN发送发送 SYN,ACK(seq=300 ack=101 ctl=syn,ack)建立会话建立会话(seq=101 ack=301 ctl=ack)Host AHost B123接收接收 SYNTCP TCP 三次握手三次握手11交换机：运行在交换机：运行在数据数据链路层链路层每段有自己的冲突域所有的段都在同一广播域数据链路层数据链路层或1 2 3 412交换机每段有自己的冲突域广播信息向所有段转发缓冲区交换13路由器：运行在网络层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14网络位网络位主机位主机位10101100101011000001000000010000 01111010011110101100110011001100 172172 1616 122122 2042041286432168421IP 地址格式IP地址属于网络层地址，用于标识网络中的节点设备IP地址由32bit构成，每8bit一组，共占用4个字节IP地址由两部分组成，网络位和主机位151A类:0NNNNNNN HostHostHost8 91617242532(1-126)1B类:10NNNNNN NetworkHostHost8 91617242532(128-191)1C类:110NNNNN NetworkNetworkHost8 91617242532(192-223)1D类:1110MMMM 多播组多播组多播组8 91617242532(224-239)IP地址分类16子网掩码子网掩码将一个IP地址的网络位全置为1，主机位全置为0，这样一个新的地址就是该IP的子网掩码子网掩码的作用用于区分一个IP地址的网络位和主机位分类地址的子网掩码A类：255.0.0.0 /8B类：255.255.0.0 /16C类：255.255.255.0 /2417私有IP地址(RFC1918)私有地址的概念属于非注册地址，专门为组织机构内部使用私有地址的分类A类:10.0.0.0至10.255.255.255B类:172.16.0.0至172.31.255.255C类:192.168.0.0至192.168.255.25518IPIP地址用途地址用途主要用于设备识别和路径选择172.18.0.2172.18.0.1172.17.0.2172.17.0.1172.16.0.2172.16.0.1SADAHDRDATA10.13.0.0192.168.1.010.13.0.1192.168.1.119什么是路由要实现路由路由器必须知道:目的地址源地址所有可能的路由路径最佳路由路径管理路由信息172.16.1.010.120.2.020路由信息 路由信息源,可到达路径,最佳路径信息源信息源目的网络目的网络转发接口转发接口直连10.1.1.0F1/0学习获得172.16.1.0S1/2 172.16.1.010.1.1.0F1/0S1/221管理距离(可信度)管理距离可以用来选择采用哪个IP路由协议管理距离值越低，学到的路由越可信静态配置路由优先于动态协议学到的路由采用复杂量度的路由协议优先于简单量度的路由协议Connected interface 0Connected interface 0Connected interface 0Connected interface 0Static route out an interfaceStatic route out an interfaceStatic route out an interfaceStatic route out an interface0 0 0 0Static route to a next hopStatic route to a next hopStatic route to a next hopStatic route to a next hop1 1 1 1External BGPExternal BGPExternal BGPExternal BGP20202020OSPFOSPFOSPFOSPF110110110110IS-IS IS-IS IS-IS IS-IS 115115115115RIP v1,v2RIP v1,v2RIP v1,v2RIP v1,v2120120120120Internal BGPInternal BGPInternal BGPInternal BGP200200200200UnknownUnknownUnknownUnknown255255255255路由源路由源路由源缺省管理距离缺省管理距离缺省管理距离22路由决策原则最长匹配例：10.1.1.1/8和10.1.1.1/16根据路由的管理距离：管理距离越小，路由越优先例：S 10.1.1.1/8 和 O 10.1.1.1/8管理距离一样，就比较路由的度量值(metric)，越小越优先例：S 10.1.1.1/8 1/20 和 S 10.1.1.1/8 1/4023直连路由定义路由器能够自动产生激活端口IP所在网段的直连路由信息路由器的每个接口都必须单独占用一个网段目标网段目标网段出口出口C192.168.1.0Fastethernet 1/0C192.168.2.0Serial 1/2C192.168.3.0Fastethernet 1/1192.168.1.1192.168.2.1192.168.3.1F1/0F1/1S1/2192.168.1.5192.168.3.824静态路由和动态路由静态路由由网络管理员在路由器上手工添加路由信息以实现路由目的动态路由根据网络结构或流量的变化，路由协议会自动调整路由信息以实现路由25静态路由静态路由概述静态路由是指由网络管理员手工配置的路由信息静态路由除了具有简单、高效、可靠的优点外，它的另一个好处是网络安全保密性高静态路由是手动添加路由信息要去往某网段该如何走 26静态路由 172.16.2.2S1/2172.16.2.1BABS1/2192.168.10.1202.99.8.1F1/0F1/0192.168.10.5202.99.8.3RARAC 192.168.10.0 F1/0C 192.168.10.0 F1/0C 172.16.2.0 S1/2C 172.16.2.0 S1/2RBRBC 202.99.8.0 F1/0C 202.99.8.0 F1/0C 172.16.2.0 S1/2C 172.16.2.0 S1/2RA RA 去往去往去往去往202.99.8.0 202.99.8.0？手工添加告诉路由器去往手工添加告诉路由器去往202.99.8.0202.99.8.0走走S1/2S1/2接口这条路接口这条路S 202.99.8.0 S1/2 S 202.99.8.0 S1/2 RB RB 去往去往去往去往192.168.10.0 192.168.10.0？手工添加告诉路由器去往手工添加告诉路由器去往192.168.10.0192.168.10.0走走S1/2S1/2接口这条路接口这条路S 192.168.10.0 S1/2 S 192.168.10.0 S1/2 27默认路由默认路由概述0.0.0.0/0可以匹配所有的IP地址，属于最不精确的匹配默认路由可以看作是静态路由的一种特殊情况当所有已知路由信息都查不到数据包如何转发时，按缺省路由的信息进行转发配置默认路由：router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 转发路由器的IP地址/本地接口28缺省路由router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.2.2Internet Internet 上上 大约大约99.99%99.99%的路的路由器上都存在一条缺省路由由器上都存在一条缺省路由!172.16.2.1SO172.16.1.0172.16.2.2B互联网互联网AB29动态路由动态路由概述动态路由是指利用路由器上运行的动态路由协议定期和其他路由器交换路由信息，而从其他路由器上学习到的路由信息，自动建立起自己的路由。动态路由协议RIP 路由信息协议IGRP 内部网关路由协议OSPF 开放式最短路径优先IS-IS 中间系统-中间系统EIGRP 增强型内部网关路由协议BGP 边界网关协议30动态路由协议基本原理要求网络中运行相同的路由协议所有运行了路由协议的路由器会将本机相关路由信息发送给网络中其他的路由器所有路由器会根据所学的信息产生相应网段的路由信息所有路由器会每隔一段时间向邻居通告本机的状态（路由更新）31自治系统自治系统（AS）一个自治系统就是处于一个管理机构控制之下的路由器和网络群组 32IGP和EGP外部网关协议（EGP）在自治系统之间交换路由选择信息的互联网络协议，如BGP。内部网关协议(IGP)在自治系统内交换路由选择信息的路由协议，常用的内部网关协议有OSPF、RIP、IGRP,EIGRP、IS-IS。IGPIGPEGPEGP33距离矢量路由协议距离矢量（Distance Vector）路由器只向邻居发送路由信息报文路由器将更新后完整路由信息报文发送给邻居路由器根据接收到的信息报文计算产生路由表RIPS 1/3S 1/2S1/2整个整个路由表路由表路由器路由器B B 路由器路由器A A路由器路由器B BS 1/3整个整个路由表路由表路由器路由器A A34距离矢量路由协议(续)S 1/3S 1/2S 1/2路由器A路由器BS 1/3192.168.3.0/24192.168.1.0/24192.168.2.0/24RA路由表192.168.1.0/24 S1/2192.168.2.0/24 S1/3192.168.3.0 RBRB路由表192.168.2.0/24 S1/3192.168.3.0/24 S1/2192.168.1.0 RA协议报文协议报文192.168.1.0/24192.168.1.0/24192.168.2.0/24192.168.2.0/24协议报文协议报文192.168.2.0/24192.168.2.0/24192.168.3.0/24192.168.3.0/2435距离矢量路由协议（续）拓朴变化拓朴变化引起路由引起路由表的更新表的更新 更新路由表更新路由表向路由器向路由器A A传送更新传送更新的路由表的路由表 更新路由表更新路由表AB36解决路由环路的方法有以下四种方法可以解决路由环路：水平分割毒性反转触发更新Hold-down倒计时37水平分割（split-horizon）路由器向外发布某网段路由信息后不再接受从反方向发布回来的同一网段的路由更新信息XX10.1.0.010.2.0.010.3.0.0E0S0S0S1S0E0XA AB BC C10.1.0.0E0010.2.0.0S0010.3.0.0S0110.4.0.0S0210.2.0.0s0010.3.0.0S1010.4.0.0S1110.1.0.0S0110.3.0.0s0010.4.0.0E0010.2.0.0S0110.1.0.0S0210.4.0.038毒性反转（poison reverse）当一条路径信息变为无效之后，路由器并不立即将它从路由表中删除，而是用16，即不可达的度量值将它广播出去。缺点增加了路由表的大小10.4.0.010.1.0.010.2.0.010.3.0.0E0S0S0S1S0E0XA AB BC C10.1.0.0E0010.2.0.0S0010.3.0.0S0110.4.0.0S0210.2.0.0s0010.3.0.0S1010.4.0.0S1down10.1.0.0S0110.3.0.0s0010.4.0.0E01610.2.0.0S0110.1.0.0S0239触发更新(Triggered Update)得知网络拓扑结构发生改变,不等待发送周期,立刻通告更新后全部的路由表10.2.0.010.3.0.0E0S0S0S1S0E0X Xsubnet 10.4.0.0,metric 1610.1.0.0subnet 10.4.0.0,metric 16subnet 10.4.0.0,metric 16A AC CB B40抑制时间（hold-down time）等待网络中其它路由器收敛,在该时间内不学习任何与该网络相关的路由信息(RIP缺省180秒),在倒记时期间继续向其它路由器发送毒化信息10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S0E0XA AB BC C41链路状态路由协议链路状态（Link-State）链路状态路由协议向全全网扩散链路状态信息链路状态路由协议当网络结构发生变化立即发送更新信息链路状态路由协议只发送需要更新的信息链路状态链路状态One Route 42链路状态路由协议（续）LSDBLSA 的的 RTALSA 的的 RTBLSA 的的RTCLSA 的的RTD（二）每台路由器的链（二）每台路由器的链路状态数据库路状态数据库(一）网络的拓朴结构一）网络的拓朴结构CABD123CABD123CABD123CABD123（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树（三）由链路状态数据库得（三）由链路状态数据库得到的带权有向图到的带权有向图CABD1235RTCRTD3215RTBRTA43路由信息协议-RIPRIP协议概述RIP（RoutingInformationProtocols，路由信息协议），是应用较早、使用较普遍的内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP)，适用于小型同类网络，是典型的距离矢量(distance-vector)协议 RIP是基于UDP，端口520的应用层协议UDP HeaderPort No.SegmentPayloadIP HeaderProtocol NumberFrame HeaderCRCPacket PayloadFrame Payload6-TCP17-UDP520-RIP44RIP协议的路由算法度量值：RIP协议是以跳数来衡量到达目的网络的度量值（metric）10.1.0.010.2.0.010.3.0.0E0S0S0S1S0E0A AB BC C10.1.0.0E0010.2.0.0S0010.3.0.0S0110.4.0.0S0210.2.0.0s0010.3.0.0S1010.4.0.0S1110.1.0.0S0110.3.0.0s0010.4.0.0E0010.2.0.0S0110.1.0.0S0210.4.0.045RIP协议的路由算法度量值最大值RIP协议假定如果从网络的一个终端到另一个终端的路由跳数超过15个，将被认为是可不到达的S110.2.0.0S0S1E010.20.0.010.1.0.0E0S010.1.0.0E0010.2.0.0S0010.3.0.0S0110.20.0.0S0Infinity46RIP路由信息的更新依托于时间周期的更新当路由器A连接的网络拓扑发生改变后A路由器更新路由表，等到下一个发送周期通告更新后的路由表，路由器B收到此更新信息后更新自己的路由表A A更新路由表网络拓扑结构发生改变等待下一个发送周期通告更新后全部的路由表更新路由表B B47EIGRP特性灵活的网络设计灵活的网络设计多播更新取代广播更新多播更新取代广播更新支持支持 VLSM 和不连续的子网和不连续的子网在网络的任何地方支持手工汇总在网络的任何地方支持手工汇总支持多种网络层协议支持多种网络层协议高级距离矢量高级距离矢量快速收敛快速收敛100%无环路无环路配制简单配制简单易于更新易于更新支持等价与不等价的负载均衡支持等价与不等价的负载均衡EIGRP48EIGRP拥有许多强大的功能，才具有了比拥有许多强大的功能，才具有了比IGRP和其它路由协议和其它路由协议更为出色的表现更为出色的表现通过协议相关模块支持通过协议相关模块支持IP IPX和和Apple Talk有效的邻居发现机制有效的邻居发现机制基于可靠传输协议（基于可靠传输协议（RTP）的通信）的通信基于弥散更新算法（基于弥散更新算法（DUAL）的最佳路径选择）的最佳路径选择EIGRPEIGRP的特点的特点49EIGRPIn IP PacketsEIGRP 是一个是一个高级高级的距离矢量路由协议的距离矢量路由协议与相邻的与相邻的EIGRP路由器自动建立路由器自动建立邻居关系邻居关系使用使用IP数据包来转发路由信息数据包来转发路由信息IP HeaderProtocol NumberFrame HeaderCRCPacket PayloadFrame Payload88-EIGRP 6 -TCP17-UDP50EIGRP邻居发现51EIGRP 分组 Hello:发现和建立邻居关系，以多播的形式发送 Update:发送路由更新，以多播的形式可靠的传输发送 Query:路由器计算路由但是没有找到可行后继时，向邻居发 送查询分组，询问它们是否有前往目的地的可行后继，以多播的形式可靠发送 Reply:用于响应查询分组，以单播的方式可靠的发送给查询者 ACK:确认分组是用于确认更新 查询和应答，以单播的方式发送的hello分组,包含一个不为零的确认号52EIGRP基本概念AD（通告距离）：下一跳通告的到某个网络的开销（通告距离）：下一跳通告的到某个网络的开销FD(可行距离可行距离)：本地到达目标网络的度量值：本地到达目标网络的度量值FDMin（最小可行距离）：到达某个目标网络的最小度量值（最小可行距离）：到达某个目标网络的最小度量值FC（可行条件）：（可行条件）：ADD,d2 500 20086下一跳（Next Hop）属性18.0.0.0/820.0.0.0/8RTARTCRTBRTD19.0.0.0/821.0.0.221.0.0.110.0.0.210.0.0.310.0.0.1AS100AS200IBGPIBGPEBGP RTB可经下一跳10.0.0.2到达18.0.0.0/8可经下一跳10.0.0.3到达20.0.0.0/8 RTA可经下一跳10.0.0.2到达18.0.0.0/8可经下一跳10.0.0.3到达20.0.0.0/8可经下一跳21.0.0.1到达19.0.0.0/8 RTC 可经下一跳10.0.0.1到达19.0.0.0/8可经下一跳10.0.0.3到达20.0.0.0/887BGPBGP路由选择过程路由选择过程综合起来，本地BGP路由选择的过程为：如果此路由的下一跳不可达，忽略此路由选择本地优先级较大的路由选择本地路由器始发的路由(本地优先级相同)选择AS路径较短的路由依次选择起点类型为IGP,EGP,Incomplete类型的路由选择MED较小的路由选择RouterID较小的路由88交换机功能地址学习帧的转发/过滤预防环路89最初开机时最初开机时MAC地址表是空的地址表是空的MAC地址表地址表0260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3BCD0260.8c01.1111A交换机学习主机交换机学习主机MACMAC过程过程90主机主机A发送数据帧给主机发送数据帧给主机C交换机通过学习数据帧的源交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机地址，记录下主机A的的MAC地址地址 对应端口对应端口E0 该数据帧转发到除端口该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口以外的其它所有端口(不清楚目标主机的不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式单点传送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表地址表交换机学习主机交换机学习主机MACMAC过程过程91SW#sh mac-address-tableNumber of permanent addresses:0Number of restricted static addresses:0Number of dynamic addresses:6Address Dest Interface Type Source Interface List-00E0.1E5D.AE2F Ethernet 0/2 Dynamic All00D0.588F.B604 FastEthernet 0/26 Dynamic All00E0.1E5D.AE2B FastEthernet 0/26 Dynamic All0090.273B.87A4 FastEthernet 0/26 Dynamic All00D0.588F.B600 FastEthernet 0/26 Dynamic All00D0.5892.38C4 FastEthernet 0/27 Dynamic AllSW#show mac-address-table管理MAC地址表92冗余网络拓扑冗余网络拓扑冗余拓扑消除了由于单点故障所引致的网络不通问题冗余拓扑却带来了广播风暴、重复帧和MAC地址表不稳定的问题网段网段 1网段网段 2服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y93交换机交换机 A交换机交换机 B主机主机 X 发送一广播信息发送一广播信息广播风暴广播风暴网段网段 1网段网段 2服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y94交换机不停地发出广播信息交换机不停地发出广播信息广播风暴广播风暴交换机交换机 A交换机交换机 B网段网段 1网段网段 2服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y95回路的解决办法:生成树协议Spanning-Tree Protocol将某些端口置于阻塞状态就能防止冗余结构的网络拓扑将某些端口置于阻塞状态就能防止冗余结构的网络拓扑中产生回路中产生回路 阻塞阻塞x96每个网络只能有一个根桥每个网络只能有一个根桥每个非根桥只能有一个根端口每个非根桥只能有一个根端口每段只能有一个指定端口每段只能有一个指定端口x指定端口指定端口(F)根端口根端口(F)指定端口指定端口(F)非指定端口非指定端口(B)根桥根桥非根桥非根桥SW XSW Y100baseT 10baseT生成树运作97交接机交接机 Y缺省的优先级缺省的优先级 32768MAC 0c0022222222交换机交换机 X缺省的优先级缺省的优先级 32768 MAC 0c0011111111Root bridgex端口端口 0端口端口1端口端口0端口端口1100baseT10baseT 指定端口指定端口(F)根端口根端口(F)非指定端口非指定端口(B)指定端口指定端口(F)端口状态98分段分段灵活性灵活性安全性安全性第三层第三层第二层第二层第一层第一层销售部销售部人力资源部人力资源部工程部工程部一个一个VLAN=一个广播域一个广播域=逻辑网段逻辑网段(子网子网)VLAN综述99交换机交换机A交换机交换机B 主干连接主干连接每个逻辑的每个逻辑的VLAN就象一个独立的物理桥就象一个独立的物理桥同一个同一个VLAN可以跨越多个交换机可以跨越多个交换机主干功能支持多个主干功能支持多个VLAN的数据的数据 快速以太网快速以太网VLAN运作绿色绿色VLAN黑色黑色VLAN 红色红色VLAN绿色绿色VLAN黑色黑色VLAN 红色红色VLAN100VLAN特点1：一个VLAN中所有设备都是在同一广播域内；广播不能跨越VLAN传播。2：一个VLAN为一个逻辑子网；由被配置为此VLAN成员的设备组成；不同VLAN通过路由器实现相互通信。3：一般VLAN中成员与Switch端口号码相对应。4：VLAN工作于OSI参考模型的第二层。101Vlan的识别中继链路（Trunk link)：VLAN 中交换机之间的链路；用来承载多个VLAN的数据流。访问链路（Access link)：这种类型的链路只是某个VLAN的一部分，被称为端口的本机VLAN。102NAT/NAPT用途解决地址空间不足的问题；IPv4的空间已经严重不足私有IP地址网络与公网互联；10.0.0.0/8，172.16.0.0/12，192.168.0.0/16103NAT/NAPT概念概念：NAT就是将网络地址从一个地址空间转换到另外一个地址空间的一个行为NAT的类型NAT（Network Address Translation）转换后，一个本地IP地址对应一个全局IP地址NAPT（Network Address Port Translation）转换后，多个本地地址对应一个全局IP地址104NAT/NAPT的术语NAT中用到的接口类型：内部网络 Inside外部网络 Outside互联网OutsideInside企业内部网外部网105NAPT的适用情况在以下几种情况下，需要使用NAPT技术：缺乏全局IP地址,甚至没有专门申请的全局IP地址，只有一个连接ISP的全局IP地址内部网要求上网的主机数很多提高内网的安全性106NAT/NAPT配置NAT/NAPT的配置有两种静态NAT/NAPT动态NAT/NAPT静态NAT/NAPT需要向外网络提供信息服务的主机永久的一对一IP地址映射关系动态NAT/NAPT只访问外网服务，不提供信息服务的主机内部主机数可以大于全局IP地址数最多访问外网主机数决定于全局IP地址数临时的一对一IP地址映射关系107-107-感谢聆听！感谢聆听！网 络 质 量 是 通 信 企 业 生 命 线