02-网络基础与OSI参考模型ISSUE1.0

02-网络基础与OSI参考模型ISSUE1.0课程DA000001网络基础与OSI参考模型ISSUE1.0目录课程说明(1)课程介绍(1)课程目标(1)相关资料(1)第1章网络概述(2)1.1什么是网络(2)1.2LAN和WLAN(6)1.3网络标准化组织(15)第2章OSI参考模型(17)2.1OSI参考模型层次结构(17)2.2物理层(22)2.3数据链路层(24)2.4网络层(28)2.5传输层(34)2.6会话层、表示层和应用层(38)小结(39)课程说明课程介绍本课程主要介绍网络的基本概念，局域网和广域网相关协议和网络常用设备，以及为推动通信网络发展而做出卓越贡献的国际标准化组织。课程目标完成本课程的学习后，您应该能够：●理解网络结构●知道局域网和广域网的基本概念●掌握ISOOSI参考模型的基本结构相关资料第1章网络概述1.1什么是网络网络（network）是一个复杂的人或物的互连系统。我们周围无时无刻不存在一张网，例如电话网、电报网等；即使我们身体内部也存在许许多多的网络系统，例如神经系统、消化系统等等。本课程我们将学习计算机网络。在计算机网络出现的前期，计算机都是独立的设备，每台计算机独立工作，互不联系。计算机与通信技术的结合，对计算机系统的组织方式产生了深远的影响，使计算机之间的相互访问成为可能。不同种类的计算机通过同种类型的通信协议（protocol）相互通信，产生了计算机网络（computernetwork）。计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机以及专门的外部设备利用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。（注：我们给出一个如此广泛的定义是因为IT业迅速发展，各种网络互连终端设备层出不穷，像计算机、打印机、WAP（WirelessApplicationProtocol）手机、PDA（PersonnalDigitalAssistate）、网络电话等等各种支持网络互连的设备。一般来说，计算机网络可以提供以下一些主要特性：●资源共享网络的出现使资源共享变得很简单，交流的双方可以跨越空间的障碍，随时随地传递信息。●信息传输与集中处理数据是通过网络传递到服务器（server）中，由服务器集中处理后再回送到终端。●负载均衡（loadbalancing）与分布处理（distributedprocessing）举个典型的例子：一个大型ICP（Internet内容提供商）为了支持更多的用户访问他的网站，在全世界多个地方放置了相同内容的（WorldWideWeb）服务器；通过一定技术使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面，这样来实现各服务器的负荷均衡，同时用户也节省了访问时间。●综合信息服务网络的一大发展趋势是多维化，即在一套系统上提供集成的信息服务，包括来自政治、经济等各方面资源，甚至同时还提供多媒体信息，如图像、语音、动画等。在多维化发展的趋势下，许多网络应用的新形式不断涌现，如：电子邮件（E-mail）、视频点播（VOD，VideoOnDemand）、电子商务（E-commerce）、视频会议（Videoconference）等等。通信协议网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。5432154321TCP/IP协议栈SourceHostADestinationHostB好啊！我刚好也懂TCP/IP。请问可以用TCP/IP和你通信吗?TCP/IP协议栈协议（protocol）是什么？拿电报来做比较，在拍电报时，必须首先规定好报文的传输格式，多少位的码长，什么样的码字表示启动，什么样的码字又表示结束，出了错误怎么办，怎样表示发报人的名字和地址等，这种预先定好的格式及约定就是协议。网络协议是为了使计算机网络中的不同设备能进行数据通信而预先制定一整套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定。网络协议是一系列规则和约定的规范性描述，定义了网络设备之间如何进行信息交换。网络协议是计算机网络的基础。只有遵从相应协议的网络设备之间才能够通信。就像保障我们国家稳定健康运行的法律法规一样，如果任何人违反了法律法规的约束，必然会导致法律的制裁。网络协议就是约束各种网络互连终端设备的法律，如果任何一台设备不支持用于网络互连的协议，它就不能与其他设备通信。网络协议多种多样，主要有TCP/IP（TransferControlProtocol/InternetProtocol）协议、NovellIPX/SPX（InternetworkPacketeXchange/SequencedPacketeXchange）协议、IBMSNA（SyetemNetworkArchitecture）等等。目前最为流行的是TCP/IP协议栈，它已经成为Internet的标准协议。计算机网络起始于六十年代，当时网络的概念主要是基于主机（host）架构的低速串行（serial）联接，提供应用程序执行、远程打印和数据服务功能。IBM的SNA（SystemNetworkArchitecture，系统网络架构）架构与非IBM公司的X.25公用数据网络是这种网络的典型例子。这时候，由美国国防部资助，建立了一个名为ARPANET（即为阿帕网）的基于分组交换（packetswitching）的网络，这个阿帕网就是今天的Internet最早的雏形。七十年代，出现了以个人电脑为主的商业计算模式。最初，个人电脑是独立的设备，由于认识到商业计算的复杂性，要求大量终端设备的协同操作，局域网（LAN，LocalAreaNetwork）产生了。局域网的出现，大大降低了商业用户打印机和磁盘昂贵的费用。八十年代至九十年代，远程计算的需求不断地增加，迫使计算机界开发出多种广域网络协议（包括TCP/IP协议、IPX/SPX协议），满足不同计算方式下远程联接的需求，互联网快速发展起来，TCP/IP协议得到了广泛应用，成为互联网的事实协议。1.2LAN和WLANLAN定义●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、延迟小、数据速率高、传输可靠。●标准（standard）：描述了协议的规定，设定了最简的性能集。由于连接介质的不同，通信协议的不同，计算机网络的种类划分方法名目繁多。但一般来讲，计算机网络可以按照它覆盖的地理范围，划分成局域网和广域网，以及介于局域网和广域网之间的城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）。本部分重点介绍局域网和广域网。●局域网-LAN（LocalAreaNetwork）局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起所形成的网络，覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内。局域网一般指分布于几公里范围内的网络，局域网的特点是：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。标准（standard）是广泛使用的、或者由官方规定的一套规则和程序。标准描述了协议的规定，设定了保障网络通信的最简性能集。IEEE802.X标准是当今居于主导地位的LAN标准。目前我国常见的局域网类型包括：以太网（Ethernet）、异步传输模式（ATM，AsynchronousTransferMode）等，它们在拓朴结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的当属以太网——一种总线结构的LAN，是目前发展最迅速、也最经济的局域网。LAN的设计目标主要面对有限的地理区域，它允许同时访问高带宽的介质。LAN通过局部管理控制网络的私有权利，提供全时的局部服务，其连接物理设备一般在相对较近的环境中。局域网络建设时常用网络设备有：线缆（cable）：局域网的距离扩展通常需要通过线缆来实现，不同的局域网有不同连接线缆，如光纤（fiber）、双绞线（twistedpair）、同轴电缆等。网卡（NIC，NetworkInterfaceCard）插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，通过网络介质传输。它的主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。集线器（Hub）是单一总线共享式设备，提供很多网络接口，负责将网络中多个计算机连在一起。所谓共享是指集线器所有端口共用一条数据总线，同一时刻只能有一个用户传输数据，因此平均每用户（端口）传递的数据量、速率等受活动用户（端口）总数量的限制。交换机（Switch）也称交换式集线器（SwitchedHub）。它同样具备许多接口，提供多个网络节点互连。但它的性能却较共享集线器（SharedHub）大为提高：相当于拥有多条总线，使各端口设备能独立地作数据传递而不受其它设备影响，表现在用户面前即是各端口有独立、固定的带宽。此外，交换机还具备集线器欠缺的功能，如数据过滤、网络分段、广播控制等。路由器（Router）：路由器是一种用于网络互连的计算机设备，它工作在OSI参考模型的第三层（网络层），为不同的网络之间报文寻径并存储转发。通常路由器还会支持两种以上的网络协议以支持异种网络互联，一般的路由器还会运行一些动态路由协议以实现动态寻径。ATM交换机（ATMSwitch）用于ATM网络互连。ATM技术将在高级课程中阐述，不是本书的重点，感兴趣的学员可以查阅相关资料。广域网定义及分类●WAN定义：在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连局域网。●WAN分类：→共用电话网：PSTN→综合业务数字网：ISDN→数字数据网：DDN→X.25共用分组交换网→帧中继：FrameRelay→异步传输模式：ATMWAN连接地理范围较大，常常是一个国家或是一个洲。中国公用分组交换网（CHINAPAC）、中国公用数字数据网（CHINADDN），以及建议中的国家教育和科研网（CERnet），CHINANET等都属于广域网。WAN的目的是为了让分布较远的各局域网互连，所以它的结构又分为末端系统（endsystem，两端的用户集合）和通信系统（中间链路）两部分。通信系统是广域网的关键，它主要有以下几种：公共电话网：即PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork），这种系统使用电路交换技术，必须给每一个通话分配一个专用的语音通道，消息是以模拟的形式在PSTN上传送的。传输介质是普通电话线。它的特点是费用低，易于建立，且分布广泛。综合业务数字网：即ISDN（IntegratedServiceDigitalNetwork），是一种拨号连接方式。ISDNBRI提供的是2B+D的数据通道，每个B通道速率为64Kbps，其速率最高可达到128kbps。ISDNPRI有两种标准：欧洲标准（30B＋D）和北美标准（23B＋D）。ISDN为数字传输方式，具有连接迅速、传输可靠等特点，并支持对方号码识别。ISDN话费较普通电话略高，但它的双通道使其能同时支持两路独立的应用，是一项对个人或小型办公室较适合的网络接入方式。专线：即LeasedLine，在中国称为DDN，是一种点到点的连接方式，速度一般选择64kbps～2.048Mbps。专线的好处是数据传递有较好的保障，带宽恒定；但价格昂贵，而且点到点的结构不够灵活。X.25网：是一种出现较早且依然应用广泛的广域网方式，速度为9600bps～2Mbps；有冗余纠错功能，可靠性高，但由此带来的副效应是速度慢，延迟大。帧中继：即FrameRelay，是在X.25基础上发展起来的较新技术，速度一般选择为64kbps～2.048Mbps。帧中继的特点是灵活、弹性：可实现一点对多点的连接，并且在数据量大时可超越约定速率（CIR：CommitedInformationRate）传送数据，允许用户在传输数据时有一定的突发量，是一种较好的商业用户连接选择。异步传输模式：即ATM（AsynchronousTransferMode），是一种信元交换网络，最大特点的速率高、延迟小、传输质量有保障。ATM大多采用光纤作为连接介质，速率可高达上千兆，但成本也很高。ATM也可以称作广域网协议。WAN交换模式●电路交换：基于电话网的电路交换→优点：时延