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网络基础知识介绍网络基础知识介绍主讲人：施峥嵘主讲人：施峥嵘7/17/20241提纲提纲p基本概念基本概念p常见招投标参数p常用网络拓朴结构p参考资料7/17/20242基本概念基本概念路由与交换路由与交换OSI参考模型与参考模型与TCP/IP模型模型局域网技术局域网技术以太网以太网VLANIP地址划分地址划分7/17/20243计算机网络计算机网络p计算机网络计算机网络：通信与计算机技术的结合产生了计算机网络。它是一些互相连接的、自治的计算机的集合。组成部分：主机：它们向用户提供服务通信子网：有专用的通信处理机和连接通信结点的链路组成协议：通信双方事先约定好的必须遵守的规则p发展历史发展历史：以主机为中心面向终端的计算机网络；以通信子网为中心的计算机网络；面向异种机互连的开放系统。p网络协议网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。三个要素：语法：数据语控制信息的结构和格式语义：需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答同步：事件实现顺序的详细说明7/17/20244路由和交换路由和交换p路由和交换是网络世界中两个重要的概念。传统的交换发生在网络的路由和交换是网络世界中两个重要的概念。传统的交换发生在网络的第二层，即数据链路层，路由发生在第三层，网络层。第二层，即数据链路层，路由发生在第三层，网络层。路由L3路由是把信息从源穿过网络传递到目的的行为，在路上，至少遇到一个中间节点。路由通常与桥接来对比，在粗心的人看来，它们似乎完成的是同样的事。它们的主要区别在于桥接发生在OSI参考协议的第二层（链接层），而路由发生在第三层（网络层）。这一区别使二者在传递信息的过程中使用不同的信息，从而以不同的方式来完成其任务。交换L2从本意上来讲，交换只是一种技术概念，即完成信号由设备入口到出口的转发。因此，只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备。由此可见，“交换”是一个涵义广泛的词语，当它被用来描述数据网络第二层的设备时，实际指的是一个桥接设备；而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，又指的是一个路由设备。7/17/20245路由和交换的工作层次路由和交换的工作层次物理层网络层数据链路层传输层应用层OSI协议分层工作方式网络设备地址集线器电信号交换交换机MAC地址路由路由器IP地址7/17/20246网络协议体系结构网络协议体系结构p网络体系结构是掌握企业网技术的理论框架网络体系结构是掌握企业网技术的理论框架p开放系统互连（开放系统互连（ISO/OSI）是标准的体系结构）是标准的体系结构pTCP/IP是工业界默认的开放网络协议是工业界默认的开放网络协议p在网络体系结构中在网络体系结构中,网络结点对应协议栈网络结点对应协议栈,网络连接对应协网络连接对应协议连接议连接p在网络体系结构中理解网络协议、知识和产品在网络体系结构中理解网络协议、知识和产品7/17/20247计算机网络中采用层次结构，它有以下一些好处计算机网络中采用层次结构，它有以下一些好处：各层之间相互独立。各层之间相互独立。灵活性好。灵活性好。各层实现技术的改变不影响其他层。各层实现技术的改变不影响其他层。易于实现和维护。易于实现和维护。有利于促进标准化。有利于促进标准化。7/17/20248OSI七层参考模型七层参考模型物理层物理层(Physical Layer)：利用传输介质为数据链路层利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。提供物理连接，实现比特流的透明传输。数据链路层数据链路层(Data Link Layer)：在物理层提供比特流服在物理层提供比特流服务的基础上，线路变成无差错的数据链路。务的基础上，线路变成无差错的数据链路。网络层网络层(Network Layer)：为数据在结点之间传输创建逻为数据在结点之间传输创建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最辑链路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径，以及实现拥塞控制授、网络互连功能。适当的路径，以及实现拥塞控制授、网络互连功能。传输层传输层(Transport Layer)：向用户提供端到端向用户提供端到端(最终用户最终用户到最终用户到最终用户)的透明的、可靠的数据传输服务。的透明的、可靠的数据传输服务。会话层会话层(Session Layer)：为表示层提供建立、维护和结为表示层提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供会话管理服务等功能。束会话连接的功能，并提供会话管理服务等功能。表示层表示层(Presentation Layer)：用于处理在两个通信系用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。应用层应用层(Application Layer)：为网络用户或应用程序提为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输供各种服务，如文件传输(FTP)、电子邮件、电子邮件(Email)、分布式数据库以及网络管理等。分布式数据库以及网络管理等。7/17/20249通信示例及对应的通信示例及对应的OSI环境环境APAP通信子系统通信子系统数据通信网计算机到计算机的通信用户到用户的通信计算机A计算机B网络环境APAP76543217654321332211计算机A计算机B本地系统环境网络环境OSI环境7/17/2024107/17/202411TCP/IP协议簇功能模块关系协议簇功能模块关系应 用传 输网络互连网络接口和硬件FTP,SMTP,DHCP,BOOTPTCP/UDPIPICMPARP/RARPIEEE 802.3,ATM,X.25,PPPTCP/IP协议簇功能模块关系 层层 的的 名名 称称 功功 能能 简简 述述 应用层应用层向用户提供一组常用的应用程序，如文件传输、电子邮件等向用户提供一组常用的应用程序，如文件传输、电子邮件等 传输层传输层(TCP)提供端到端的数据传输服务提供端到端的数据传输服务 网际层网际层(IP)定义数据报，处理路由定义数据报，处理路由 网络访问层网络访问层接收网际层数据报，通过网络发送；从网络上接收数据送交接收网际层数据报，通过网络发送；从网络上接收数据送交IP层层7/17/202412TCP/IP协议簇协议簇p丰富的应用协议p多重协议栈GopherKerbXwin RexecMIMESMTPTelnet FTPDNS TFTPNFSRPCNCS SNMPTCPUDPPingTraceRouteIPARPRARPICMPEthernet,Token-Ring,FDDI,X.25,Wireless,Async,ATM,SNA TCP/IP协议簇7/17/202413TCP/IP与与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层7654321OSI参考模型参考模型应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网际层网际层TCP/IP概念层次概念层次Ethernet,802.3,802.5,FDDI等等等等TCP/IP支持支持所有的、标准所有的、标准的物理和数据的物理和数据链路协议链路协议7/17/202414ISO/OSI参考模型参考模型&TCP/IP协议簇协议簇pOSI仅仅是一个框架模型仅仅是一个框架模型pTCP/IP是一个具体协议实例是一个具体协议实例p网络设备和应用是产品实现网络设备和应用是产品实现开放系统互连（OSI）参考模型应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型对应网络协议举例互连设备/应用系统举例FTP，TFTP，NFSSMTP，POP3SNMP，Telnet，HTTPDHCP，BOOTP，DNSTCP，UDP网关，代理服务器，文件传输服务器、域名服务器，万维网服务器IP，ICMP，ARP，RARP路由器/访问服务器PPP，HDLC，LLC，MAC网桥、局域网交换机，ATM交换机V.24，V.35，局域网物理层转发器、集线器传输子网高层协议网络互连协议7/17/202415小结小结(1)网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念。网络体系结构与网络协议是网络技术中两个最基本的概念。(2)计算机网络是由多个互连的计算机结点组成的，结点之间要做到计算机网络是由多个互连的计算机结点组成的，结点之间要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约好的规则。有条不紊地交换数据，每个结点都必须遵守一些事先约好的规则。(3)(3)对于结构复杂的计算机网络来说，最好的组织形式是层次结构模对于结构复杂的计算机网络来说，最好的组织形式是层次结构模型。计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。型。计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。(4)网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。(5)OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务，它对推动网络协议标准化的研究起及各层所包括的可能的服务，它对推动网络协议标准化的研究起到了重要作用。到了重要作用。(6)TCP/IP参考模型与协议利用正确的策略，抓住了有利时机，伴参考模型与协议利用正确的策略，抓住了有利时机，伴随着随着Internet的发展而为目前公认的工业标准。的发展而为目前公认的工业标准。7/17/202416路由与交换路由与交换OSI参考模型与参考模型与TCP/IP模型模型局域网技术局域网技术以太网以太网VLANIP地址划分地址划分基本概念基本概念7/17/202417局域网参考模型局域网参考模型IEEE802局域网参考模型 7/17/2024181.1.物理层物理层 物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流，它的主要作用是物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流，它的主要作用是确保在一段物理链路上二进制位信号的正确传输。物理层的主要功确保在一段物理链路上二进制位信号的正确传输。物理层的主要功能包括信号的编码能包括信号的编码/解码、同步前导码的生成与去除、二进制位信解码、同步前导码的生成与去除、二进制位信号的发送与接收。号的发送与接收。2.MAC2.MAC子层子层 介质访问控制子层介质访问控制子层(MAC)(MAC)是数据链路层的一个功能子层，是数据链路层的一个功能子层，MACMAC子层子层构成了数据链路层的下半部，它直接与物理层相邻。构成了数据链路层的下半部，它直接与物理层相邻。MACMAC子层是与传输子层是与传输介质有关的一个数据链路层的功能子层，它主要制定管理和分配信道介质有关的一个数据链路层的功能子层，它主要制定管理和分配信道的协议规范的协议规范。7/17/202419MAC地址地址:作用：局域网上的计算作用：局域网上的计算 机利用机利用MAC地址表示自地址表示自己和他人的身份己和他人的身份 MAC地址通常存储在网地址通常存储在网 络接口卡络接口卡NIC中中 MAC地址位于地址位于OSI参参考模型的数据链路层考模型的数据链路层7/17/2024203.LLC3.LLC子层子层 逻逻辑辑链链路路控控制制子子层层(LLC)(LLC)也也是是数数据据链链路路层层的的一一个个功功能能子子层层。它它构构成成了了数数据据链链路路层层的的上上半半部部，与与网网络络层层和和MACMAC子子层层相相邻邻。LLCLLC子子层层在在MACMAC子子层层的的支支持持下下向向网网络络层层提提供供服服务务。它它可可运运行行于于所所有有802802局局域域网网和和城城域域网网的的协协议议之之上上。LLCLLC子子层层与与传传输输介介质质无无关关，它它独独立立于于介介质质访访问问控控制制方方法法，隐隐藏藏了了各各种种局局域域网网技技术术之之间间的的差差别别，向向网网络络层层提提供供一一个个统统一一的的格格式式与与接接口口。LLCLLC子子层层的的作作用用是是在在MACMAC子子层层提提供供的的介介质质访访问问控控制制和和物物理理层层提提供供的的比比特特服服务务的的基基础础上上，将将不不可可靠靠的的信信道道处处理为可靠的信道，确保数据帧的正确传输。理为可靠的信道，确保数据帧的正确传输。7/17/202421IEEE802局域网标准局域网标准802.3802.3CSMA/CDCSMA/CD物理层物理层802.4802.4Token Token BusBus物理层物理层802.5802.5TokenTokenRingRing物理层物理层802.6802.6城域网城域网802.9802.9ISDNISDN802.11802.11无线无线局域网局域网802.2802.2逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层802.1 LAN802.1 LAN体系结构与网络互连体系结构与网络互连高层高层LLCLLCMACMAC物理层物理层 IEEE802各分委员会结构关系与局域网标准图7/17/202422以太网以太网以太网技术特性以太网技术特性p以太网是基带网，它采用基带传输技术。以太网是基带网，它采用基带传输技术。p以太网的标准是以太网的标准是IEEE802.3，它使用，它使用CSMA/CD介质访问控制方法。介质访问控制方法。p以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽。以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽。p以太网是广播式网络。以太网是广播式网络。p以太网的数字信号采用曼彻斯特编码方案。以太网的数字信号采用曼彻斯特编码方案。p以太网所支持的传输介质类型有以太网所支持的传输介质类型有50基带同轴电缆基带同轴电缆(粗同轴电缆和细同粗同轴电缆和细同轴电缆轴电缆)、非屏蔽双绞线和光纤。、非屏蔽双绞线和光纤。7/17/202423以太网以太网p以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型。p有多种以太网标准，它们支持不同的传输速率(10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10Gbps)p以太网是可变长帧，长度为：64Bytes1514Bytes。p以太网技术先进，但很简单，这是它获得成功的主要原因。p以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。7/17/202424虚拟局域网虚拟局域网VLAN虚拟局域网的结构p虚拟网虚拟网(逻辑网逻辑网)是以交换式网络为基础，把网络上的用户是以交换式网络为基础，把网络上的用户(终端设备终端设备)分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是一个一个VLANVLAN。VLANVLAN并不是一种新型的局域网技术，而是交换并不是一种新型的局域网技术，而是交换网络为用户提供的一种服务网络为用户提供的一种服务。p虚拟网技术是虚拟网技术是OSIOSI第二层的技术，该技术的实质是将连接第二层的技术，该技术的实质是将连接到交换机上的用户进行逻辑分组。到交换机上的用户进行逻辑分组。p每个逻辑分组相当于一个独立的网段。每个逻辑分组相当于一个独立的网段。7/17/202425VLAN划分的策略划分的策略p 端口p MAC地址p 协议类型p 网络层地址p 用户定义p 某些最新的策略类型7/17/202426在一台交换机上配置在一台交换机上配置VLAN7/17/202427跨越多台交换机的跨越多台交换机的VLAN7/17/202428路由与交换路由与交换OSI参考模型与参考模型与TCP/IP模型模型局域网技术局域网技术以太网以太网VLANIP地址划分地址划分基本概念基本概念7/17/202429p为了充分利用IP地址空间，Internet委员会定义了五种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A类至E类，如图所示。其中A、B、C三类由InterNIC在全球范围内统一分配，D、E类为特殊地址。IP地址的分类地址的分类7/17/202430p如果不计划连到Internet上，则可用RFC1918中定义的非Internet连接的网络地址，称为“专用Internet地址分配”。RFC1918规定了不想连入Internet的IP地址分配指导原则。由Internet地址授权机构控制IP地址分配方案中，留出了三类网络号，给不连到Internet上的专用网用，分别用于A，B和C类IP网，具体如下：10.0.0.010.255.255.255172.16.0.0172.131.255.255192.168.0.0192.168.255.255专用地址专用地址7/17/202431保留的保留的IP地址地址00.0000.000000 .00000000 .000011.1111.11 1111 .11111111 .1111本机本机本网中的主机本网中的主机局域网中的广播局域网中的广播对指定网络的广播对指定网络的广播回路回路00.0000.00主主 机机 号号1111 .11111111 .1111网络号网络号127127任任 意意 值值以下这些以下这些IP地址具有特殊的含义地址具有特殊的含义:一般来说，主机号部分为全一般来说，主机号部分为全“1”的的IP地址保留用作广播地址；地址保留用作广播地址；主机号部分为全主机号部分为全“0”的的IP地址保留用作网络地址。地址保留用作网络地址。0000 .00000000 .0000网络号网络号网络地址网络地址7/17/202432子网（子网（Subnet）划分）划分因特网规模的急剧增长，对因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的地址的需求激增。带来的问题是问题是：IP地址资源的严重匮乏地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长路由表规模的急速增长解决办法：解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号从主机号部分拿出几位作为子网号 这种在原来这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。为子网划分。前提：网络规模较小前提：网络规模较小IP地址空间没有全部利用。地址空间没有全部利用。例例如如：三三个个LAN，主主机机数数为为20，25，30，均均少少于于C类类地地址址允允许许的的主主机机数数。为为这这三三个个LAN申申请请3个个C类类IP地地址址显显然然有有点浪费。点浪费。7/17/202433子网划分举例子网划分举例例例如如：C类类网网络络192.10.1.0，主主机机号号部部分分的的前前三三位位用于标识子网号，即：用于标识子网号，即：11000000 00001010 00000001 xxxyyyyy网络号网络号+子网号子网号新的主机号部分新的主机号部分子子网网号号为为全全“0”全全“1”不不能能使使用用，于于是是划划分分出出23-2=6个个子子网网，子网地址分别为：子网地址分别为：11000000 00001010 00000001 00100000 -192.10.1.32 11000000 00001010 00000001 01000000 -192.10.1.64 11000000 00001010 00000001 01100000 -192.10.1.96 11000000 00001010 00000001 10000000 -192.10.1.128 11000000 00001010 00000001 10100000 -192.10.1.160 11000000 00001010 00000001 11000000 -192.10.1.1927/17/202434子网掩码（子网掩码（Subnet Mask）子网划分后，如何识别不同的子网？子网划分后，如何识别不同的子网？解决：采用解决：采用子网掩码子网掩码来分离网络号和主机号。来分离网络号和主机号。子子网网掩掩码码格格式式：32比比特特，网网络络号号(包包括括子子网网号号)部部分分全全为为“1”，主机号部分全为，主机号部分全为“0”。“网络号网络号+子网号子网号”部分部分“主机号主机号”部分部分11 11 00.007/17/202435子网掩码计算子网掩码计算前面的例子中：网络号前面的例子中：网络号24位，子网号位，子网号3位，总共位，总共27位。所以子网掩码为：位。所以子网掩码为：11111111 11111111 11111111 11100000即即 255 .255 .255 .224缺省子网掩码：缺省子网掩码：A类：类：255.0.0.0 B类：类：255.255.0.0 C类：类：255.255.255.07/17/202436提纲提纲p基本概念p常见招投标参数常见招投标参数p常用网络拓朴结构p参考资料7/17/202437交换机参数性能参数交换机参数性能参数p背板带宽交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为bps（bit每秒）p包转发率包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。单位一般为pps（包每秒）7/17/202438包转发线速的计算方法包转发线速的计算方法p包转发率的衡量标准是以单位时间内发送64byte的数据包（最小包）的个数作为计算基准的。p数据包在传输过程中会在每个包的前面加上64个bit的preamble（前导符），然后在每个包之间会有96个bit的IFG（帧间隙），也就是原本传输一个64个字节的数据包，虽只有64*8bit=512个bit，但在传输过程中实际上会有512+64+96=672bit，也就是说，这时一个数据包的长度实际上是有672bitp千兆端口线速包转发率=1000Mbps/672=1.488095Mpps，约等于1.4881Mpps 7/17/202439如何判断交换机是否线速？如何判断交换机是否线速？pCisco2950G-4848端口10/100自检测和2个基于GBIC的千兆位以太网端口背板容量210002481002(Mbps)13.6(Gbps)相当于13.6/2=6.8个千兆口吞吐量(包转发率)=6.81.488=10.1184Mpps pCisco2950T-24 26端口(24个10/100自检测端口和2个1000BaseT端口)背板容量210002241002(Mbps)8.8(Gbps)相当于8.8/2=4.4个千兆口吞吐量=4.41.488=6.5472Mpps 7/17/202440交换机参数功能指标其其它交换机参数功能指标其其它p采用Crossbar体系架构，使用ASIC硬件转发引擎，具有二、三层逐包线速转发能力，关键元器件可实现在线热插拔。p能支持基于L3/L4流速率限制的QOS p支持OSPF、BGP、VRRP、RIP1/2、IS-IS 等三层路由协议 p支持组播协议，包括IGMP、PIM-SM、PIM-DM、MSDP、MBGP p支持MPLS VPN，包括MPLS BGP VPN、MPLS L2 VPN（matini、Kanperlla）p支持万兆接口，并支持POS接口 p支持IPv6p7/17/202441提纲提纲p基本概念p常见招投标参数p常用网络拓朴结构常用网络拓朴结构p参考资料7/17/202442单星型结构单星型结构7/17/2024437/17/202444科技楼北楼科技楼北楼科技楼南楼科技楼南楼科技楼厂房科技楼厂房体育馆体育馆教学主楼西楼教学主楼西楼教学主楼东楼教学主楼东楼综合楼综合楼行政楼行政楼会堂及大活会堂及大活教学楼教学楼(二期二期)对外交流对外交流中心中心(二期二期)国际交流合作国际交流合作学院学院(二期二期)学生宿舍学生宿舍区汇聚区汇聚教工单身公寓教工单身公寓(专家楼专家楼)图书馆图书馆1#2#3#学生宿舍学生宿舍7#8#学生宿舍学生宿舍9#10#学生宿舍学生宿舍11#12#学生宿舍学生宿舍预留学生宿舍预留学生宿舍东食堂东食堂专家楼专家楼(二期二期)教工单身教工单身公寓公寓(二期二期)西食堂西食堂教工食堂教工食堂接入层接入层接入层接入层 楼宇汇聚楼宇汇聚楼宇汇聚楼宇汇聚 区域汇聚区域汇聚区域汇聚区域汇聚 核心层核心层核心层核心层双星型结构双星型结构双星型结构双星型结构一期二期实验楼实验楼网络核心网络核心4#5#6#学生宿舍学生宿舍7/17/202445双星型结构双星型结构双星型结构双星型结构ISPCERNETDMZ区区WEB、MAIL服务器服务器服务器群服务器群服务器群服务器群认证计费管理系统认证计费管理系统网管平台网管平台无线网控制器无线网控制器核心交换机核心交换机核心交换机核心交换机IDC汇聚交换机汇聚交换机教工宿舍区汇聚教工宿舍区汇聚学生宿舍区汇聚学生宿舍区汇聚图书馆图书馆教学、办公等单体楼教学、办公等单体楼接接接接入入入入层层层层汇汇汇汇聚聚聚聚层层层层核核核核心心心心层层层层U-IDCU-IDC区区区区链路负载均衡器链路负载均衡器10G1000M100MIPS带宽管理带宽管理防火墙防火墙7/17/202446提纲提纲p基本概念p常见招投标参数p常用网络拓朴结构p参考资料参考资料7/17/202447参考资料参考资料p美普兹马诺瓦 编著，黄永峰 等译，路由与交换，人民邮电出版社，2019pDouglase Comer,Internetworking with TCP/IP Vol I,清华大学出版社-Prentice Hall,2019p谢希仁等，计算机网络，电子工业出版社，2019p沈苏彬、陈奇，IBM企业网原理、设计与实现，东南大学出版社，2019p周明天、汪文勇，TCP/IP网络原理与技术，清华大学出版社，1993pietf.org及各厂家的技术资料cisco cisconetyourlife(论坛、需注册）h3cruijie7/17/202448总结总结p路由与交换pOSI七层参考模型，TCP/IP协议集p以太网pVLANpIP地址划分p背板带宽，包转发率p常用网络设计拓朴7/17/202449Q/A7/17/202450谢谢！
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