1、項目三項目三 網絡體系結構網絡體系結構課程目標課程目標學習完本課程，您應該能夠：學習完本課程，您應該能夠：u了解網絡協議的基本概念u理解網絡體系結構分層的原則u理解通信信息流動過程u掌握計算機網絡的定義u掌握OSI/RM各層的基本功能u掌握流量控制技術u掌握路由選擇技術u掌握TCP/IP各層對應的協議u能總結OSI/RM與TCP/IP的區別u能根據網絡需要進行流量控制u能區分靜態路由和動態路由u能利用Packet Tracer分析ARP協議目錄目錄u任務一 認識網絡體系結構u任務二 認識OSI/RM參考模型u任務三 認識TCP/IP協議u任務四 利用PT軟件分析ARP協議u習題與實驗本任務要點

2、本任務要點 掌握OSI參考模型的結構和各層功能。 了解網絡體系結構分類、功能特點。掌握TCP/IP體系結構的層次和功能。 掌握IP地址管理和子網劃分的方法。 網絡通信網絡通信 通信的概念v通信，指人與人或人與自然之間通過某種行為或媒介進行的信息交流與傳遞，從廣義上指需要信息的雙方或多方在不違背各自意愿的情況下無論采用何種方法，使用何種媒質，將信息從某方準確安全傳送到另方。塞繆爾莫爾斯（Samuel Finley Breese Morse，1791年4月27日-1872年4月2日)是一名享有盛譽的美國畫家、電報之父。亞歷山大貝爾是一位美國發明家和企業家。他獲得了世界上第一臺可用的電話機的專利權（

3、發明者為意大利人安東尼奧梅烏奇），創建了貝爾電話公司（AT&T公司的前身）。其被世界譽為“電話之父”。世界上第一臺計算機世界上第一臺計算機ENIAC早期的計算機系統通信早期的計算機系統通信數據信息和數據通信數據信息和數據通信v數據信息 數據是信息的載體，它是客觀事實、概念或圖像等用于通信的一種形式化的表現。v數據通信 簡單地說，數據通信就是將數據信息通過適當的傳輸線路從一臺機器傳送到另一機器。8 數據傳輸方式數據傳輸方式v 基帶傳輸 所謂基帶就是電信號所固有的基本頻率。例如，電視信號的基本頻帶為0-6MHz，數字信號的基本頻帶為零至若千兆赫茲，由傳輸速率而定。當利用數據傳輸系統直接傳輸

4、基帶信號時，則稱之為基帶傳輸。v 頻帶傳輸 所謂頻帶傳輸，就是利用調制器把二進制信號調制成能在公共電話線上傳輸的音頻信號（模擬信號），將音頻信號在傳輸介質中傳送到接收端后，再經過解調器的解調，把音頻信號還原成二進制的電信號。v 寬帶傳輸 寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶，它包括大部分電磁波頻譜。使用這種寬頻帶進行傳輸的系統，稱為寬帶傳輸系統。9 網絡通信要素網絡通信要素v通信的目的是傳送消息（message）。數據（data）是運送消息的實體。信號（signal）則是數據的電氣的或電磁的表現。第一個要素是消息來源，即發送方。第二個通信要素是消息的目的地址，即接收方。第三個要素稱為通道，包括提供消息

5、傳送途徑的介質。通信的三個要素：我們把打電話的過程設置為通信過程我們把打電話的過程設置為通信過程發送方接收方傳輸介質滿足了三要素，是否能進行網絡通信？滿足了三要素，是否能進行網絡通信？啥意思？所以，我們還應對數據進行編碼那么，編碼完成，是否能進行網絡通信呢那么，編碼完成，是否能進行網絡通信呢？通信之前，還應該設計通信策略！消息分段主要有兩個優點：消息分段主要有兩個優點：v首先，通過從源設備向目的設備發送一個個小片段，就可以在網絡上交替發送許多不同會話。v第二，分段可以增強網絡通信的可靠性。每個消息的獨立片段無需經過網絡中的同一條路徑從源設備傳送到目的設備。因此，如果某條路徑因數據流量過大或故障

6、而堵塞，仍可以使用備用路徑將各個消息片段轉發到目的設備。如果有部分消息未能傳送到目的，則只需重新傳輸丟失的部分。報文交換報文交換v不要求在兩個通通信結點之間建立專用通路。結點把要發送的信息組織成一個數據包報文，該報文中含有目標結點的地址，完整的報文在網絡中一站一站地向前傳送。圖 2.1 網絡傳輸介質網絡傳輸介質v雙絞線v同軸電纜v光纖v無線電波v微波v紅外線v激光選擇數據傳輸介質選擇數據傳輸介質v吞吐量v成本v尺寸和可擴展性v中間設備v抗噪性 網絡協議網絡協議v為計算機網絡中進行數據交換而建立的規則、標準或約定的集合。標準化組織標準化組織v ISO（國際標準化組織International O

7、rganization for Standardization）v CCITT（國際電報電話咨詢委員會International Telephone and Telegraph Consultative Committee）v ECMA（歐洲計算機制造商協會）v ANSI（美國全國標準協會American National Standards Institute）v IEEE（電氣和電子工程師協會Institute of Electrical and Electronic Engneers）v EIA（電子工業協會Electronic Industries Association）v 國家標準

8、和技術協會(NIST，National Institute of Standards and Technology)v 國際商用機器公司(IBM，International Business Machine)2.3 網絡體系結構概述網絡體系結構概述v網絡體系結構是指通信系統的整體設計，它為網絡硬件、軟件、協議、存取控制和拓撲提供標準。它廣泛采用的是國際標準化組織（ISO）在1979年提出的開放系統互連（OSI-Open System Interconnection)的參考模型。 計算機網絡體系機構的形成計算機網絡體系機構的形成v阿帕網為美國國防部高級研究計劃署開發的世界上第一個運營的封包交換網

9、絡，它是全球互聯網的始祖。3. 1 沒有協議就沒有網絡，每一種計算機網絡都有一套協議支持著。由于計算機網絡的種類多，所以協議的種類也很多。 所有協議的目的和功能是一樣的，都是保證網絡上的信息能暢通無阻、準確無誤地傳輸到目的地。網絡協議的重要性： 1.網絡協議任務一任務一 認識網絡體系結構認識網絡體系結構 v網絡協議定義 網絡協議是計算機間交流的語言，為計算機網絡中進行數據交換而建立的規則、標準或約定的集合。通過通信設備和通信線路連接起來的計算機要做到有條不紊地進行數據通信，交流什么、怎樣交流及何時交流都必須遵循事先約定的、都能接受的一組規則。 網絡協議包括三要素：語法、語義和時序。 網絡協議的

10、網絡協議的3 3要素：語法、語義和同步要素：語法、語義和同步 （Syntax）:規定通信雙方“如何講”，確定數據與控制信息的結構、格式、信號電平等，一般以二進制形式表示。 （Semantics）:規定通信雙方“講什么”，確定協議元素的種類，即需要發出何種控制信息，完成何種動作及做出何種應答。 （Timing）:包括速度匹配和排序等，即事件實現順序的詳細說明。任務一任務一 認識網絡體系結構認識網絡體系結構v 計算機網絡定義計算機網絡定義 計算機網絡是將分布在不同地理位置上的多個具有獨立功能的計算機網絡是將分布在不同地理位置上的多個具有獨立功能的計算機，利用通信設備和通信線路連接起來，在網絡系統軟

11、件和通計算機，利用通信設備和通信線路連接起來，在網絡系統軟件和通信協議的控制下，實現信息傳遞、資源共享的計算機系統。信協議的控制下，實現信息傳遞、資源共享的計算機系統。 1 1、從物理結構上看從物理結構上看 獨立功能的計算機獨立功能的計算機 終端設備終端設備 數據傳輸設備數據傳輸設備 2 2、從應用和資源共享上看、從應用和資源共享上看 相互共享相互共享 共同完成某項任務共同完成某項任務任務一任務一 認識網絡體系結構認識網絡體系結構v 網絡體系結構網絡體系結構 網絡體系結構是指用分層研究方法定義的網絡各層的功能、網絡體系結構是指用分層研究方法定義的網絡各層的功能、各層協議和接口的集合。各層協議和

12、接口的集合。 任務一任務一 認識網絡體系結構認識網絡體系結構v 分層原則分層原則 1 1、功能劃分、功能劃分 2 2、數目適當、數目適當 3 3、接口清晰、接口清晰v 分層優點分層優點 1 1、各層之間相互獨立。、各層之間相互獨立。 2 2、網絡結構清晰，靈活性好。、網絡結構清晰，靈活性好。 3 3、各層都可以采用最合適的技術來實現，不會影響其它層。、各層都可以采用最合適的技術來實現，不會影響其它層。 4 4、便于實現和維護。、便于實現和維護。 5 5、有利于促進標準化。、有利于促進標準化。 （2）層次結構的優點 各層之間相互獨立，復雜程度下降。 結構上可分隔開:各層都可以采用最合適的 技術來

13、實現。 易于實現和維護:系統已被分解為若干個相 對獨立的子系統。 靈活性好:一層發生變化其他各層不受影響 能促進標準化工作:每一層的功能及所提供的 服務都有精確的說明。 3. 3. 選擇通信協議的原則選擇通信協議的原則所選擇的協議要與網絡結構和功能相一致。除特殊情況外，一個網絡應該盡量只選擇一種 通信協議。 每個版本的協議都有它最適合的網絡環境。 兩臺實現互連的計算機之間進行通信，它們使 用的通信協議必須相同。 4. 4. 接口和服務接口和服務 正是通過接口和服務將各層的協議連接為整體，完成網絡通信的全部功能。5. 5. 數據單元數據單元 上下層實體之間交換的數據傳輸單元稱為數據單上下層實體之

14、間交換的數據傳輸單元稱為數據單元，數據單元分三種。元，數據單元分三種。 協議數據單元1 接口數據單元2 服務數據單元3 協議數據單元（協議數據單元（PDU） 是在不同系統的對等層實體之間根據協議所交換的數據單位。n層的PDU通常表示為（n）PDU。包括該層用戶數據和該層的協議 控制信息（PCI，Protocol Control Information） 接口數據單元（接口數據單元（IDU）由兩部分組成：一部分是經過層間接口的PDU本身，另一部分是接口控制信息（ICI，Interface Control Information）。ICI是對PDU怎樣通過接口的說明，僅PDU通過接口是有用。是在同

15、一系統的相鄰兩層實體通過接口所交換的數據單元。服務數據單元（服務數據單元（SDU）是為了實現上一層實體請求的功能，下層實體服務所需設置的數據單元。v一個就是一個服務所要傳送的邏輯數據單位。6. 6.網絡體系結構網絡體系結構網絡體系結構的概念1 網絡體系結構的功能 2 網絡體系結構的特點 3網絡體系結構的種類4 網絡體系結構的概念網絡體系結構的概念v計算機網絡各層、對等進程通信的協議的集合稱為，它是計算機網絡及其部件所應完成功能的比較精確的定義。從功能的角度描述計算機網絡的結構。v體系結構只定義網絡及其部件通過協議應當完成的功能，不定義協議的實現細節和各層協議之間的接口關系。網絡體系結構的功能網

16、絡體系結構的功能v1、連接源節點和目的節點的物理傳輸線路，可以經過中間節點。v2、每條線路兩端的節點應當進行二進制通信。v3、保證無差錯的信息傳送。v4、多個用戶共享一條物理線路。v5、路由選擇。網絡體系結構的特點網絡體系結構的特點v1、以功能作為劃分層次的基礎。v2、第N層的實體在實現自身定義的功能時，只能使用第N-1層提供的服務。v3、第N層在向第N+1層提供的服務時，所提供的服務不僅包含第N層本身的功能，還包含由下層服務提供的功能。網絡體系結構的種類網絡體系結構的種類 網絡體系結構分為開放式開放式和專用專用網絡體系結構兩種。vISO的OSI/RMv美國國防部的TCP/IPvIBM的SNA

17、vDEC的DNA任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型 v OSIOSI三級抽象三級抽象 1 1、體系結構（、體系結構（ArchitectureArchitecture） 2 2、服務定義（、服務定義（Service DefinitionService Definition） 3 3、協議規范（、協議規范（Protocol SpecificationProtocol Specification任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RMOSI/RM OSI/RMOSI/RM也就是也就是OSIOSI體系結構，定義了一個七層模型。體系結構，定義了一個七層模型。 任

18、務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RMOSI/RM中系統間的通信信息流動過程中系統間的通信信息流動過程 OSI/RMOSI/RM中系統間的通信信息流動分為兩個過程：封裝和解封裝。中系統間的通信信息流動分為兩個過程：封裝和解封裝。 任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RM OSI/RM 物理層物理層 功能：完成相鄰節點之間原始比特流的傳輸。功能：完成相鄰節點之間原始比特流的傳輸。 傳輸基本單位：比特。傳輸基本單位：比特。 特性：機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性特性：機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性 任務二任務二 認識認識OSI/RM

19、參考模型參考模型v OSI/RM OSI/RM 數據鏈路層數據鏈路層 功能：在不可靠的物理線路上進行可靠的數據傳輸功能：在不可靠的物理線路上進行可靠的數據傳輸 。 傳輸基本單位：幀傳輸基本單位：幀 。 基本任務：鏈路管理基本任務：鏈路管理 、幀的裝配與分解、幀的裝配與分解 、流量控制、流量控制 、差錯控制、差錯控制任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RM OSI/RM 網絡層網絡層 功能：支持網絡連接的實現功能：支持網絡連接的實現 。 傳輸基本單位：分組或包傳輸基本單位：分組或包 。 基本任務：路由選擇基本任務：路由選擇 、分段和組塊、分段和組塊 、流量控制、流量控制

20、 、差錯的檢測和、差錯的檢測和 恢復恢復 。任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RM OSI/RM 傳輸層傳輸層 功能：完成網絡中不同主機上的用戶進程之間可靠的數據通信功能：完成網絡中不同主機上的用戶進程之間可靠的數據通信 。 傳輸基本單位：報文傳輸基本單位：報文 。 基本任務：按端口號尋址、連接管理、流量控制和差錯處理基本任務：按端口號尋址、連接管理、流量控制和差錯處理 。任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RM OSI/RM 會話層會話層 功能：允許不同主機上的用戶之間建立會話關系功能：允許不同主機上的用戶之間建立會話關系 。 傳輸基本單

21、位：報文傳輸基本單位：報文 。 基本任務：基本任務： 1 1、將會話地址映射為傳輸地址。、將會話地址映射為傳輸地址。 2 2、選擇需要的運輸服務質量參數、選擇需要的運輸服務質量參數(QOS)(QOS)。 3 3、對會話參數進行協商。、對會話參數進行協商。 4 4、識別各個會話連接。、識別各個會話連接。 5 5、傳送有限的透明用戶數據。、傳送有限的透明用戶數據。 任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RM OSI/RM 表示層表示層 功能：負責處理通信雙方之間的數據表示問題功能：負責處理通信雙方之間的數據表示問題 。 傳輸基本單位：報文傳輸基本單位：報文 。 基本任務：基

22、本任務： 1 1、數據轉換和格式轉換、數據轉換和格式轉換 2 2、語法選擇、語法選擇 3 3、數據加密與解密、數據加密與解密 4 4、數據壓縮與解壓縮、數據壓縮與解壓縮 任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v OSI/RM OSI/RM 應用層應用層 功能：面向用戶，是計算機網絡和最終用戶的界面功能：面向用戶，是計算機網絡和最終用戶的界面 。 傳輸基本單位：報文傳輸基本單位：報文 。 基本任務：應用層的協議在基本任務：應用層的協議在OSIOSI模型中并沒有定義，但是，有些確模型中并沒有定義，但是，有些確定的應用層協議，如虛擬終端、文件傳輸和電子郵件等可滿足一般定的應用層協議，如虛

23、擬終端、文件傳輸和電子郵件等可滿足一般的網絡需求。的網絡需求。任務二任務二 認識認識OSI/RM參考模型參考模型v 流量控制技術流量控制技術 控制數據在兩個節點間的交換速率，合理分配網絡資源，以免控制數據在兩個節點間的交換速率，合理分配網絡資源，以免數據丟失。數據丟失。 1 1、停止等待協議、停止等待協議 發送節點在發送完一個數據幀后，必須等待接收節點發送回來發送節點在發送完一個數據幀后，必須等待接收節點發送回來的應答。的應答。 2 2、滑動窗口協議、滑動窗口協議 接收者向發送者通知接收端可用緩沖區空間的方式改善數據流接收者向發送者通知接收端可用緩沖區空間的方式改善數據流。 任務二任務二 認識

24、認識OSI/RM參考模型參考模型v 路由選擇技術路由選擇技術 網絡中的節點根據通信網絡的情況，按照一定的策略選擇從源網絡中的節點根據通信網絡的情況，按照一定的策略選擇從源節點向目的節點傳輸信息的最佳路徑。節點向目的節點傳輸信息的最佳路徑。 按照所使用的路由協議不同，路由表大致有如下分類。按照所使用的路由協議不同，路由表大致有如下分類。 1 1、靜態路由表、靜態路由表 2 2、動態路由表、動態路由表 任務三任務三 認識認識TCP/IP協議協議 v TCP/IPTCP/IP協議概述協議概述 TCP/IP TCP/IP協議（協議（Transmission Control Protocol/Inter

25、net Transmission Control Protocol/Internet ProtocolProtocol），全稱，全稱傳輸控制協議傳輸控制協議/ /因特網互聯協議，是因特網互聯協議，是InternetInternet最最基本的協議，共分為四層，自下而上分別為網絡接口層、網際層、基本的協議，共分為四層，自下而上分別為網絡接口層、網際層、傳輸層和應用層。傳輸層和應用層。 任務三任務三 認識認識TCP/IP協議協議v TCP/IPTCP/IP協議協議- -網絡接口層網絡接口層 網絡接口層與網絡接口層與OSIOSI的物理層和數據鏈路層相對應，負責管理設備的物理層和數據鏈路層相對應，負責管

26、理設備和網絡之間的數據交換。和網絡之間的數據交換。 任務三任務三 認識認識TCP/IP協議協議v TCP/IPTCP/IP協議協議- -網際層網際層 與與OSIOSI的網絡層相對應，負責管理不同的設備之間的數據交換。的網絡層相對應，負責管理不同的設備之間的數據交換。 1 1、IPIP協議：使用協議：使用IPIP地址確定發送端與接收端，提供端到端的數據地址確定發送端與接收端，提供端到端的數據傳輸。傳輸。 2 2、ICMPICMP協議協議：處理路由，協助處理路由，協助IPIP層實現報文傳送的控制機制，提供層實現報文傳送的控制機制，提供錯誤和信息報告。錯誤和信息報告。 3 3、ARPARP協議協議：

27、將網絡層地址轉換成數據鏈路層地址。將網絡層地址轉換成數據鏈路層地址。 4 4、RARPRARP協議協議：將數據鏈路層地址轉換成網絡層地址。將數據鏈路層地址轉換成網絡層地址。 任務三任務三 認識認識TCP/IP協議協議v TCP/IPTCP/IP協議協議- -傳輸層傳輸層 傳輸層與傳輸層與OSIOSI的傳輸層相對應，它在的傳輸層相對應，它在IPIP協議的上面，以確保所有協議的上面，以確保所有傳送到某個系統的數據正確無誤地到達該系統。傳送到某個系統的數據正確無誤地到達該系統。 1 1、TCPTCP協議協議: :通過三次握手建立連接，提供面向連接的可靠數據傳通過三次握手建立連接，提供面向連接的可靠數

28、據傳輸服務輸服務。 2 2、UDPUDP協議：采用無連接的數據報傳送方式，提供不可靠的數據傳協議：采用無連接的數據報傳送方式，提供不可靠的數據傳送。送。 任務三任務三 認識認識TCP/IP協議協議v TCP/IPTCP/IP協議協議- -應用層應用層 應用層與應用層與OSIOSI的上三層相對應，為各種應用程序提供使用的協的上三層相對應，為各種應用程序提供使用的協議。議。 1 1、HTTPHTTP超文本傳輸協議：用來訪問在超文本傳輸協議：用來訪問在WWWWWW服務器上的頁面信息。服務器上的頁面信息。 2 2、FTPFTP文件傳輸協議：用來實現計算機之間的文件復制。文件傳輸協議：用來實現計算機之間

29、的文件復制。 3 3、SMTPSMTP簡單郵件傳輸協議：用于電子郵件的發送。簡單郵件傳輸協議：用于電子郵件的發送。 4 4、TELNETTELNET遠程終端協議：實現互聯網中的終端登錄到遠程服務器遠程終端協議：實現互聯網中的終端登錄到遠程服務器的能力。的能力。 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議 v 實訓原理實訓原理 1 1、ARPARP協議協議 通過目的方的通過目的方的IPIP地址，查詢目的方的地址，查詢目的方的MACMAC地址，以保證通信的順利進地址，以保證通信的順利進行。行。 2 2、ARPARP報文格式報文格式硬件類型（值為1）協議類型（值為0800H）硬件長度（

30、值為6）協議長度（值為4）操作：請求為1，響應為2發送MAC地址（6字節）發送IP地址（4字節）目的方MAC地址（6字節）目的方IP地址（4字節）任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓原理實訓原理 3 3、ARPARP緩存表緩存表 IP地址MAC地址類型1C-6F-65-7E-0F-19靜態1C-6F-65-69-3A-12動態1C-6F-65-56-EF-D3動態arp -a arp -a 查看查看ARPARP緩存表的內容；緩存表的內容；arp -d arp -d 刪除刪除ARPARP緩存表的所有內容；緩存表的所有內容

31、；arp -d+arp -d+空格空格+ 刪除指定刪除指定IPIP地址的記錄；地址的記錄；arp -s arp -s 指定指定IPIP地址與地址與MACMAC地址的對應關系為地址的對應關系為“靜態靜態” ” 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓環境實訓環境 1 1、packet tracer 5.3.3packet tracer 5.3.3 2 2、交換機、交換機1 1臺，計算機臺，計算機4 4臺臺 3 3、直通線、直通線4 4根根 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓內容實訓內容 1 1、搭建網絡環境、搭建網絡環境 2 2、查看、查看A

32、RPARP高速緩存表高速緩存表 3 3、選中、選中1 1臺源主機發送臺源主機發送ARPARP請求，分析獲取請求，分析獲取MACMAC的過程的過程 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓步驟實訓步驟 1 1、使用直通線將一臺交換機、使用直通線將一臺交換機S1S1，與四臺，與四臺PCPC互連，互連，PCPC的的IPIP地址分別地址分別為為PC0PC0（）、）、PC1PC1（）、）、PC2PC2（）、）、PC3PC3（19

33、）。）。 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓步驟實訓步驟 2 2、打開、打開PC0PC0，在命令行下運行，在命令行下運行“arp -a”arp -a”命令，查看命令，查看ARPARP緩存表。緩存表。 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓步驟實訓步驟 3 3、切換到模擬模式，打開捕獲窗口設置過濾條件（提取、切換到模擬模式，打開捕獲窗口設置過濾條件（提取ARPARP、ICMPICMP）并進行數據捕獲。）并進行數據捕獲。 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓步驟實訓步驟 4 4、在、在PC0PC0（）上）上ping PC1ping PC1（）。）。 任務四任務四 利用利用PT軟件分析軟件分析ARP協議協議v 實訓步驟實訓步驟 5 5、數據到達交換機、數據到達交換機S1S1，由于交換機為二層設備，因此能夠識別由于交