CCNA考点分析与归纳总结

2022/12/81OSI参考模型网络互连基础知识国际标准化组织(ISO)和开放系统互连(0SI)0SI参考模型数据封装与0SI参考模型网络设计的分层模型第一页，共66页。2022/12/82网络互连基础知识当用路由器将两个或多个LAN或WAN连接起来，并用协议(如IP)配置逻辑网络寻址方案时，就创建了一个互联网络。网络分段（大的网络划分为一些小的网络）？因为随着网络规模的不断增长，会使LAN的通信量出现阻塞路由器、交换机和网桥来实现网络分段。引起LAN通信量出现阻塞的可能原因如下：在一个广播域中有太多的主机广播风暴组播低的带宽第二页，共66页。2022/12/83网络互连基础知识路由器被用来连接各种网络，并将数据包从一个网络路由到另一个网络。路由器用来分隔广播域（每个端口都提供单独的广播域），路由器也分隔冲突域。在网络中使用路由器有两个好处：默认时路由器不会转发广播路由器可以根据第3层(网络层)(比如IP地址)对网络进行过滤。第三页，共66页。2022/12/84网络互连基础知识冲突（collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏。冲突域（collisiondomain）一个支持共享介质的网段。广播域(broadcastdomain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器（具有三层交换功能的交换机）来设定边界（因为router不转发广播）。第四页，共66页。2022/12/85网络互连基础知识集线器：所有设备在同一冲突域所有设备在同一广播域所有设备共享相同的带宽ABCD物理层第五页，共66页。2022/12/86网络互连基础知识交换机和桥每段有自己的冲突域所有的段都在同一广播域数据链路层或123124第六页，共66页。2022/12/87网络互连基础知识集线器桥交换机路由器冲突域1444广播域1114第七页，共66页。2022/12/88网络互连基础知识设备冲突域广播域集线器所有端口处于同一冲突域所有端口处于同一广播域网桥每个端口处于同一冲突域所有端口处于同一广播域交换机每个端口处于同一冲突域可配置的（划分VLAN）广播域路由器每个端口处于同一冲突域每个端口处于同一广播域冲突域、广播域的比较第八页，共66页。2022/12/89OSI参考模型OSI：开放系统互联（OpenSystemInterconnect）第九页，共66页。2022/12/810

物理层在物理媒体上传输原始数据比特流：为在物理媒体上建立、维持和终止传输比特流的物理连接提供机械、电气、功能和过程的手段用什么样的脉冲信号来表示数字“0”和“1”

？编码物理层还包括网络接口卡、网络连接和网络的拓扑结构第十页，共66页。2022/12/811编码01001100011

时钟NRZManchester差分Manchester第十一页，共66页。2022/12/812网卡

网络接口卡（NIC），又称网络适配器(NIA），用于实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。

网卡完成物理层和数据链路层的大部分功能，包括网卡与网络电缆的物理连接、介质访问控制（如：CSMA/CD）、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、数据信号的编/解码（如：曼彻斯特代码的转换）、数据的串、并行转换等功能。在每块网卡上都有一个全球唯一的MAC地址（硬件地址、物理地址），该地址被固化在网卡的ROM中。MAC地址是一个48位地址，分为两部分，前24位表示网卡制造厂家的标识号（VendorCode），由IEEE统一分配。后24位是网卡的系列号，由网卡的生产厂家分配第十二页，共66页。2022/12/813物理拓扑结构第十三页，共66页。2022/12/814数据链路层帧同步：将比特组合成协议数据单元：帧（frame)通过校验、确认和反馈重传手段将原始的物理连接改造成无差错的数据链路流量控制：防止发送方过快以致接收方来不及处理媒介访问控制（MAC）方法竞争方式令牌传递轮询方式帧的开始地址帧类型或长度数据帧校验帧的结束第十四页，共66页。2022/12/815网络层网络层：桥梁把网络层的数据作为不同网络间交换的数据单元来传递第十五页，共66页。2022/12/816网络层逻辑地址提供分层结构的网络路由选择路由表目标网络端口距离124S0S0E01001.3E04.3S02.2E02.1S04.14.21.11.2路由表目标网络端口距离124E0S0S0001第十六页，共66页。2022/12/817运输层两种传输协议：有面向连接的TCP和无连接的UDP复用、分用为高层用户提供端到端的可靠数据服务（TCP）端到端的差错控制和流量控制拥塞控制分段第十七页，共66页。2022/12/818运输层复用：从多个应用进程获取数据,用首部(便于随后的分用)封装数据复用/分用:基于发送方,接收方的端口号,IP地址源,目的端口#s存在于每个段中目的端口用于特定应用的常用端口号（well-knownportnumber）源端口

#宿端口

#32bits应用层数据(报文)其他首部字段TCP/UDP段格式第十八页，共66页。2022/12/819运输层segment（段）-传输层实体间交换数据的单位TPDU:传输层数据单元分用:

将接收到的段传递给正确的应用层进程applicationtransportnetworkMP2applicationtransportnetworkHtHnsegmentMapplicationtransportnetworkP1MMMP3P4segmentheaderapplication-layerdatareceiver第十九页，共66页。2022/12/820OSI的其它层会话层:在应用程序间建立会话、管理会话、终止会话。表示层：各种类型的数据在不同的计算机中表示方式各不相同。为高层用户提供统一的数据和信息的语法表示形式翻译数据格式、数据压缩、数据加密应用层：最高层，用户与计算机进行实际通信的地方例：IE文件传送、电子邮件、虚拟终端第二十页，共66页。2022/12/821主机相关的层和数据传输相关的层网络传输传输层数据链路层网络层物理层主机系统

会话层表示层应用层第二十一页，共66页。2022/12/822传输层数据链路层物理层网络层UpperLayerDataUpperLayerDataTCPHeaderDataIPHeaderDataLLCHeaderDataMACHeader表示层应用层会话层数据段数据包比特流数据帧FCSFCSPDUOSI参考模型中数据封装第二十二页，共66页。2022/12/823OSI参考模型中数据解封装UpperLayerDataLLCHdr+IP+TCP+UpperLayerDataMACHeaderIP+TCP+UpperLayerDataLLCHeaderTCP+UpperLayerDataIPHeaderUpperLayerDataTCPHeader传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层第二十三页，共66页。2022/12/824数据在网络中的传输过程第二十四页，共66页。2022/12/825网络设计的分层模型DistributionLayer汇聚层CoreLayer核心层AccessLayer访问层第二十五页，共66页。2022/12/826访问层特性终端设备到网络的接入点分隔冲突域MAC地址的过滤访问层第二十六页，共66页。2022/12/827DistributionLayer汇聚层Accessaggregationpoint访问层的汇接Workgroupservicesaccess部门或工作组之间的互访Broadcastdomainsdefinition广播域的隔离InterVLANroutingVLAN间路由Mediatranslation介质转换Security安全DistributionLayer第二十七页，共66页。2022/12/828核心层特性高速传送数据提供到广域网(WAN)的连接核心层第二十八页，共66页。2022/12/829以太网以太网的历史与发展DIX与IEEE802.3以太网原理以太网的帧格式10Mbit/s以太网的家族成员快速以太网吉比特以太网以太网双绞线的连线顺序第二十九页，共66页。2022/12/830以太网的历史LAN、MAN、WANLAN的主要技术特点（应用角度）覆盖有限的地理范围高传输速率10Mbps～1000Mbps低误码率 10-8～10-10

为一个单位所拥有采用总线、星形、环形拓扑双绞线、同轴电缆、光纤介质访问控制方法：共享(随机，受控）与交换决定局域网特性的主要技术要素：网络拓扑、传输介质和介质访问控制方法以太网（Ethernet)

目前，以太网占据了整个局域网90%左右的份额，而且随着万兆以太网标准的制定和相关产品的推出，以太网在传输速度上的优势越来越明显，再加上以太网固有的良好兼容性、升级的平滑性等特点，以太网的应用前景会更加广泛。hubhubhubSwitchServerstationstationsstations第三十页，共66页。2022/12/831Ethernet的历史发展Ethernet的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHA；70年代，Xerox公司开始Ethernet实验网的研究，宣布了Ethernet产品；80年代初，Xerox、DEC与Intel联合宣布EthernetV2.0规范；在此基础上，IEEE802工作组于1982年制定了第一个IEEE的以太网标准（编号为802.3）；90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高；目前，交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。第三十一页，共66页。2022/12/832DIX与802.3IEEE802

局域网的发展需要，1980年2月成立IEEE802委员会，制定了一系列局域网标准，称为IEEE802标准。它在OSI/RM、TCP/IP（广域网）之后。局域网不用网络层。IEEE802委员会制定的标准被ISO采用为ISO8802。分层

按IEEE802标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控制子层（MAC-MediaAccessControl）和逻辑链路子层LLC(LogicalLinkControl)组成第三十二页，共66页。2022/12/833应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型传输媒体物理层物理层传输媒体MAC子层LLC子层MAC子层LLC子层高层协议IEEE802.2局域网参考模型高层协议高层协议DIX与802.3第三十三页，共66页。2022/12/834OSI/RM的物理层与局域网模型的物理层相当OSI/RM的数据链路层与局域网模型的LLC+MAC相当LLC层与传输介质无关，适合各种类型的局域网MAC层与传输介质有关，它和网络的拓扑形式、传输介质的类型、介质的访问控制方式有直接关系LLC层的主要作用：为高层协议提供相应的接口，即一个或多个服务访问点，并进行流量和差错控制。

MAC层的主要作用：装/拆帧、地址识别和差错检测丢弃出错的帧）、管理和控制对传输媒体的访问IEEE802.3—CSMA/CD介质访问控制标准和物理层规范DIX和IEEE802.3都采用CSMA/CD工作机制说明：第三十四页，共66页。2022/12/835以太网原理-工作机制特点：站点独立工作、广播、共享物理信道、争用（MAC）

第三十五页，共66页。2022/12/836冲突(碰撞)Collision以太网上由于多台计算机争用传输介质，两台或以上计算机发出的信号在同一段介质上叠加，而引起的信号错误。CSMA/CD第三十六页，共66页。2022/12/837CSMA/CD局域网的特性：与帧传输时间相比，传播时间比较短站点能够马上知道其他站点的传输CSMA：载波侦听（先听后发）站点监听媒体,只有媒体空闲才可以发送数据.降低冲突概率.多路访问一个源节点发出的信息可同时到达多个站点仍然有可能多个站点同时开始发送数据,产生冲突第三十七页，共66页。2022/12/838？

既然每一个站在发送数据之前已经监听到信道为“空闲”，那么为什么还会出现数据在总线上的碰撞呢?电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。因此当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。

第三十八页，共66页。2022/12/839CSMA/CD-传播时延对载波监听的影响第三十九页，共66页。2022/12/840

由此可见，每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这一小段时间是不确定的，它取决于另一个发送数据的站到本站的距离。在发送数据帧后至多经过时间2τ就可知道所发送的数据帧是否遭受了碰撞。因此以太网的端到端往返时延2τ称为争用期，又称为碰撞窗口。一个站在发送完数据后，经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。如果发生了碰撞，发送数据的站就必须推迟一段时间重新发送。CSMA/CD-传播时延对载波监听的影响第四十页，共66页。2022/12/841CSMA/CD

如只发不听,那么要到最大往返延迟后才能够知道发送是否成功,大量的信道容量被浪费。

先听后发边发边听冲突停止延迟重发第四十一页，共66页。2022/12/842CSMA/CD-数据发送流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送JamN≥16?YesNoNoYes发送成功Yes发送失败No延迟随机时间NoYes发送帧碰撞次数N++第四十二页，共66页。2022/12/843

确定基本退避时间，一般取争用期（2τ）。定义参数k，它等于重传次数，但k不超过10。因此，k＝Min[重传次数，10]。从离散的整数集合[0，1，…，(2k-1)]中随机地取出一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。当重传达16次仍不能成功时(这表明同时打算发送数据的站太多，以致连续发生冲突)，则丢弃该帧，并向高层报告。没有遇到冲突的站点更有机会获得访问权CSMA/CD-二进制指数退避算法第四十三页，共66页。2022/12/844以太网帧的最短长度问题以太网帧的最短长度为64个字节，或者帧中的数据不得少于46个字节小于以上长度的帧或数据需要在帧中加入“填充数据(pad)”按以太网的标准最大长度2.5km计算，802.3标准将长度达到最大值的以太网两倍往返时延取为51.2μs5-4规则电磁信号在铜介质上的传播速率为1.9×108~2.4×108m/s保证在发送256bit所需的时间内使信号充满整个碰撞域保证最短长度的帧在发送完毕之前，必须能够监测到可能最晚来到的冲突信号第四十四页，共66页。2022/12/845Ethernet帧结构发送适配器将IP分组封装在以太网帧中(或其他网络层协议分组)Preamble（前导）:

8个10101010字节地址:6个字节,帧为某个LAN上的所有适配器接收，但只要地址不匹配就被丢弃。类型:说明其上层协议,大部分为IP，但其他协议如NovellIPX和AppleTalk也支持。CRC:在接收端校验,如果出错，则将该帧丢弃。第四十五页，共66页。2022/12/846802.3/Ethernetv2帧格式PA：前同步码-10101010序列，用于使接收方与发送方同步SFD：帧首定界--10101011DA：目的MAC地址；SA：源MAC地址LEN：数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B）Type：类型。高层协议标识(0X0800,上层使用IP)LLCPDU+pad--最少46字节,最多1500字节Pad：填充字段，保证帧长不少于64字节(若Data域≥46字节，则无Pad)FCS：帧校验序列（CRC-32）866246-15004字节

FCSSATypePADADataPadEthernetIEEE802.3

712/62/6246-15004字节FCSPASALENSFDDALLCPDUPad

校验区间64-1518字节第四十六页，共66页。2022/12/84710Mbit/s以太网的家庭成员10Base5粗同轴10Base2细同轴10BaseT双绞线10BaseFMMF数据率（Mbps）Base基带段最大长度（百米）或介质类型（T，F，X）10

Base

5第四十七页，共66页。2022/12/84810BASE5粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强收发器：发送/接收,冲突检测,电气隔离AUI：收发器电缆的正式名称转发器/中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。最大段长度500米，5段每段最多站点数100两站点间最小距离2.5米网络最大跨度2.5公里

BNC端子收发器AUI电缆NICVampiretap

粗缆第四十八页，共66页。2022/12/84910BASE2细同轴电缆。收发器安装在网卡上，BNCT型接头连接总线型拓扑细缆BNC接头NIC段最大长度185m，5段每段最多站点数30两站点间最短距离0.5m网络最大跨度925m第四十九页，共66页。2022/12/85010BASET双绞线介质（UTP）以Hub（集线器）为中心节点。Hub－多端口转发器。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。转发器/中继器/HUB——物理层设备(工作在物理层)。NIC段最大长度100m第五十页，共66页。2022/12/851推动局域网技术发展的因素个人计算机的广泛应用；在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；从理论上讲，一台微通道或EISA总线的微型机能产生大约250Mb/s的流量；基于Web的Internet/Intranet应用也要求更高的带宽；在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。第五十一页，共66页。2022/12/852传统共享式局域网的缺点传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、TokenRing、TokenBus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质；每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。第五十二页，共66页。2022/12/853高速局域网的研究方法第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mb/s→100Mb/s→1Gb/s；第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”，导致了“交换式局域网”技术的发展。第五十三页，共66页。2022/12/854快速以太网（FastEthernet）IEEE802.3u相同点（与10Mbit/s以太网相比）：帧格式、帧长度、访问控制机制（CSMA/CD）不同点（与10Mbit/s以太网相比）：数据传输速率为100Mb/s；信号编码不同，对于三种不同的物理层标准分别是：100Base-TX：信号编码MLT-3编码方式，2对双绞线，网段最大电缆长度100米（非系统跨距），100Base-FX：信号编码为4B/5B-NRZI，光纤，最大媒体段MMF可达2公里（非系统跨距），SMF更长（全双工）100Base-T4：信号编码为8B/6T4对3类UTP双绞线，其中3对用于数据传输，1对用于冲突检测

10/100Mbps自动协商？碰撞域范围（跨距）I类中继器、II类中继器交换技术、全双工技术：支持第五十四页，共66页。2022/12/855自动协商自动协商（Auto-Negotiation):网络设备间相互确定对方的能力，并把自己自动设置成双方共同支持的功能状态,适用于RJ-45连接器的双绞线链路。速率、双工模式快速链路脉冲(FLP,FastLinkPulse)信号803.u有关自动协商标准：10BESE-T传统设备(指不支持自动协商协议的设备)在连接之前将持续发送NLP(NormalLinkPulse)信号。100BASE-T传统设各在连接之前将持续发送FastEthernetIDLE信号。10/100Mbit/s自动协商设备在连接之前将持续发送FLP信号。如果自动协商设备测到NLP进来，它将以10Mbit/s半双工连接。如果自动协商设备测到FastEthernetIDLE进来，它将以100Mbit/s半双工连接。例：第五十五页，共66页。2022/12/8561Gbps以太网

吉比特以太网的标准802.3有以下几个要点：允许在1Gbit/s下全双工和半双工两种方式工作。使用802.3协议规定的帧格式。在半双工方式下使用CSMA/CD协议(全双工方式不需要使用CSMA/CD协议)。载波延伸？速率为1000Mbit/s,发送512bit所消耗的时间是512ns,考虑转发设备的延迟，相应的碰撞域范围大约在30m左右。

FCSSALENGTHPreambleDAData载波延伸

MAC帧的最小值=64字节加上载波延伸使MAC帧长度=争用期长度512字节第五十六页，共66页。2022/12/8571Gbps以太网-体系结构和功能模块

MAC子层，半双工或全双工千兆介质专用接口（GMII）8B/10B编码/译码非屏蔽铜缆编/译码1300nm长波光纤激光器激光器780nm短波激光器非屏蔽铜缆收发器单模光纤2~10KM50um或62.5um多模光纤200~550m非屏蔽双纤线25~100m全双工链路支持200m~10km链路距离半双工中继器支持200m网络跨距短屏蔽铜缆收发器短屏蔽铜缆25M第五十七页，共66页。20