项目2 小型局域网的组建(OSI)ppt课件.ppt

项目2 小型局域网的组建,了解OSI参考模型的结构及功能,理解TCP/IP协议的体系结构及各层协议的功能,掌握IP地址的表示、分类和子网掩码的作用,相关知识,网络中传输介质,掌握以太网组网技术,熟悉以太网组网设备,会组建小型局域网,实际邮政系统信件发送、接收过程示意图,用户和邮局的约定,用户间约定,邮局与运输部门约定,邮局间约定,不同的网络，其层次数、各层的名字、内容和功能都不尽相同。 在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而上一层根本不需要知道下一层是如何实现服务的。 实体：每一层中的活动元素，能收发信息的一组软、硬设备。如一个进程、智能输入/输出芯片 系统：有一个或多个实体组成物理上实际存在 对等实体：位于不同系统中同一层次的实体,计算机网络中，正是对等实体利用该层的协议中互相通信。 数据并不是从一台机器的第n层直接传送到另一台机器的第n层，而是每一层都把数据和控制信息交给它的下一层，只到第一层。 第一层下面才接口：相邻层次之间的边界，是传输介质，它进行实际的数据传输。各层交换信息的通道。,网络协议（protocol）:为进行网络中数据交换而建立的规则标准或约定. 网络协议的三要素 语义：讲什么（what to do），即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种应答，协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解释 语法：怎么做（how to do）即确定用户数据与控制信息 的结构和格式。,网络协议的概念,时序（同步）：何时做（when to do）时序是指通信中各事件发生的因果关系。或者说时序规定了某个通信事件及其由它而触发的一系列后续事件的执行顺序。,网络协议的概念,分层：为了使复杂问题简单化，采用将复杂问题分解为简单问题的方法，将网络完成的任务分解成一个个小的子任务，然后针对子任务分别制定相应的协议，这种任务分解的方法就叫做分层。,几个重要的概念,注意：网络分层后，各层之间是密切联系的 下层为上层服务 上层的任务必须建立在下层服务的基础之上 层与层之间通过接口通信,几个重要的概念,网络体系结构 ：把网络的这种分层结构以及各层协议的集合称为网络体系结构。注意：通信双方必须具有相同的网络体系结构才能进行通信。网络体系结构对网络各层功能的描述是抽象的，完成这些功能需要具体的硬件和软件。一般来说低层协议主要靠硬件，高层协议主要靠软件实现。,几个重要的概念,网络体系结构的提出,计算机网络中采用层次结构，它有以下一些好处： 各层之间相互独立相互依靠的灵活性好，易于实现和维护各层实现技术的改变不影响其他层有利于促进标准化,3.2 开放系统互连参考模型(OSI/RM),3.2.1概述 1. OSI参考模型的提出,网络世界的法律!,OSI参考模型：Open System Interconnect开放系统互连参考模型OSI参考模型是由ISO（国际标准化组织） 1983年定义的,开放系统互连参考模型(OSI/RM),OSI/RM（Open System Interconnection/Reference Model）中的“开放”是表示任何两个遵守OSI/RM的系统标准都可以进行互连，当一个系统能按OSI/RM与另一个系统进行通信时，就称为该系统为开放系统。OSI/RM只给出了一些原则性的说明，它并不是一个具体的网络。它将整个网络的功能划分成7个层次，而且在两个通信实体之间的通信必须遵循这7层结构,2.OSI参考模型的概念,建立七层模型主要是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来；也使网络的不同功能模块分担起不同的职责。,面向计算机终端和用户这个环节所做的功能：数据处理,面向通信设备、通信介质这个环节所做的功能：数据传输,OSI参考模型,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,全部的核心层，起着承上启下的工作，为全部通信过程提供通信质量保证工作,OSI参考模型各层功能,应用层,应用层的作用为应用软件提供接口，使应用程序能够使用网络服务常见的应用层协议http、ftp、smtp、pop3、telnet、dns等,表示层,表示层的功能：用于处理中多个通信系统之间交换信息的表示方式数据的解码和编码 数据的加密和解密 数据的压缩和解压缩 表示层是各节点应用程序、文件传输的翻译官,会话层,允许不同机器上的用户建立会话关系。会话层的作用主要是会话管理、传输同步及数据交换管理等。会话层的责任主要有：对话控制同步,传输层,将从会话层接收数据流分段并重组为数据段Segment,传输层,主要功能：在上一层进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使传输层以上的各层看不见传输层以下的数据通信细节，传输层以上的各层不再关心信息传输的问题。端到端：是指进行互相通信的两个结点不是直接通过传输介质连接起来的，它们之间有很多交换设备。（点到点）,声音信号,电信号,声音信号,电信号,点到点,点到点,点到点,端到端,端到端的传输传输层就是为上三层提供端到端的传输服务,端口一台主机中同时会有多个应用进程进行通信，传输层必须将它们区分开来。因此网络通信的最终地址应不仅包括主机地址，还要包括可描述网络进程的某种标识。这种标识称作传输层服务访问点，即端口。TCP/IP 定义一个16Bit长度的整数作为端口标识，也就是说可定义2e16个端口，其端口号从0到 2e161。,端口号,传输层利用端口号来区分上层的应用协议,传输层的主要功能,分段与重组 服务点编址连接控制 流量控制 差错控制,通过端口到达相应的进程。首部必须包含一地址,叫做端口地址,面向连接、无连接的,如果接收端接收数据的速率小于发送端的速率，产生溢出而无法工作,无丢失、无重复,网络层,负责数据从源端发送到目的端为网络设备提供逻辑地址负责数据传输的寻径和转发,网络层涉及的概念有以下几个：,逻辑地址寻址 数据链路层的物理地址只是解决了在同一个网络内部的寻址问题，如果一个数据包从一个网络跨越到另外一个网络时，就需要使用网络层的逻辑地址。 路由功能 路由选择就是根据一定的原则和算法在传输通路中选出一条通向目的节点的最佳路由。流量控制 在数据链路层中介绍过流量控制，在网络层同样也存在流量控制问题。 拥塞控制 在通信子网中，由于出现过量的数据包而引起网络性能下降的现象称为拥塞。,网络层的主要任务,逻辑地址 路由选择,传输层和网络层 传输层：将报文进行端到端的传输 网络层：确保每一个分组能够从它的源地址到目 的地址,数据链路层,数据链路层OSI/RM的第2层，它通过物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，传送以帧(Frame)为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。,单位:字节,Ethernet II的帧格式,MAC地址由48bit构成，采用12位16进制数表示,帧 ：一种用来移动数据的结构包,数据链路层涉及到的具体内容有以下几点：,1.成帧数据链路层要将网络层的数据分成可以管理和控制的数据单元，称其为帧。2.物理地址寻址 数据帧在不同的网络中传输时，需要标识出发送数据帧和接收数据帧的节点。 3.流量控制 数据链路层对发送数据帧的速率必须进行控制，如果发送的数据帧太多，就会使目的节点来不及处理而造成数据丢失。,数据链路层涉及到的具体内容有以下几点：,4.差错控制 为了保证物理层传输数据的可靠性，数据链路层需要在数据帧中使用一些控制方法，检测出错或重复的数据帧，并对错误的帧进行纠错或重发。 5.接入控制 当两个或者更多的节点共享通信链路时，由数据链路层确定在某一时间内该由哪一个节点发送数据，接入控制技术也称为媒体访问控制技术。 数据链路层分两个子层：逻辑链路控制层：LLC Logical Link Control 负责对各种网络协议进行封装介质访问控制层：MAC Media Access Control,IEEE 802参考模型,IEEE 802.3以太网标准,MAC层管理网络设备的物理地址，物理地址也被称作MAC地址。LLC层主要负责对各种网络协议进行封装，使得协议能在物理线路上传输。LLC帧在传输不同网络协议的时候是需要SAP（service access point,服务访问点）来区分。,物理层,物理层是OSI/RM的最低层，物理层任务是透明地传送二进制比特流，即经过实际电路传送后的比特流没有变化。物理层并不是指物理传输介质，它是介于数据链路层和物理传输介质之间的一层，起着数据链路层到物理传输介质之间的逻辑接口的作用。,物理层所涉及的内容,物理层关心的是以下的一些内容：接口和媒体的物理特性位的表示传输速率位的同步线路配置：设备与媒体的连接。物理拓扑：设备是如何连接到网络上的，星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑等等。传输模式：单工、半双工或全双工。,允许接入网络资源,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,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,提供可靠的进程到进程的报文传输和差错恢复,将比特组装成帧；提供节点到节点方式的传输,各层间的联系,传输层,数据链路层,物理层,网络层,数据,数据,传输层报头,数据,网络层报头,数据,数据链路层报头,0101110101001000010,表示层,应用层,会话层,数据段Segment,数据包Packet,比特Bit,数据帧Frame,协议数据单元,端口号,源IP+目的IP上层协议,源MAC+目的MAC,将数据帧转换成高低电平，即“0”或“1”代码,数据封装,发送数据的过程，就是一个数据封装的过程,设备A,设备B,L7数据,L7数据,H6,L6数据,H5,L5数据,H4,L4数据,H3,L3数据,H2,010101000011110000101010,T2,传输媒体,数据通信过程,数据,网络层报头 + 传输层报头 + 数据,数据链路层报头,传输层报头+ 数据,网络层报头,数据,传输层报头,0101110101001000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,数据拆封,接收数据的过程，就是一个数据拆封的过程,5.会话层,6.表示层,7.应用层,4.传输层,2.数据链路层,3.网络层,1.物理层,4.传输层,2.数据链路层,3.网络层,1.物理层,5.会话层,6.表示层,7.应用层,OSI参考模型,数据,网络设备传输数据的过程是按照OSI参考模型来运动的,课程议题,OSI七层参考模型TCP/IP参考模型IEEE802标准,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,传输层,互联层/网络层,主机-网络层/网络接口层,协议栈：利用一组协议完成OSI所实现的功能。TCP/IP协议栈：是一组由不同的协议组合在一起构 成的协议栈。,TCP/IP协议栈,TCP/IP中的协议,应用层协议,HTTP超文本传输协议，提供浏览网页服务Telnet远程登陆协议，提供远程管理服务。该协议允许本地主机作为仿真终端登录到远程的另一台主机上，把用户请求传送给远程主机，同时也能将远程主机的输出结果通过TCP连接返回到用户屏幕。FTP文件传输协议，提供互联网文件资源共享服务SMTP简单邮件传输协议，提供互联网电子邮件服务 DNS（域名系统协议） 主要用于实现主机名与IP地址之间的映射,TCP(传输控制协议)属于面向连接的网络协议UDP(用户报文协议)属于无连接的网络协议,应用层,传输层,Internet层,物理层,数据链路层,TCP/IP传输层,TCP协议,TCP-传输控制协议TCP属于面向连接的协议TCP可以提供可靠的、有序的端到端之间的传输，并且进行流量控制,源端口号 (16比特),目的端口号(16比特),顺序号(32比特),应答号 (32比特),窗口大小 (16比特),校验和 (16比特),其它TCP控制信息（如SYN,ACK等）,数据,20,TCP三次握手过程,主机发起一个建立连接的同步（SYN）请求； 接收方主机在收到这个请求后向送方主机回复一个同步/确认（SYN/ACK）应答； 发送方主机收到此包后再向接收方主机发送一个确认（ACK），此时TCP连接成功建立；注：TCP协议通过四次挥手断开连接,TCP四次挥手过程,我的数据传输完毕，想与你拆除连接,我知道了你的意思,继续传输数据,好，拆除连接,主机A,主机B,数据传输完毕，你拆除连接吧,常见的端口号,端口号的分类范围Well-known端口：0-1023注册端口： 1024-49151动态或私有端口：49152-65535,源/目的端口号,应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用的且大于1023；目的端口号为服务器端应用服务的进程。如telnet为23。,主机 B,确认和超时重传,TCP的工作过程,Seq序列号标识该数据段在已发送数据流中的位置Ack应答发送方通过返回一条消息来验证数据已被接收,1028,23,DP.,101,Seq.,301,Ack.,SP.,客户端A,服务器B,流量控制与滑动窗口机制 TCP实体在端设备中为每个连接开设两个缓冲区，一个是接收缓冲区，用来接收对方发送来的数据。第二个是发送缓冲区，TCP实体从应用进程接收数据，存贮在发送缓冲区。,Window size = 3发送 2,发送方,Window size = 3发送 3,第三个数据段被丢弃,Window size = 2发送 4,Window size = 2发送 3,ACK 5Window size = 2,接收方,Window size = 3发送 1,Window大小为发送方或接收方的缓存大小。,TCP滑动窗口,8字节,UDP应用在对延时比较敏感或不要求确认的数据传输时。,UDP 段格式UDP提供的是一种无连接服务，因而它的服务同样是不可靠的。这种服务不用确认、不对报文排序、也不进行流量控制。,网络层,网络层也叫Internet层负责将分组报文从源端发送到目的端 ，提供的是无连接、不可靠的服务。网络层作用为网络中的设备提供逻辑地址负责数据包的寻径和转发 互联层定义了正式的数据分组和协议，即IP协议 包括一些控制协议如ICMP互联网控制报文协议、地址解析协议ARP等。,IP协议,IP：IP协议的主要任务是对数据包进行寻址和路由选择，并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数据包前都加入了一个控制信息，其中包含了源主机IP地址和目的主机IP地址等信息。,IP数据包格式,IP是一个无连接的协议，即主机之间事先不需建立用于可靠通信的端到端连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去。这样数据包在传输途中可能会丢失、重复、或者次序发生混乱。因此，还必须要依 靠高层的协议（如TCP协议）或应用程序实现数据包的可靠传输。 IP协议提供是无连接的、不可靠、尽力而为的服务。,IP数据包格式,版本：IPv4、IPv6（目前主流为IPv4）IP：32bit表示的逻辑地址TTL:生存周期，每经过一次路由减，TTL值为丢弃该数据包,ICMP(网际控制报文协议),ICMP协议的主要作用是为IP协议提供差错报告。由于IP是无连接的，且不进行差错检验，当网络上发生错误时它不能检测错误。向发送IP数据包的主机汇报错误就是ICMP的责任。主要用途:测试目的端的可达性(ping)测试到达目的端的路径 (tracert,pathping,traceroute,扩展ping)注意:封装成IP数据包再传给下一层,网际主机组管理协议(Internet Group Management Protocol，IGMP),点到多点的数据包传输依靠网际主机组管理协议IGMP,ARP(地址解析协议Address Resolution Protocol ),ARP作用负责将已知IP地址解析为MAC地址ARP工作过程ARP请求报文：广播ARP应答报文：单播RARP协议负责将已知MAC地址解析为IP地址,ARP(地址解析协议),ARP的作用：将IP地址解析为MAC地址,反向ARP,RARP的作用：将MAC地址解析为IP地址 它广泛用于获取无盘工作站的IP地址。,“盘”指的是硬盘。 无盘工作站的原理就是在网内有一个系统服务器，这台系统服务器上除了有它本身运行所需的操作系统外还需要有一个工作站运行所需的操作系统。无盘工作站的机箱中没有硬盘，其它硬件都有（如主板、内存等），而且无盘工作站的网卡必须带有可引导芯片（一般网卡没有，可引导芯片可以买到）。在无盘工作站启动时网卡上的可引导芯片从系统服务器中取回所需数据供用户使用。 简单点一句话就是，无盘工作站其实就是把硬盘和主机分离，无盘工作站只执行操作不执行存储。,3.4 OSI与TCP/IP参考模型的比较,3.4.1 共同点采用了协议分层方法，将庞大且复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题。各协议层次的功能大体上相似，都存在网络层、传输层和应用层。两者都可以解决异构网的互连，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信。两者都是计算机通信的国际性标准，虽然这种标准一个(OSI)原则上是国际通用的，一个(TCP/IP)是当前工业界使用最多的。,3.4.2 OSI和TCP/IP的主要缺点OSI模型和协议都存在缺陷 某些功能的重复出现 结构和协议复杂TCP/IPTCP/IP参考模型没有明显的接口、服务和协议等概念对已有的协议进行描述，不是通用，并且不适合描述除TCP/IP参考模型之外的其他的任何协议主机-网络层，只是一个接口TCP/IP参考模型不区分物理层和数据链路层,3.4.3 一种建议的参考模型,小 结,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。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。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。OSI参考模型TCP/IP参考模型,课程议题,OSI七层参考模型TCP/IP模型IEEE802标准,常见IEEE802标准,IEEE 802.1 通用网络概念及网桥等IEEE 802.2 逻辑链路控制等IEEE 802.3CSMA/CD访问方法及物理层规定IEEE 802.4ARCnet总线结构及访问方法，物理层规定IEEE 802.5Token Ring访问方法及物理层规定等IEEE 802.6 城域网的访问方法及物理层规定IEEE 802.7 宽带局域网IEEE 802.8 光纤局域网（FDDI）IEEE 802.9 ISDN局域网IEEE 802.10 网络的安全IEEE 802.11 无线局域网,课程回顾,OSI七层参考模型TCP/IP模型IEEE802标准,OSI参考模型以及两个通信实体之间的通信分层结构,OSI参考模型的基本思想:,网络中各节点具有相同的层次；不同节点的同等层具有相同的功能；同一节点内相邻层之间通过接口通信；每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。,两个通信实体之间的层次结构,OSI/RM的最高层为应用层，面向用户提供应用服务；最低层为物理层，连接通信媒体实现数据传输。层与层之间的联系是通过各层之间的接口来进行的，上层通过接口向下层提出服务请求，而下层通过接口向上层提供服务。,谢 谢!,