网络工程2.1网络基础

第二章第二章 组建局域网组建局域网 2.1 计算机网络基础计算机网络基础2.2 局域网组网方法局域网组网方法2.3 通信协议通信协议2.4 虚拟局域网虚拟局域网2.1.1 网络协议网络协议2.1.2 网络体系结构网络体系结构2.1.3 网络传输介质网络传输介质2.1.4 网络拓扑结构网络拓扑结构2.1.5 网络传输技术网络传输技术2.1.6 多路复用技术多路复用技术2.1.7 网络交换技术网络交换技术 2.1 计算机网络基础计算机网络基础 网络协议三要素：网络协议三要素：1.语法，规定通信双方语法，规定通信双方 “ 如何讲如何讲 ” ，即对通信，即对通信双方采用的数据格式、编码等进行定义；双方采用的数据格式、编码等进行定义；2.语义，确定通信双方语义，确定通信双方 “ 讲什么讲什么 ” ，即对发出，即对发出的请求、执行的动作及对方的应答作出解释；的请求、执行的动作及对方的应答作出解释；3.时序，确定通信双方的时序，确定通信双方的 “ 讲话次序讲话次序 ” ，即事，即事件实现顺序的详细说明。件实现顺序的详细说明。2.1.1 网络协议网络协议在计算机网络实践中，在计算机网络实践中， “ 层次层次 ” 这个概念是这个概念是无处不在的。了解网络体系结构，尤其是无处不在的。了解网络体系结构，尤其是 TCP/IP协议，是网络工程师的一项基本功，这对于我们协议，是网络工程师的一项基本功，这对于我们今后的网络方案设计，特别是异构网络组网工程今后的网络方案设计，特别是异构网络组网工程，具有非常重要的指导意义。，具有非常重要的指导意义。 2.1.2 网络体系结构网络体系结构一、网络体系结构概念一、网络体系结构概念 网络体系结构描述了网络系统各个部分完成网络体系结构描述了网络系统各个部分完成那些功能、各部分之间的关系以及它们是怎样连那些功能、各部分之间的关系以及它们是怎样连接在一起的。概括的讲，网络体系结构是指整个接在一起的。概括的讲，网络体系结构是指整个网络系统的逻辑结构和功能分配。网络系统的逻辑结构和功能分配。网络体系结构的基本原则是：把应用程序和网网络体系结构的基本原则是：把应用程序和网络通信管理程序分开，并按信息在网络中传输的过络通信管理程序分开，并按信息在网络中传输的过程把通信管理程序分为若干个模块，把专用的通信程把通信管理程序分为若干个模块，把专用的通信接口转变为通用的、标准的通信接口。网络体系结接口转变为通用的、标准的通信接口。网络体系结构将网络的功能模块化、接口标准化，这样就会使构将网络的功能模块化、接口标准化，这样就会使网络具有更大的灵活性，使网络系统的建设、扩展网络具有更大的灵活性，使网络系统的建设、扩展和改造工作大大简化，使网络系统的运行和维护成和改造工作大大简化，使网络系统的运行和维护成本降低，也会使网络系统的性能得到提高。本降低，也会使网络系统的性能得到提高。 在层次化的网络体系结构中通信是分层进行在层次化的网络体系结构中通信是分层进行的，互相通信的两个系统必须具有相同的层次结的，互相通信的两个系统必须具有相同的层次结构，并且相应的层必须执行相同的通信协议。构，并且相应的层必须执行相同的通信协议。 二、分层的网络体系结构二、分层的网络体系结构第 N+1层第 N-1层实体 1实体 n第 N层第 N+1层第 N-1层实体 1实体 n第 N层对等实体对等层分层的网络体系结构分层的网络体系结构三、网络体系结构实例三、网络体系结构实例 1.ISO/OSI开放式网络体系结构开放式网络体系结构ISO/OSI开放式网络体系结构一般称为开放式网络体系结构一般称为ISO/OSI参考模型，它是由国际标准化组织于参考模型，它是由国际标准化组织于 1977年提出的，目的是为了使不同厂家生产的不同型年提出的，目的是为了使不同厂家生产的不同型号计算机能相互通信。号计算机能相互通信。会话层应用协议 (APDU)传输层网络层数链层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数链层物理层应用层表示层表示协议 (PPDU)会话协议 (SPDU)传输协议 (TPDU)网络层数链层物理层网络层数链层物理层主机 A 主机 Bpacket packetframe framebits bits2.TCP/IP的体系结构的体系结构TCP/IP起始于起始于 20世纪世纪 70年代中期，为了实现异年代中期，为了实现异种网之间的互连和互通，美国国防部高级研究计划种网之间的互连和互通，美国国防部高级研究计划署署 ARPA资助网络互连技术的研究开发，于资助网络互连技术的研究开发，于 1977年到年到1979年推出了年推出了 TCP/IP体系结构和协议规范，并从体系结构和协议规范，并从1980年开始将年开始将 ARPANET上的计算机转换为上的计算机转换为 TCP/IP协协议，并以它为主干建立了议，并以它为主干建立了 Internet。 所以所以 TCP/IP是是Internet的核心协议。经过的核心协议。经过 20年的发展，年的发展， TCP/IP已已经成为一种可靠的实现多厂商计算机互连的协议。经成为一种可靠的实现多厂商计算机互连的协议。 TCP/IP协议体系协议体系应用层传输层网络层网络接口层主机主机 A应用层传输层网络层网络接口层主机主机 B应用协议 (APDU)传输协议 (TPDU)网络层接口层网络层接口层packet packetframe frameTCP/IP与与 ISO/OSI的模型对比的模型对比物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层网络接口层互联网层传输层应用层TCP/IP模型的重要分界线模型的重要分界线硬件网络接口层IP层传输层应用层软件分界线地址分界线应用软件系统软件（操作系统内部）使用 IP地址使用 物理 地址3.IEEE 802参考模型参考模型 在在 20世纪世纪 80年代初期，年代初期， IEEE 802委员会首先制委员会首先制定出局域网的体系结构，这就是著名的定出局域网的体系结构，这就是著名的 IEEE 802参参考模型。由于局域网只是一个计算机通信网，而且考模型。由于局域网只是一个计算机通信网，而且局域网不存在路由选择问题，因此它不需要网络层局域网不存在路由选择问题，因此它不需要网络层，只有最底的两个层次。然而局域网的种类繁多，只有最底的两个层次。然而局域网的种类繁多，为了使局域网的数据链路层不至于过于复杂，提出为了使局域网的数据链路层不至于过于复杂，提出将局域网的数据链路层划分为两个子层：介质访问将局域网的数据链路层划分为两个子层：介质访问控制（控制（ MAC） 子层和逻辑链路控制（子层和逻辑链路控制（ LLC） 子层，而子层，而网络的服务访问点网络的服务访问点 SAP则在则在 LLC层与高层的交界面上层与高层的交界面上。 IEEE 802参考模型参考模型逻辑链路控制子层 LLC介质访问控制子层 MAC物 理 层服务访问点 SAP一、基本概念一、基本概念传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是网络通信中传送信息的实际载体。也是网络通信中传送信息的实际载体。网络中常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆网络中常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤以及无线通信。不同的传输介质对网络通信、光纤以及无线通信。不同的传输介质对网络通信质量的影响不同，主要体现在：物理特性、传输特质量的影响不同，主要体现在：物理特性、传输特性、连通性、抗干扰性以及传输距离。性、连通性、抗干扰性以及传输距离。 2.1.3网络传输介质网络传输介质二、传输介质二、传输介质1同轴电缆同轴电缆 2 双绞线双绞线 常见设备之间的双绞线连接常见设备之间的双绞线连接3 光纤光纤 4 无线传输介质无线传输介质无线传输介质不使用电或光的导体传输信号，无线传输介质不使用电或光的导体传输信号，而是利用大气的电磁波传输信号。信号的发送和接而是利用大气的电磁波传输信号。信号的发送和接收是通过天线完成的，发送时天线将电磁波能量发收是通过天线完成的，发送时天线将电磁波能量发射到介质中；接收时天线从周围介质中收集电磁波射到介质中；接收时天线从周围介质中收集电磁波。无线通信一般有两类天线：定向天线和全向天线。无线通信一般有两类天线：定向天线和全向天线。 一、基本概念一、基本概念网络拓扑结构是指网络中各个站点之间的连接网络拓扑结构是指网络中各个站点之间的连接方式。物理拓扑结构描述了网络硬件的实际布局，方式。物理拓扑结构描述了网络硬件的实际布局，逻辑拓扑结构描述了网络中各个节点间的信息流动逻辑拓扑结构描述了网络中各个节点间的信息流动方式。需要注意的是，网络拓扑结构是决定网络工方式。需要注意的是，网络拓扑结构是决定网络工作环境和条件的主要因素。作环境和条件的主要因素。 2.1.4网络拓扑结构网络拓扑结构二、网络拓扑结构及应用二、网络拓扑结构及应用 总线型 环型 树型网状型 星型 混合型1 总线型总线型总线型拓扑结构的特点是：结构简单灵活，便总线型拓扑结构的特点是：结构简单灵活，便于扩充，设备量少，价格低，安装使用方便。随于扩充，设备量少，价格低，安装使用方便。随着以太网的普及，总线型拓扑结构曾经是着以太网的普及，总线型拓扑结构曾经是 20世纪世纪70年后期到年后期到 90年代中期风靡一时的网络拓扑结构年代中期风靡一时的网络拓扑结构，是早期以太网的代表作。其缺点是：，是早期以太网的代表作。其缺点是： “ 一条直一条直线走到黑线走到黑 ” ，使得网络规模、距离、网络布线施，使得网络规模、距离、网络布线施工大受限制。工大受限制。 2 环状拓扑环状拓扑环形网的特点是：信息在网络沿固定方向流动环形网的特点是：信息在网络沿固定方向流动，两个节点间仅有唯一的通路，大大简化了路径，两个节点间仅有唯一的通路，大大简化了路径选择的控制；当某个节点发生故障时，可以自动选择的控制；当某个节点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高；由于信息是串行穿过多个节旁路，可靠性较高；由于信息是串行穿过多个节点环路接口，当节点过多时，影响传输效率，使点环路接口，当节点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长，但当网络确定时，其延时固网络响应时间变长，但当网络确定时，其延时固定，实时性强；由于环路封闭，扩充不方便。定，实时性强；由于环路封闭，扩充不方便。 3 星型拓扑星型拓扑星型拓扑结构的特点是：高度集中控制易于网星型拓扑结构的特点是：高度集中控制易于网络管理、网络的通信量、报告错误信息、监测和络管理、网络的通信量、报告错误信息、监测和诊断网络故障；容易扩展。但这种拓扑结构费用诊断网络故障；容易扩展。但这种拓扑结构费用比较高，；中央节点成为全网的关键设备，如果比较高，；中央节点成为全网的关键设备，如果中央节点发生故障，整个网络就不能工作，因此中央节点发生故障，整个网络就不能工作，因此要求中央节点具有较高的可靠性和冗余度以及较要求中央节点具有较高的可靠性和冗余度以及较高的数据处理能力，这无形中又增加了费用。高的数据处理能力，这无形中又增加了费用。 4 树型拓扑树型拓扑树型拓扑结构的特点是：易于扩展，当需要加树型拓扑结构的特点是：易于扩展，当需要加入一个新的节点时，只需在最底层的节点上再加入入一个新的节点时，只需在最底层的节点上再加入一个分支；故障隔离容易，当一个分支节点发生故一个分支；故障隔离容易，当一个分支节点发生故障时，整个树型网络分成了两个独立的树型网络，障时，整个树型网络分成了两个独立的树型网络，这是很容易将故障节点与整个网络分开。这是很容易将故障节点与整个网络分开。 5 网状拓扑结构网状拓扑结构网状拓扑结构的特点是：具有很高的可靠性，因网状拓扑结构的特点是：具有很高的可靠性，因为任何两个节点之间都有多条路由。当两个节点之为任何两个节点之间都有多条路由。当两个节点之间的直接路由出现故障时，这两个节点仍可通过第间的直接路由出现故障时，这两个节点仍可通过第三个节点迂回路由进行通信。迂回路由的另一个作三个节点迂回路由进行通信。迂回路由的另一个作用是可以分担网络流量，当两个节点之间通信量过用是可以分担网络流量，当两个节点之间通信量过大时，可以分担一部分通信量到迂回路由上。但这大时，可以分担一部分通信量到迂回路由上。但这种网状结构安装费用高，不易维护和管理。对于一种网状结构安装费用高，不易维护和管理。对于一般企业应用来说，没有必要花费过多的财力和人力般企业应用来说，没有必要花费过多的财力和人力来获得如此高的可靠性，所以网状拓扑大多应用在