数据通信网

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1、现代通信网概论由NordriDesign提供第四章 数据通信网现代通信网概论现代通信网概论引入随着多媒体通信的发展，数据通信技术得到越来越广泛的应用。现代通信网概论现代通信网概论学习目标描述TCP/IP协议与OSI参考模型。深层次的理解IP地址的意义，进行IP子网的划分。描述出交换机、路由器等网络设备的用途。学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：现代通信网概论现代通信网概论课程内容第一节第一节 数据通信网络概述数据通信网络概述第二节第二节 TCP/IP协议协议第三节第三节 常用网络设备常用网络设备现代通信网概论现代通信网概论第一节 数据通信网络概述 网络定义与拓扑结构网络定义与拓

2、扑结构网络定义与拓扑结构网络定义与拓扑结构 OSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型 现代通信网概论现代通信网概论数据通信网络SOHOServerIP HotelIntranet移动移动INTERNET现代通信网概论现代通信网概论局域网(LAN)和广域网(WAN)HostWAN局域网Local Area Network广域网Wide Area Network 数据通信网络按覆盖范围的大小可以分为局域网和广域网.lan1lan2现代通信网概论现代通信网概论LAN定义和常用互连设备LAN定义：通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合。特点：距离短、延

3、迟小、数据速率高、传输可靠。LAN的设计目标：运行在有限的地理区域；允许同时访问高带宽的介质；通过局部管理控制网络的私有权利；提供全时的局部服务；连接物理相临的设备。HUB交换机交换机路由器路由器ATM 交换机交换机现代通信网概论现代通信网概论WAN定义及常用互联设备WAN定义：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连互连局域网。WAN的设计目标：运行在广阔的地理区域；通过低速串行链路进行访问；提供全时的或部分时间的联接性；连接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备;Modem/CSU/DSU路由器路由器广域网交换机广域网交换机接入服务器接入服务器现代通信网概论现代通信网概论常见网络拓朴结构

4、拓扑结构：总线、星型、树型环型、网型现代通信网概论现代通信网概论第一节 数据通信网络概述 网络定义与拓扑结构网络定义与拓扑结构网络定义与拓扑结构网络定义与拓扑结构 OSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型 现代通信网概论现代通信网概论OSI参考模型OSI RM：开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model）网络世界的法律网络世界的法律!所有的数据通信协所有的数据通信协议都可以对应到议都可以对应到OSIOSI模型上模型上！现代通信网概论现代通信网概论OSI七层功能应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链

5、路层数据链路层物理层物理层1234567底层底层:负责网络数据传输负责网络数据传输高层高层:负责主机之间的数据传输负责主机之间的数据传输分层有什么好处？分层有什么好处？各层之间相对独立分解复杂的通信过程容易实现和维护灵活性好利于标准化工作现代通信网概论现代通信网概论七层功能应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层1234567提供应用程序间通信处理数据格式、数据加密等建立、维护和管理会话建立主机端到端连接寻址和路由选择提供介质访问、链路管理等比特流传输现代通信网概论现代通信网概论对等通信每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的

6、协议。Host AHost BAPDUPPDUSPDUSegmentPacketFrameBit应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层现代通信网概论现代通信网概论数据封装和解封装DataDataHDataHH主机主机服务器服务器交换机交换机路由器路由器应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层DataDataH

7、DataHH现代通信网概论现代通信网概论本节小结网络的定义和演进过程局域网和广域网的定义设常见设备常见网络拓朴结构OSI的7层网络参考模型现代通信网概论现代通信网概论课程内容第一章第一章 数据通信网络概述数据通信网络概述第二章第二章 TCP/IP协议协议第三章第三章 常用网络设备常用网络设备现代通信网概论现代通信网概论第二节 TCP/IP协议 TCP/IPTCP/IP协议概述协议概述协议概述协议概述 网络层介绍网络层介绍网络层介绍网络层介绍 传输层介绍传输层介绍传输层介绍传输层介绍 应用层介绍应用层介绍应用层介绍应用层介绍现代通信网概论现代通信网概论通信协议 计算机与计算机之间要相互通信，就必

8、须“听”的懂对方的“语言”，这种语言就是网络协议，计算机必须运行相同的协议，才能相互通信。由于网络的种类繁多，网络协议自然也各式各样，但是，大多数网络协议的设计都有一个共同的特点协议分层。各层协议是网络设备之间通信规则的正式描述。5432154321TCP/IP协议栈Source Host ADestination Host B好啊！我刚好也懂TCP/IP。请问可以用TCP/IP和你通信吗?TCP/IP协议栈现代通信网概论现代通信网概论TCP/IP协议和OSI参考模型TCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。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

9、传输层网络层7654321物理层数据链路层OSI参考模型TCP/IP现代通信网概论现代通信网概论TCP/IP协议栈HTTP、Telnet、FTP、TFTP、etcTCP/UDPARP/RARPIPICMPEthernet、802.4、PPP、HDLC、FR、etc接口和线缆应用层传输层网络层 数据链路层提供应用程序网络接口建立端到端连接寻址和路由选择物理介质访问二进制数据流传输 物理层现代通信网概论现代通信网概论TCP/IP协议数据封装TELNET23FTP20/21SMTP25TFTP69 TCP/UDP 6/17 IP PACKETS FRAMES BITS现代通信网概论现代通信网概论TC

10、P/IP是是Internet的核心技术的核心技术TCP/IP是一个协议簇是一个协议簇HTTP、TELNET、FTPRIP、OSPF、BGPPIM、DVMRPTCP、UDP、RAW IPIPIGMPARPICMPIP是是TCP/IP的核心协议的核心协议TCP/IPTCP/IP协议协议现代通信网概论现代通信网概论在不同网络技术之上,通过IP层实现不同网络互联IP over EverythingX.25PPP(点对点链路)EthernetToken ringFRATMSDHWDMEverything over IP ITU-T 综合业务网(H.323/SIP)桌面应用IP/Ethernet-几乎所有

11、的高层应用都落在IP上TCP/IPTCP/IP的应用范围的应用范围现代通信网概论现代通信网概论第二节 TCP/IP协议 TCP/IPTCP/IP协议概述协议概述协议概述协议概述 网络层介绍网络层介绍网络层介绍网络层介绍 传输层介绍传输层介绍传输层介绍传输层介绍 应用层介绍应用层介绍应用层介绍应用层介绍现代通信网概论现代通信网概论网络层协议概述应用层传输层网络层 IP ARP RARP ICMP 物理层 数据链路层现代通信网概论现代通信网概论IP协议功能IP协议提供了一种全球统一的编址方式，屏蔽了物理网络地址的差异，使路由查找成为可能。IP协议提供了一种全球统一的报文格式，屏蔽了网络链路层差异，

12、使网络互联成为可能。现代通信网概论现代通信网概论什么是IP地址一个32位整数，网络中标识一个主机。通常写成4个整数的方式，如202.116.84.92网络号网络号Network ID主机号主机号Host ID 门牌号码门牌号码邮政地址：IP地址：街道名称街道名称现代通信网概论现代通信网概论问题为什么IP地址要划分为网络地址和主机地址呢？方便寻址，提高寻址效率。使得网络更加容易管理。可以对具有相同网络地址的主机进行统一管理，提高网络的安全性。现代通信网概论现代通信网概论 0 net-id host-id1 0 net-id host-id1 1 0 net-id host-id1 1 1 0 组

13、播地址1 1 1 1 0 保留为今后使用0 1 2 3 4 8 16 24 31A类B类C类D类E类net-id：网络标识，host-id：主机标识IPIP地址的分类地址的分类现代通信网概论现代通信网概论IPIP地址的范围地址的范围现代通信网概论现代通信网概论特殊IP地址在使用IP地址时，还要知道下列地址是保留作为特殊用途的，一般不使用：全0的网络号码，这表示“本网络”或“我不知道号码的这个网络”。全1的网络号码。全0的主机号码，这表示该IP地址就是网络的地址。全1的主机号码，表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播。全0的IP地址，即0.0.0.0。全1地址255.255.255.255

14、，这表示“向我的网络上的所有主机广播”。原先是使用0.0.0.0。网络号码为127.X.X.X，这里X.X.X为任何数。这样的网络号码用作本地软件回送测试（Loopback test）之用。现代通信网概论现代通信网概论私网IP地址因特网地址分配组织规定将下列的IP地址被保留用作私有地址：10.0.0.0 10.255.255.255172.16.0.0 172.31.255.255192.168.0.0 192.168.255.255现代通信网概论现代通信网概论问题A公司得到了20个C类网络IP地址,B公司也有20个C类网络IP地址。并且他们具有相同的网络地址（如：202.116.8.0）。B

15、公司的主机因为工作需要，经常给网络内本公司的主机发广播消息，可是这样会对A公司的主机造成骚扰。怎么解决呢？要是两家公司的网络地址不同，那就好了！可是怎么才能让大家的网络地址不同呢？现代通信网概论现代通信网概论子网IP地址：网络号Network ID主机号Host ID子网号 Sub network ID网络号Network ID主机号Host ID划分子网后的IP地址：挪用一些位数来标识子网现代通信网概论现代通信网概论子网的作用一个网络上通信量与主机的数目成正比，如果主机数目太大，超出网络介质的容量使网络的性能下降。网络划分为若干部分，降低不必要的通信量。网段：网段：202.116.8.32掩

16、码：掩码：255.255.255.224网段：网段：202.116.8.64掩码：掩码：255.255.255.224网段：202.116.8.0现代通信网概论现代通信网概论如何划分子网？减少IP地址中，主机地址所占用的2进制位数，同时将减少的2进制位和原来的网络地址所占用的2进制位合并为新的网络地址。被挪用的2进制位数（N）越多，划分的子网数目就越多，但是每个子网的主机数目就越少。同时，划分出的子网数量为2N。默认掩码：IP地址：划分子网后的掩码网络号Network ID主机号Host ID子网号 Sub network ID11111111.1111111100000000.0000000

17、0网络号Network ID主机号Host IDIP地址：11111111111111.1111111100.00000000现代通信网概论现代通信网概论划分子网的例子某公司向NIC申请一B类网（191.38.0.0）IP地址空间，该公司可依照自己的组织结构为公司的各个分公司、部门划分IP地址空间，形成有层次的子网结构，大大方便了管理工作。公司有35个部门/分公司，每个部门主机数由100800之间，那么如何划分子网呢？现代通信网概论现代通信网概论主机号和子网号的选择首先确定主机号所占用的2进制位数。在这个例子下，每个子网的主机数量在1000之内，因此预留10位2进制位用于主机号。因此，可容纳的

18、主机数量为：2102=10221000。原来主机号中剩余下的2进制位可作为子网号。在这个例子下是6位，那么可用子网的最大数目：2664个，子网掩码为：255.255.252.0。子网号主机号191.38.0.0现代通信网概论现代通信网概论划分后的结果最终各个部门使用的IP地址如下表格。子网掩码都是：255.255.252.0部门子网号可用IP地址0192.38.0.0191.38.0.1191.38.3.254部门1192.38.4.0191.38.4.1191.38.7.254部门2192.38.8.0191.38.8.1191.38.11.254.部门63192.38.252.0191.3

19、8.252.1191.38.255.254现代通信网概论现代通信网概论 互连网协议互连网协议IP是是TCP/IP体系中最重要的协议之一。体系中最重要的协议之一。与与IP协议配套使用的还有三个协议：协议配套使用的还有三个协议：地址解析协议地址解析协议ARP Address Resolution Protocol反向地址解析协议反向地址解析协议RARP Reverse Address Resolution ProtocolInternet控制报文协议控制报文协议ICMP Internet Control Message ProtocolTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP的体系结构的体

20、系结构的体系结构的体系结构现代通信网概论现代通信网概论ARP地址解析协议不知道10.0.0.2的MAC地址？在网络上广播ARP Request信息，等10.0.0.2的回应。IP:10.0.0.1/24MAC:00-E0-FC-00-00-11这个ARP Request中有我的IP地址，应该是问我的MAC地址，就把我的IP地址告诉10.0.0.1吧。这个ARP Request中没有我的IP地址，就不管。IP:10.0.0.3/24MAC:00-E0-FC-00-00-13知道你的MAC地址，以后联系起来就方便了！ARP RequestARP ReplyIP:10.0.0.2/24MAC:00-

21、E0-FC-00-00-12现代通信网概论现代通信网概论RARP反向地址解析协议我的IP地址是什么？无盘工作站RARP Server你的IP地址是10.0.0.1RARP RequestRARP Reply现代通信网概论现代通信网概论ICMPInternet控制报文协议B可达吗？Host AHost B我在ICMP Echo RequestICMP Echo Reply现代通信网概论现代通信网概论MAC/物理地址MAC地址有48位，其中前三个字节用于标识厂商。例如，华为产品前3个字节是00E0FC。00e0.fc01.2345厂商编号厂商编号序列号序列号24 bits24 bits00e0.f

22、c01.2345RomRam现代通信网概论现代通信网概论第二节 TCP/IP协议 TCP/IPTCP/IP协议概述协议概述协议概述协议概述 网络层介绍网络层介绍网络层介绍网络层介绍 传输层介绍传输层介绍传输层介绍传输层介绍 应用层介绍应用层介绍应用层介绍应用层介绍现代通信网概论现代通信网概论传输层协议概述应用层传输层网络层网络接入层TCPUDP现代通信网概论现代通信网概论TCP/UDP报文格式0816243116位源端口16位目的端口32位序列号32位确认号URGACKPSHRSTSYNFIN首部长度保留(6位)16位窗口大小16位TCP校验和16位紧急指针选项数据0816243116位源端口

23、16位目的端口16位UDP校验和数据UDP报文格式报文格式TCP报文格式报文格式16位UDP长度现代通信网概论现代通信网概论端口号传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序。HTTPFTPTelnet SMTPDNSTFTPSNMPTCPUDPIP 数据包套 接 字8020/2123255369161现代通信网概论现代通信网概论TCP连接Internetclientserver现代通信网概论现代通信网概论滑动窗口需要修改窗口大小发送数据太快了！len 1024win4096len 1024win4096len 1024win4096ack 4097win2048len 1024win409

24、6len 1024win4096ack 6145win2048len 1024win4096len 1024win4096len 1024win4096现代通信网概论现代通信网概论第二节 TCP/IP协议 TCP/IPTCP/IP协议概述协议概述协议概述协议概述 网络层介绍网络层介绍网络层介绍网络层介绍 传输层介绍传输层介绍传输层介绍传输层介绍 应用层介绍应用层介绍应用层介绍应用层介绍现代通信网概论现代通信网概论应用层介绍文件传输FTP、TFTP邮件服务SMTP、POP3网络管理SNMP、Telnet、Ping、Tracert网络服务HTTP、DNS、WINS现代通信网概论现代通信网概论本节小

25、结TCP/IP协议栈分为5层IP数据包包头的格式ARP RARP ICMP的作用划分子网的目的和方法TCP和UDP协议的区别常用的应用层服务有FTP,Telnet等现代通信网概论现代通信网概论课程内容第一章第一章 数据通信网络概述数据通信网络概述第二章第二章 TCP/IP协议栈协议栈第三章第三章 常用网络设备常用网络设备现代通信网概论现代通信网概论物理层互联设备-HubHUB(集线器)只完成信号的再生，不对数据包进行任何处理，只作简单的电信号复制和转发。从一个端口收到了信号，就将信号原封不动地复制到除了收到该信号端口外的其他所有的端口上，有点象一台复印机。每个时刻只能在两个端口间通讯。HubH

26、ost现代通信网概论现代通信网概论数据链路层互联设备-Lanswitchl Lanswitch在处理数据包的时候，需要检查该数据包的数据链路层内容，而不仅仅是简单的数据再生和转发。它会根据数据链路层中MAC子层的地址进行判断，决定将该数据包往哪里转发。Host B将这个IP包送给主机B主机B的MAC地址对应着我的3端口，就只向这个端口转发好了。Host A现代通信网概论现代通信网概论Router（路由器）的作用Router的核心作用是实现网络互连 实现分组数据转发路由（寻径）：路由表建立、刷新、查找子网间的速率适配隔离网络，防止网络风暴，指定访问规则（防火墙）异种网络互连现代通信网概论现代通信

27、网概论什么是路由路由是指导IP报文发送的路径信息：在路由器中，寻找一条将报文从源地址传往目的地址的传输路径的过程，称之为寻径。在路由器中，寻径采用的是表驱动的方式。网络N到网络N的主机，走R1这条路现代通信网概论现代通信网概论路由表 一条路由表的表目主要由两部分构成：一条路由表的表目主要由两部分构成：信宿地址信宿地址和去往信宿的路径（下一跳）。和去往信宿的路径（下一跳）。30.0.0.1255.255.255.0200.0.0.020.0.0.1255.255.255.0100.0.0.010.0.0.10.0.0.00.0.0.0下一跳地址下一跳地址掩码掩码目的地址目的地址 在 Intern

28、et 的各主机和网关上都包含一个路由表，指明去往某信宿机的路径。在传送报文时，根据报文的目的地址，查找路由表，得到一条去往目的地址的路径。路由存在于三层网络设备和主机中路由存在于三层网络设备和主机中路由存在于三层网络设备和主机中路由存在于三层网络设备和主机中现代通信网概论现代通信网概论Router工作流程IPETHETH以太口以太口以太口以太口IPETHETH以太口以太口以太口以太口协议封装协议封装路由选择路由选择协议转换协议转换RouterRouterLAN传送传送拆包拆包LAN1LAN2接收接收发送发送工作过程工作过程现代通信网概论现代通信网概论各网络设备工作的协议层面各网络设备工作的协议

29、层面交换机现代通信网概论现代通信网概论IP包发送过程设主机A要向主机B发送一个数据报。两个主机分别连接在两个网络上，这两个网络通过一个路由器相连。主机A的IP层收到欲发送的数据报后，就比较目的主机和源主机的网络号码是否相同（这就是从数据报首部的IP地址中抽出网络号码net-id部分进行比较）。如相同，则表明这两个主机在同一个网络内，这样就只需要用目的主机的物理地址进行通信。如果不知道目的主机的物理地址，则可向ARP进行查询。但当主机A和B的网络号码不一样时，就表明它们连接在不同的网络上，因此必须将数据报发给路由器进行转发。源主机从配置中读出路由器的IP地址。然后从ARP得到路由器的物理地址。随

30、后将数据报发送给这个路由器。这里要强调指出，在数据报的首部写上的源IP地址和目的IP地址是指正在通信的两个主机的IP地址。路由器的IP地址并没有出现在数据报的首部中。当然，路由器的IP地址是很有用的，但它是用来使源主机得知路由器的物理地址。总之，数据报在一个路由段上传送时，要用物理地址才能找到路由器。现代通信网概论现代通信网概论IP包头在路由器转发过程中的变化10.12.3.6400-E0-FC-00-00-11192.12.3.6400-E0-FC-00-00-32192.12.3.5200-E0-FC-00-00-6410.12.3.2700-E0-FC-00-00-2300-E0-FC-

31、00-00-23192.12.3.6400-E0-FC-00-00-64192.12.3.6400-E0-FC-00-00-32192.12.3.64Router ARouter BHost AHost BIP Packet现代通信网概论现代通信网概论不同网络间的双绞线连接直通网线（straight through）：比如用于电脑和集线器之间的连接。交叉网线（cross）：比如用于两台电脑之间的连接。直通网线的线序：两端的水晶头中，线序是一一对应的。交叉网线的线序：两端的水晶头中，1/3交叉，2/6交叉。现代通信网概论现代通信网概论双绞线线序当网线为直通网线时，X1端和X2端的线序对应关系为：

32、1-1（白滚橙），2-2（橙色），3-3（白滚绿），4-4（蓝色），5-5（白滚蓝），6-6（绿色），7-7（白滚棕），8-8（棕色）。当网线为交叉网线时，X1端和X2端的线序对应关系为：1-3，2-6，3-1，4-4，5-5，6-2，7-7，8-8。现代通信网概论现代通信网概论双绞线传输引脚号MDI-X端口（HUB侧功能）MDI端口（如计算机网卡侧功能）1数据接收数据发送2数据接收数据发送3数据发送数据接收6数据发送数据接收RJ45RJ45RJ45的引脚定义的引脚定义的引脚定义的引脚定义的引脚定义的引脚定义l引脚引脚1和和2发送，引脚发送，引脚3和和6接收的端口称为介质相关接口（接收的端口称

33、为介质相关接口（MDI），），PC机有机有MDI端口。端口。l引脚引脚1和和2接收，引脚接收，引脚3和和6发送的端口称为介质相关接口交叉（发送的端口称为介质相关接口交叉（MDIX），如集线器（），如集线器（HUB）上的端口。）上的端口。现代通信网概论现代通信网概论双绞线连接1收2收3发6发发1发2收3收6MDI-X接口（接口（HUB）MDI接口（计算机）接口（计算机）u在一个终端系统的在一个终端系统的MDI端口与一个集线器的端口与一个集线器的MDIX端口之端口之间使用直通网线连接。间使用直通网线连接。u部分集线器提供了一个专用部分集线器提供了一个专用MDI端口，可以用直通网线将一端口，可以用直通网线将一台集线器的台集线器的MDI端口与另一台集线器的端口与另一台集线器的MDIX端口连接。端口连接。现代通信网概论现代通信网概论双绞线连接1发2发3收6收发1发2收3收6MDI接口（计算机）接口（计算机）MDI接口（计算机）接口（计算机）u在一个终端系统的在一个终端系统的MDI端口与一个终端系统的端口与一个终端系统的MDI端口之间使用交叉网线连接。端口之间使用交叉网线连接。现代通信网概论现代通信网概论本节小结Hub、Lanswitch、Router的用途Router在转发IP包的过程中，IP 包中的地址变化。直通网线、交叉网线的使用THANKS！