1、2022-4-301構建中小型企業局域網 第 3 章 網絡標準和OSI模型 2022-4-302上章回顧v 網絡拓撲結構v 常見的網絡傳輸介質 雙絞線 制作RJ-45接頭 光纖 同軸電纜v 主要網絡設備 網絡接口卡 中繼器 集線器 交換機 路由器2022-4-303本章內容v 網絡標準化組織及IEEE802標準v OSI參考模型 同層之間協議相同 下層對上層提供服務 OSI參考模型每一層的名稱與功能 數據封裝與拆封裝的過程v 數據鏈路層與以太網v TCP/IP參考模型 TCP/IP參考模型每一層的名稱與功能 TCP/IP參考模型與OSI模型的對比2022-4-304網絡標準化組織 3-1v所謂

2、標準即是文檔化的協議中包含推動某一特定產品或服務應如何被設計或實施的技術規范或其他嚴謹標準。通過標準，不同的生產廠商可以確保產品、生產過程以及服務適合他們的目的。v由于目前網絡界所使用的硬件、軟件種類繁多，標準尤其重要。如果沒有標準，可能由于一種硬件不能與另一種兼容。v由于計算機工業發展迅速，許多不同的組織都開發自己的標準。2022-4-305v ANSI（美國國家標準協會）是由1000多名來自工業界和政府的代表組成的組織，負責制定電子工業的標準，此外也制定其他行業的標準，如化學和核工程、健康和安全以及建筑行業的標準。ANSI也代表美國制定國際標準。v EIA（電子工業聯盟）是一個商業組織，其

3、代表來自全美各電子制造公司。EIA包括幾個下屬組織：電信工業協會（TIA）；用戶電子生產商協會（CEMA）；電子部件、組裝、設備與供應協會（ECA）；聯合電子設備工程委員會（JEDEC）；固態技術協會；政府處以及電子信息組（EIG）。v IEEE（電氣與電子工程師學或稱為I-3-E），是一個由工程專業人士組成的國際社團，其目的在于促進電氣工程和計算機科學領域的發展和教育。IEEE技術論文和標準在網絡專業受到高度重視。v ISO（國際標準化組織）是一個代表了130個國家的標準組織的集體。ISO的權威性不僅限于信息處理和通信工業。事實上，在ISO的大約12,000標準中，僅有大約500個應用于計算

4、機相關的產品和功能中。v ITU（國際電信同盟）是聯合國特有的管理國際電信的機構，它管理無線電和電視頻率、衛星和電話的規范、網絡基礎設施、全球通信所使用的關稅率。 ITU過去常被稱為CCITT (國際電報電話協商委員會)。網絡標準化組織 3-22022-4-306網絡標準化組織 3-32022-4-307IEEE802 網絡規范v 802.1 網間互連包括路由、網橋、網間互連通信v 802.2 邏輯鏈路控制關于數據幀的錯誤控制及流控制v 802.3 Ethernet 局域網包括Ethernet介質和接口所有形式v 802.4 Token Bus 局域網包括Token Bus介質和接口所有形式v

5、 802.5 Token Ring 局域網包括Token Ring介質和接口所有形式v 802.6 MAN（城域網）包括MAN技術、編址和服務v 802.7 寬帶技術咨詢組織包括寬帶網絡介質、接口和其他設備v 802.8 光纖技術咨詢組織包括光纖介質使用以及不同網絡類型技術的使用v 802.9 聲音/數據集成網絡包括聲音和數據通過單一的網絡介質傳輸的集成v 802.10 網絡安全性包括網絡訪問控制、加密、驗證或其他安全主題v 802.11 無線網絡對于多種廣播頻率及技術的無線網絡標準v 802.12 高速網絡包括100BASEVG-AnyLAN在內的各種100Mbpst技術2022-4-308

6、什么是協議v 什么是協議？ 為了使數據可以在網絡上從源傳遞到目的地，網絡上所有設備需要“講”相同的“語言” 描述網絡通信中“語言”規范的一組規則就是協議 例如：兩個人交談，必須使用相同的語 言，如果你說漢語，他說阿拉伯語v 數據通信協議的定義 決定數據的格式和傳輸的一組規則或者一組慣例#&$2022-4-309協議分層 21v 網絡通信的過程很復雜 數據以電子信號的形式穿越介質到達正確的計算機，然后轉換成最初的形式，以便接收者能夠閱讀 為了降低網絡設計的復雜性，將協議進行了分層設計2022-4-3010協議分層 22v分層設計的意義 用戶服務層的模塊設計可相對獨立于具體的通信線路和通信

7、硬件接口的差別 而通信服務層的模塊設計又可相對獨立于具體用戶應用要求的不同例如：文件傳輸或電子郵件服務模塊的設計，不必關心底層通信線路是光纖還是雙絞線2022-4-3011服務與服務訪問點v服務 是網絡中各層向其相鄰上層提供的一組操作v服務訪問點（SAP） N+1層實體是通過N層的SAP來使用N層所提供的服務 SAP相當于相鄰層之間的接口2022-4-3012服務類型v 面向連接的服務 先建立連接再傳輸數據，之后再斷開連接 數據傳輸過程中，數據包不需要攜帶目的地址 保證數據傳輸的可靠性v 無連接的服務 不需要事先建立連接，直接發送數據 每個報文都帶有完整的目的地址 不保證報文傳輸的可靠性202

8、2-4-3013服務元素元素意義舉例請求（Request）用戶請求建立一個連接用戶撥號指示（Indication）服務提供者向被呼叫方示意有人請求建立連接被呼叫用戶電話振鈴響應（Response）被呼叫方用來表示接受建立連接的請求被呼叫方摘機確認（Confirm）服務提供者通知呼叫方建立連接的請求已被接受呼叫方聽到撥號音停止，對方摘機v面向連接的服務在建立連接和斷開連接過程中，使用以下幾個服務元素2022-4-3014服務元素舉例11112222撥號2222，請求建立連接振鈴，得到建立連接的指示摘機，對連接請求的響應聽到振鈴音停止，得到建立連接的確認連接已建立，這時可以通電話了關于面向連接和無

9、連接的服務，在傳輸層協議中將有應用2022-4-3015OSI 協議模型通信協議協議分層OSI7層模型通信的雙方需要“講”相同的語言網絡通信的過程很復雜，為了降低復雜性1974年，ISO組織發布了OSI參考模型v OSI(Open System Internetwork)是開放的通信系統互聯參考模型2022-4-3016郵局實例 2-1寫信人郵局運輸部門收信人郵局甲地乙地2022-4-3017郵局實例 2-2v郵局對于寫信人來說是下層v運輸部門是郵局的下層 下層為上層提供服務v寫信人與收信人之間使用相同的語言v郵局之間的約定 同層次之間使用相同的協議2022-4-3018OSI的七層框架 2-

10、1物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層傳輸層傳輸層會話層會話層表示層表示層應用層應用層物理層協議數據鏈路層協議網絡層協議傳輸層協議會話層協議表示層協議應用層協議 比特 幀 報文TPDUSPDUPPDUAPDU1 接口2 接口3 接口4 接口5 接口6 接口主機A主機B數據單元層2022-4-3019OSI的七層框架 2-2名稱功能實例應用層用戶接口HTTPTelnet表示層數據的表現形式、特定功能的實現如-加密ASCII、EBCDICJPEG會話層對應用會話的管理、同步操作系統/應用讀取傳輸層可靠與不可靠的傳輸、傳輸前的錯誤檢測、流控TCP、UDP網絡層提供邏輯地址、選路IP數據鏈路層

11、成幀、用MAC地址訪問媒介、錯誤檢測與修正802.3 / 802.2HDLC物理層設備之間的比特流的傳輸、物理接口、電氣特性等EIA/TIA-232V.352022-4-3020數據的封裝與解封裝過程 3-1InternetHello!2022-4-3021IP包頭數據的封裝與解封裝過程 3-2Hello物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層 比特 幀 報文段PDUHelloTCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數據MAC子層LLC子層FCS2022-4-3022IP包頭數據的封裝

12、與解封裝過程 3-3Hello物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層 比特 幀 報文段PDUHelloTCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層FCSTCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數據LLC子層2022-4-3023物理層網絡的基礎v物理層是TCP/IP模型的最底層v物理層為數據傳輸提供可靠環境 物理層是網絡的基礎，正如同公路是汽車通行的基礎一樣2022-4-3024物理層概述v 物理層是TCP/IP五層模型的最底層，它為數據通信的介質提供規范和定義v 直接面向實際承擔數據傳輸的物理媒體v 傳輸單位為比特

13、，主要討論的是在通信線路上比特流的傳輸問題2022-4-3025物理層的功能v功能一：為數據端設備提供傳送數據的通路v功能二：傳輸數據 物理層關心的是信號、接口和傳輸介質2022-4-3026物理層關心的是什么機械特性指明通信實體間硬件連接接口的機械特點 電氣特性規定了在物理連接上導線的電氣連接及有關的電路的特性 功能特性指明物理接口各條信號線的用途（用法） 規程特性指明利用接口傳輸位流的全過程及各項用于傳輸的事件發生的合法順序 為了傳輸信號，物理層規定了那些特性？2022-4-3027物理層的機械特性示例2022-4-3028數據鏈路層的功能 2-1v數據鏈路層 位于網絡層與物理層之間物理層

14、物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層數據鏈路層協議 比特（Bit） 幀（Frame）包(Packet）主機A主機B數據單元2022-4-3029數據鏈路層的功能 2-2v數據鏈路層的功能 數據鏈路的建立、維護與拆除 幀包裝、幀傳輸、幀同步 幀的差錯恢復 流量控制2022-4-3030以太網v以太網主要工作在數據鏈路層物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層物理層協議數據鏈路層協議網絡層協議 比特 幀 包12主機A主機B數據單元層以太網2022-4-3031什么是以太網v我們平常使用的局域網就是以太網如果中間的線路是共享的，這條鏈路在同一時間由誰來使用呢？如何來保證這些主機能有序的使用共享

15、線路，不發生數據的沖突？ 如果主機A發出一個數據包給主機B，如何標識主機A和主機B呢？這就是主機的地址問題。 主機之間發送的數據，需要保證雙方互相都能讀懂，那么它們發送的數據的格式，是不是需要有一個統一的規范呢？2022-4-3032以太網采用CSMA/CDv CSMA/CD帶沖突檢測的載波監聽多路訪問v 以太網采用CSMA/CD避免信號的沖突v 工作原理 發送前先監聽信道是否空閑，若空閑則立即發送數據。 在發送時，邊發邊繼續監聽 若監聽到沖突，則立即停止發送 等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試2022-4-3033以太網MAC地址v以太網地址用來識別一個以太網上的某個單獨的設備或一

16、組設備 例如：00061be3936c 000d28beb642IBMCISCO24比特（供應商標識）24比特（供應商對網卡的唯一編號）對于目的地址：0物理地址（單播地址）1邏輯地址（組播地址）2022-4-3034以太網幀格式v802.3 以太網幀格式數據鏈路層封裝7字節6字節6字節前導碼目的地址源地址類型/長度數據幀校驗序列461500字節4字節1字節2字節幀啟始定界符物理層封裝大于0600H表示類型，小于0600H表示長度2022-4-3035以太網標準物理層數據鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC)介質訪問控制子層（MAC)以太網IEEE802.2IEEE802.32022-4-3036MA

17、C子層與LLC子層 2-1v 介質訪問控制（MAC）子層（802.3） 將上層交下來的數據封裝成幀進行發送(接收時進行相反的過程，將幀拆卸)； 實現和維護介質訪訪問控制協議，例如CSMA/CD； 比特差錯檢測； MAC幀的尋址，即MAC幀由哪個站（源站）發出，被哪個站哪些站接收（目的站）。2022-4-3037MAC子層與LLC子層 2-2v邏輯鏈路控制（LLC）子層（802.2） 建立和釋放數據鏈路層的邏輯連接； 提供與上層的接口； 給幀加上序號。2022-4-3038MAC與LLC 名 稱MAC子層規范LLC子層規范其它說明以太網第2版（DIX）以太網以太網不采用此規范為Digital，I

18、ntel與Xerox所擁有IEEE以太網IEEE 802.3IEEE 802.2通常被稱為802.3以太網，構建在DIX以太網基礎上IEEE令牌環IEEE 802.5IEEE 802.2在IEEE接管之前IBM幫助開發ANSI FDDIANSI X3T9.5IEEE 802.2ANSI喜歡802.2，所以它參考IEEE的這一規范2022-4-3039以太網標準 2-1 標 準 MAC子層規范電纜最大長度 電纜類型所需線對10BASE-5 802.3 500m 50粗纜 -10BASE-2 802.3 185m 50粗纜 -10BASE-T 802.3 100m 3、4或5類雙絞線 210BAS

19、E-FL802.3 2000m 光纖 1100BASE-TX 802.3u 100m5類雙絞線 2100BASE-T4 802.3u 100m3類雙絞線 42022-4-3040以太網標準 2-2標準 MAC子層規范電纜最大長度 電纜類型所需線對100BASE-T2 802.3u 100m 3、4或5類雙絞線 2100BASE-Fx 802.3u 400/2000m 多模光纖 110BASE-Fx 802.3u 10000m 單模光纖 11000BASE-Sx 802.3z 220-550m 多模光纖 11000BASE-Lx 802.3z 550-3000m 單模或多模光纖 11000BAS

20、E-Cx 802.3z 25m 屏蔽銅線 21000BASE-T 802.3ab 100m5類雙絞線 22022-4-3041以太網交換機v 交換機是用來連接局域網的主要設備 交換機能夠根據以太網幀中目標地址智能的轉發數據，因此交換機工作在數據鏈路層 交換機分割沖突域，實現全雙工通信2022-4-3042單工、半雙工與全雙工v 單工 只有一個信道，傳輸方向只能是單向的v 半雙工 只有一個信道，在同一時刻，只能是單向傳輸v 全雙工 雙信道，同時可以有雙向數據傳輸ABABAB例如：尋呼機例如：對講機例如：電話2022-4-3043沖突與沖突域v如果沖突過多，則傳輸效率就會降低. . . . . .

21、主機A主機B主機C沖突域2022-4-3044分割沖突域v為了提高傳輸效率，分割沖突域. . . . . .沖突域1沖突域2沖突域32022-4-3045交換機背板交換矩陣結構v交換機的每個端口訪問另一個端口時，都有一條專有的線路，不會產生沖突。2022-4-3046沖突域與廣播域v 廣播域指接收同樣廣播消息的節點的集合，如：在該集合中的任何一個節點傳輸一個廣播幀，則所有其他能收到這個幀的節點都被認為是該廣播幀的一部分v 交換機分割沖突域，但是不分割廣播域，即交換機的所有端口屬于同一個廣播域. . . .廣播域 廣播域沖突域沖突域廣播2022-4-3047網絡層的功能v定義了基于IP協議的邏輯地址v連接不同的媒介類型v選擇數據通過網絡的最佳路徑2022-4-3048TCP/IP協議參考模型v TCP/IP是20世紀70年代中期美國國防部為ARPANET開發的網絡體系結構網絡接口層互聯網層傳輸層應用層TCP/IP 4層模型物理層數據鏈路層網絡層OSI 7層模型會話層表示層應用層傳輸層互聯網層傳輸層應用層物理層數據鏈路層TCP/IP 5層模型2022-4-3049TCP/IP 第1層：網絡接口層第1層：網絡接口層(Network Interface)網絡接口層對應OSI物理層和數據鏈路層并實現與它們相同的功能，其中包括LAN和WAN的技術細節。這一層也稱為主機到網