网络基础.docx
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网络基础
网络用语
A
♦ARP地址解析协议（AddressResolutionProtocol）
RARP反向地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol）
♦ATM异步传输模式（AsynchronousTransferMode）
B
♦BRI基本速率接口（2B+D）（BasicRateInterface）
C
♦CIR承诺的信息速率
♦CSMA/CD载波侦听与冲突检测
♦CSU/DSU信道服务单元/数据服务单元
∙CSU是一种设备，能够把局域网通信系统的数据帧转化成适合广域网使用的数据帧，或反向转化
∙DSU是一种设备，能够对通信线路进行保护与故障诊断
这两种设备典型的应用就是组合成一个独立的单元，实际上就是组合成一个既复杂又昂贵的调制解调器
D
♦DCE数据电路终接设备（DataCircuit_terminatingEquipmert）
如：
调制解调器、CSU/DSU
DTE数据终端设备（DataTerminalEquipment）
如：
路由器、计算机
♦DDN数字数据网（DigitalDateNetwork）
E
♦Ethernet以太网
F
♦FR帧中继（FrameRelay）
♦FTP文件传输协议（FileTransferProtocol）
I
♦ICMP互联网控制消息协议（InternetControlMessageProtocol）
♦IEEE电子和电气工程师协会
♦IP网际协议（InternetProtocol）
♦ISDN综合业务数字网
♦ISO国际标准化组织
L
♦LAN局域网（LocalAreaNetwork）
♦LAPB平衡型链路访问规程（X.25的数据链路层协议）
♦LAPDD信道链路访问规程（ISDN的数据链路层协议）
O
♦OSI开放系统互连参考模型（OpenSystemInterconnectReferenceModel）
P
♦PPP点到点协议（Point-To-PointProtocol）
♦PRI基群速率接口（30B+D）（PRIMERateInterface）
♦PSTN公共交换电话网（PublicSwitchedTelephoneNetwork）
Q
♦QoS服务质量（QualityofService）
S
♦SDH同步数字系列（SynchronousDigitalHierarchy）
♦SMTP简单邮件传输协议（SimpleMailTransferProtocol）
T
♦TCP传输控制协议（TransmissionControlProtocol）
♦Telnet虚拟终端协议
♦TokenBus令牌总线
♦TokenRing令牌环
♦Trunks中继线
♦Twistedpair双绞线
U
♦UDP用户数据报协议（UserDatagramProtocol）
W
♦WAN广域网（WideAreaNetwork）
网络的层次模型
OSI七层模型及其功能
七十年代末，ISO提出了开放系统互连参考模型，协议分层大大简化了网络协议的复杂性
网络协议按功能组织成一系列“层”，每一层建筑在它的下层之上，每一层的目的都是为上层提供一定的服务，屏蔽低层的细节。
1）物理层涉及到通信在信道上传输的原始比特流，它实现传输数据所需要的机械、电气、功能性及过程等手段。
2）数据链路层的主要任务是提供对物理层的控制，检测并纠正可能出现的错误，使之对网络层显现一条无错线路；并且进行流量调控。
3）网络层检查网络拓扑，以决定传输报文的最佳路由，其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。
4）传输层的基本功能是从会话层接受数据，并且在必要的时候把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。
5）会话层允许不同机器上的用户建立会话关系，在协调不同应用程序之间的通信时要涉及会话层，该层使每个应用程序知道其它应用程序的状态。
6）表示层关注于所传输的信息的语法和意义，它把来自应用层与计算机有关的数据格式处理成与计算机无关的格式。
7）应用层包含大量人们普遍需要的协议，并且具有文件传输功能。
其任务是显示接收到的信息，把用户的新数据发送到低层。
网络设备在层次模型中所处的位置
在分层模型中，只有对等层才能相互通信，即一方在某层上的协议是什么，对方在同一层次上也必须是什么协议。
1）两个网络在物理层就相同，使用中继器就可以互连
2）如果两个网络物理层不同，链路层相同，使用桥接器可以互连
3）如果两个网络物理层、链路层都不同，而网络层相同，使用路由器可以互连
4）如果两个网络协议完全不同，使用协议转换器（网关）可以互连
∙中继器（Repeater）工作在物理层，在电缆之间逐个复制二进制位（bit）
∙桥接器（Bridge）工作在链路层，在LAN之间存储和转发帧（frame）
∙路由器（Router）工作在网络层，在不同的网络之间存储和转发分组（packet）
∙协议转换器（Gateway）工作在三层以上，实现不同协议的转换
注：
Internet中通常把路由器也叫网关（Gateway）
OSI模型与TCP/IP协议的对应关系
TCP/IP协议的层次并不是按OSI参考模型来划分的，只跟它有一种大致的对应关系
1）网络层协议主要包括IP协议，实现IP包的封装和发送，分组路由和避免阻塞是这里的关键设计问题
2）传输层定义了两个端到端的协议：
TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）
3）TCP/IP不涉及会话层和表示层
4）应用层含有所有的高层协议，如Telnet（虚拟终端协议）、FTP（文件传输协议）和SMTP（电子邮件协议）
另有NOVELL公司的SPX/IPX协议以供参照
数据的封装
1）信息交换的过程发生在对等层之间，源系统中的每一层把控制信息附加在数据中，而目的系统的每一层则对接收到的信息进行分解，并从数据中移去控制信息。
2）高层的协议将数据传递到网络层后，形成标准的数据包，而后传送到数据链路层，添加链路层的控制信息，形成帧，再传递到物理层，在物理层网络传送原始的比特流。
TCP/IP协议
Protocols—网络设备用于交换信息的系列规则和约定
传输层协议
1）TCP（传输控制协议）是一个面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往到互联网上的其他机器
2）UDP（用户数据报协议）是一个不可靠的无连接的协议，用于不需要排序和流量控制能力而是自己完成这些功能的应用程序
网络层协议
1）IP协议，实现了IP包的封装和寻径发送。
它的功能是主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标，这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同。
2）TCP/IP的网络层还包括了ICMP（互联网控制消息协议）、ARP（地址解析协议）、RARP（反向地址解析协议）
ICMP
1）ICMP提供了错误报告和其它回送给源点的关于IP数据包处理情况的消息。
2）ICMP包含几种不同的消息，其中EchoRequest由Ping命令产生，主机可通过它来测试网络的可达性，EchoReply消息表示该节点是可达的。
ARP
1）ARP是一种广播协议，主机通过它可以动态地发现对应于一个特殊IP网络层地址的MAC层地址。
2）主机A发送的ARP请求报文中，带有自己的IP地址到MAC地址的映射。
主机B收到请求报文后，将其中的地址映射存到自己的ARP高速缓存中，并把自己的IP地址到MAC地址的映射作为响应发回主机A。
常见网络接口与线缆
典型网络模型
1）一个简单明了的网络模型：
一个局域网中的某个用户希望利用已有的公共网络资源，与远端的另一个局域网中的某台主机通信时，通过与本局域网相连的广域网边缘设备进入广域网，经由广域网到达与另一台主机所在的局域网相连的边缘设备，从而与目的主机之间建立通信。
2）常见的广域网边缘设备包括各类路由器、ATM接入交换机等等
3）广域网边缘设备的接口：
∙局域网接口（LAN）
∙广域网接口（WAN）
∙本地配置接口（CONSOLE）
局域网
LAN—是一个覆盖地理范围相对较小的高速容错数据网络，它包括工作站、个人计算机、打印机和其它设备
1）LAN为计算机用户提供了资源共享的设备访问，如打印、文件交换、电子邮件交换等等。
2）在这种环境中，LAN定义了一系列的协议支持局域网网络设备的顺利运行。
局域网和广域网区别有如下三个方面的特征：
1）范围—LAN一般覆盖的范围较小，通常是处于同一建筑或方圆几公里以内的专用网络
2）传输技术—LAN通常使用这样一种传输技术，所有的机器连接到一条电缆上，通过广播的方式进行通信
3）拓扑结构
常用设备
局域网类型
局域网的拓扑结构
1）网络拓扑结构是逻辑结构，是指网络的工作方式，和相互连接的设备的物理网络布局没有必然的关系。
如逻辑总线型和环型拓扑结构通常表现为星型的物理网络布局。
2）广播式LAN有多种拓扑结构，一般多数网络使用以下两种：
∙总线型网络—突出的例子就是以太网（Ethernet）和令牌总线网（TokenBus）。
这种网络中，任意时刻都只有一台机器是主站并可进行发送，其他机器则不能发送。
当两台或更多机器都想发送信息时，就需要一种仲裁机制来解决冲突，这种机制可以是集中式的，也可以是分布式的。
不同的网络使用的机制和实现方法不尽相同。
∙环网—突出的例子就是IBM令牌环网（TokenRing）。
在环中，每个字节独自在网内传播而不必等待他所在分组里的其他字节。
也需要某种机制来仲裁对网络的同时访问。
另外，目前正迅速发展的交换式LAN采用了星型拓扑结构
3）LAN的传输形式一般以总线型为主，最常见的以太网采用了CSMA/CD（载波侦听与冲突检测）协议以支持总线型的结构。
以太网原理
1）基于广播的以太网中，所有的计算机都可以接收到发送到网上的广播帧，每个计算机都要经过判断确认信息帧是否是发给自己的，如是，则转到高层的协议层去。
2）采用了CSMA/CD（载波侦听与冲突检测）协议的以太网中，计算机在发送数据之前，要侦听网络是否空闲。
如果某时刻有两个或者更多的分组发生冲突，则检测到冲突欲发送数据的计算机必须要等待一段时间（即“回退”），然后再次试图发送。
只有在网络不阻塞时，计算机才能发送数据。
3）随着同一网络上计算机数目的增加，以太网的效率会降低。
同时，随着网络带宽的增大和电缆长度的增大，在帧长度不变的条件下以太网的效率也会降低。
以太网的物理接口类型
1）以太网是一种基于总线型拓扑结构的网络，使用分布式仲裁机制来解决冲突。
速度有10Mbps、100Mbps和1000Mbps三种
2）IEEE802.3制定了以太网的各项标准和规范
10M以太网
1）10Mbps以太网即标准以太网，由IEEE802.3标准定义，同一公共通信信道上的所有用户共享这个带宽，这个公共信道称为总线。
在交换式LAN中，每个交换式端口都是一个以太网总线，采用星型拓扑结构。
这种连接方式下将有可能提供全双工的连接，此时，将提供20Mbps的总带宽。
2）根据IEEE802.3的规定，10M以太网目前广泛使用的接口标准有
∙10Base-T是目前使用最广泛的10M以太网接口标准，使用双绞线作为物理传输介质。
它的显著优势就是易于扩展，维护简单，价格低廉，一
个集线器加上几根10Base-T电缆，就能构成一个实用的小型局域网；缺点是：
电缆的最大有效传输距离是距集线器100m，即使
是高质量的5类双绞线也只能达到150m。
∙10Base-2曾经广泛应用于主干局域网，使用细同轴电缆作为物理传输介质，接头采用工业标准的BNC连接器组成T型插座，使用灵活，可靠
性高，价格也较便宜，网段长度最长为200米，最多段数为30，每一段内仅能使用30台计算机。
∙10Base-5使用粗同轴电缆作为物理传输介质，采用插入式分接头，工作速率为10Mb/s，采用基带信号，网段长度最长为500m，最多段数为100。
10Base5粗同轴电缆线径较粗，不易弯曲，安装非常不便。
3）10Base-T的物理介质有：
3类双绞线、4类双绞线、5类双绞线、超5类双绞线、6类双绞线
a）双绞线均为8芯电缆，收发各由两条拧在一起并相互绝缘的铜线组成（两条线拧在一起可以减少线间的电磁干扰）。
有屏蔽与非屏蔽之分，双绞线的类型由单位长度内的绞环数确定。
b）3类到6类双绞线的区别主要在于类数越高的双绞线，单位长度内的绞环数越多（拧得越紧，双绞线的交感越少，在更长的距离上信号质量更好，更适用于高速计算机通信）
c）双绞线的连接器均使用RJ-45水晶头
d）5类双绞线的线序：
直连网线，级连网线（1/3，2/6交换）
100M以太网
1）100Mbps以太网即快速以太网，由IEEE802.3u标准定义。
快速以太网的速度是通过提高时钟频率和使用不同的编码方式获得的。
2）根据IEEE802.3u的规定，快速以太网目前广泛使用的接口标准有：
∙100Base-T
Ø100Base-TX是目前使用最广泛的快速以太网接口标准，物理介质采用5类以上双绞线，网段长度最长为100米，时钟信号处理速率高达
125MHz。
Ø100Base-T4物理介质采用3类双绞线，不支持全双工。
∙100Base-FX/100Base-F使用多模或单模光纤，使用多模光纤时计算机到集线器之间的距离最大为2km，使用单模光纤时最大为10km
3）快速以太网还提供全双工通信，总带宽达到200Mbps。
全双工快速以太网仅在使用光纤或某些双绞线介质的点对点链路有效，因为每个带宽为100Mbps的信道都需要独立的线来支持。
4）快速以太网有自动协商的功能，能够自动适应电缆两端最高可用的通信速率，能方便的与10M以太网连接通信。
1000M以太网
1）IEEE802.3z标准定义了千兆以太网规范，IEEE802.3ab标准专门定义了双绞线上的千兆以太网规范，两者都是802.3标准的补充。
千兆以太网对电缆长度的要求更为严厉。
∙1000Base-T物理介质采用5类以上双绞线，网段长度最长为100米
∙1000Base-F使用多模或单模光纤，使用多模光纤的时计算机到集线器之间的距离最大为300-550m（500m），使用单模光纤时最大为3km
2）千兆以太网保留了传统以太网的大部分简单特征，以1000Mbps/2000Mbps的带宽提供半双工/全双工通信。
3）由于高速数据速率定时的限制，在同一冲突域中，千兆以太网不允许中继器的互连。
千兆以太网有自动协商的功能，但仅限于协商半双工或全双工流量控制，确定是否支持控制帧，不能与低速以太网之间协商速率。
广域网
WAN—是覆盖地理范围相对较广的数据通信网络，它通常利用公共载波公司提供的便利条件进行传输
1）WAN技术在OSI参考模型的下三层（即物理层、数据链路层和网络层）发挥作用
2）WAN通常采用两种交换模式运行，即电路交换和分组交换技术
∙电路交换基于电话网电路交换的原理，当用户要求发送数据时，交换机就在主叫用户和被叫用户之间接通一条物理的数据传输通路。
特点是时
延小、“透明”传输（传输通路对用户数据不进行任何修正或解释）、信息传输的吞吐量大。
缺点是所占带宽固定，网络资源利用率低。
∙分组交换是一种存储转发的交换方式。
它是将需要传输的信息划分为一定长度的包（分组），以分组为单位进行存储转发的。
每个分组信息都
载有接收地址和发送地址的的标识，在传送分组之前必须首先建立虚电路，然后依序传送。
分组方式在线路上采用动态复用的技术来
传送各个分组，带宽可以复用。
缺点是实时性不好。
常用设备
WAN协议
常用的广域网协议有：
∙HDLC高级数据链路控制，ISO标准的链路层协议
∙LAPB平衡型链路访问规程，增强了错误检测和更正
∙PPP点到点协议，有丰富功能的同异步链路层协议
∙X.25分组交换协议，定义了终端和分组交换网络的连接规程
∙FR帧中继，在X.25基础上发展起来的简洁高效的分组交换协议
∙ISDN语音数据共享的数字化链路
广域网类型
按其提供业务的带宽的不同，广域网可简单的分为窄带广域网和宽带广域网两大类
1）现有的窄带公共网络包括PSTN（公共交换电话网）、ISDN（综合业务数字网）、DDN（数字数据网）、X.25网、FrameRelay（帧中继）网等。
∙PSTN目前主要提供电话和传真业务，通过调制解调器可以完成一些有限的数据传输业务
∙ISDN
∙DDN是一种广泛使用的基于点对点连接的窄带公共数据网络
∙X.25是一种国际通用的标准广域网，在很多地区，X.25是唯一可用的WAN技术，在欧洲非常流行。
内置的差错纠正、流量控制和丢包重传机
制，使之具有高度的可靠性，适于长途噪声线路。
最大速率仅为有限的64Kbps，使之可提供的业务非常有限。
沿途每个节点都要重组包，
使得数据的吞吐率很低，包时延较大。
X.25显然不适于传输质量好的信道。
∙FrameRelay是一种应用很广的服务，采用E-1电路，速率可从64K到2兆，速率较快，它减少了差错检测，充分利用了如今广域网连接
中比较简洁的信令。
中间节点的延迟比X.25网小得多。
帧中继的帧长度可变，可以方便的适应LAN中的任何包或帧，提供
了对用户的透明性。
帧中继容易受到网络拥挤的影响，对于时间敏感的实时通信没有特殊的保障措施，当线路收到噪声干扰时，
将引起包的重传。
2）现有的宽带网络包括ATM（异步传输模式）、SDH（同步数字系列）等
∙ATM为在交换式WAN或LAN骨干网以及高速传输数据提供了通用的通信机制，它同时支持多种数据类型（话音、视频、文本等）。
与传统WAN不同，ATM是一种面向连接的技术，在开始通信之前，将首先建立端到端的连接。
ATM最突出的优势之一，就是支持QoS（QualityofService）
∙SDH是目前应用最广的光传输网络，带宽宽，抗干扰性强，可扩展性较强
常用的广域网服务类型可分为：
∙呼叫连接通过信令（如SS7）建立连接所成网络，如Modem拨号
∙时分复用利用时分复用设备连接的网络，如专用线路
∙分组交换利用分组交换协议连接的网络，如帧中继、X.25
PSTN
物理拓扑：
异步Modem使用传统的电话网络，并且工作于异步传输模式
ISDN
物理拓扑：
1）ISDN是一种标准化的数字服务，可以在现有的电话线上传输语音、数据、视频
2）ISDN提供多种安全措施：
∙呼叫链路识别：
此功能由服务商提供
∙PAP：
明文传送的密码验证
∙CHAP：
密文传送的密码验证
∙RADIUS：
工业标准的Client/Server结构安全访问协议
BRI和PRI
ISDN的两种信道：
∙B信道（64Kbps）
∙D信道（16或64Kbps）
ISDN用户接口类型：
∙基本速率接口（BRI）2B+D（192Kbps）
∙基群速率接口（PRI）30B+D（2048Kbps）
ISDN参考点与设备
参考点—用来分割功能群的概念上的点
♦设备
∙NT1（网络终端1）包含OSI第一层的功能，是家用用户应用的网络终端（属于网络运营商）
∙NT2（网络终端2）包含OSI第一到三层的功能，是中小企业用户应用的网络终端（属于用户）
∙TE1（1类终端设备）ISDN标准终端设备
∙TE2（2类终端设备）非ISDN标准终端设备
∙TA（终端适配器）完成将TE2接入ISDN的速率和协议等方面的适配功能
♦参考点
∙U参考点是NT1设备和网络运营商的线路终端设备之间的参考点
∙T参考点是用户和网络之间的分界点（在没有NT2设备的情况下，位于NT1与TE1或NT1与TA之间）
∙S参考点对应于单个ISDN终端的入网接口，将用户终端设备与网络通信功能分开
∙R参考点对应于非标准ISDN终端的入网接口
X.25
描述
物理拓扑：
1）X.25协议是DTE（数据终端设备）和DCE（数据电路终接设备）之间的接口规程
2）X.25的主要功能是描述如何在DTE和DCE之间建立虚电路、传输分组、建立链路、传输数据、拆除链路、拆除虚电路，同时进行差错控制、流量控制、情况统计等，并且为用户提供了一些可选的业务功能和配置功能。
3）X.25协议包含三层：
物理层、数据链路层、分组层，对应于OSI参考模型的下三层
a）物理层定义了DTE和DCE之间的电气接口和建立物理的信息传输通路的过程，可采用X.21建议、X.21bis建议、V建议等接口标准。
b）数据链路层采用平衡型链路访问规程LAPB，LAPB定义了DTE—DCE链路之间帧交换的过程及帧格式。
c）分组层定义了分组的格式和在分组层实体之间交换分组的过程，同时也定义了如何进行流量控制，差错处理等规程。
X.25的分组层利用链
路层提供的服务在DTE和DCE之间传递分组，它将一条逻辑链路按照动态时分复用的方法划分为多个子逻辑信道，这样就可以允多
个用户同时使用数据通道，大大地提高了资源的利用率和效率。
特性
1）X.25是一种含有冗余错误控制的可靠传送协议
2）X.25网络采用了标准的地址识别，这种地址是唯一的
3）由于高度的可靠传输、过于冗余的错误控制，导致了网络效率较低、延时较大，可能成为网络性能的瓶颈
FrameRelay
描述
物理拓扑：
1）帧中继技术是在数据链路层用简化的方法传送和交换数据单元的快速分组交换技术，它是在分组交换技术充分发展、数字与光纤传输线路逐渐代替已有的模拟线路、用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。
2）帧中继仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端完成，大大简化了节点机之间的协议；同时，帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因此帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。
3）帧中继对于ATM网络，是一个重要的可选项。
帧中继作为一种附加于分组方式的承载业务引ISDN，其帧结构与ISDN的LAPD结构一致，可以进行逻辑复用。
特性
1）帧中继在链路层完成统计复用、帧透明传输和错误检测，但不提供发现错误后的重传操作。
省去了帧编号、流量控制、应答和监视等机制，大大节省
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