1、一OSI 参考模型开放系统互连模型OSIOSI是一个描述网络层次结构的模型，其标准保证了各种类型网络技术的兼容性、互操作性。OSI 参考模型将整个网络通信的功能划分为七个层次。由低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。1至3层负责在网络中进行数据的传送，又称介质层。4至7层在进行数据传输的基础之上，保证数据传输的可靠性，又称为主机层。物理层：实现两台设备之间的物理连接，涉及到通信在信道上传输的原始比特流。主要处理各种接口及物理传输介质问题。数据链路层：指沿着网络链路在相邻结点之间移动数据的技术规范。发送方把输入数据分装在数据帧里。数据链路层负责帧在计算机之间的
2、无差错传递。数据链路层还支持工作站的网络接口卡所用的软件驱动程序。网桥和交换器是数据链路层设备。网络层：定义网络操作系统通信用的协议，为信息确定地址，把逻辑地址和名字翻译成物理地址。为处在两个不同地理位置上的终端设备之间提供连接和路径选择。传输层：处理数据的实际操作，负责错误的确认和恢复，确保信息可靠传递。在必要时，可对信息重新打包，把过长信息分成小包发送；而在接收端，把这些小包重构成初始的信息。会话层：处理两个或多个系统之间连接的建立和维护。表示层：它包含了处理网络应用程序数据格式的协议。从应用层获得数据并把它们格式化以供网络通信使用。应用层：为在OSI模型以外的应用程序提供服务。ISO/O
3、SI参考模型并不是一个现实的网络，实际中许多网络把多层的功能合并在一起来实现。二TCP/IP分层模型TCP/IP是传输控制协议/因特网协议，它代表了一组因特网互联协议。目的是将各种结构计算机网络或主机通过TCP/IP协议实现互联互通。TCP/IP采用分层体系结构，每一层完成特定的功能，各层之间相互独立，采用标准接口传送数据。数据流动可看作是从一层传递到另一层，从一个协议传递到另一个协议。TCP/IP共有5个层次：1应用层：直接为IP网络应用提供服务。应用层间传送应用数据。2传输层以UDP/TCP为标志，允许具有相同IP地址的不同机器独立接收和发送数据，为应用程序提供端到端通信功能。即传送TCP
4、/UDP数据。3网络层该层以IP为标志，定义了标准的分组格式和协议，提供基于IP地址的、不可靠的、尽最大能力的、面向无连接的数据传送服务。网络层间传送IP数据。4链路层：数据组装成数据帧。负责帧数据在计算机之间的无差错传递。5物理层在两个设备之间建立连接，主要处理各种接口及物理传输介质问题三TCP/IP协议簇TCP/IP协议簇基于分层原则,每层都明确定义功能和用途，各层功能相对独立。相邻层间都由协议准确定义边界接口，通过接口通信。如图4-1所示。1IP协议互联网协议IP是点到点的网络层协议， 核心问题是寻径，它向上层提供统一的IP数据报，使得各种物理帧的差异对上层协议不复存在。主要功能包括：无
5、连接数据报传送、数据报路由选择。（1）无连接数据报传输IP对数据报进行无连接的最优的传送路由选择。特点：不可靠：因为分组可能丢失、重复、延迟或不按序到达等；无连接：每个分组都是独立对待，从一台计算机发送到另一台计算机的分组序列，可经过不同的传输路径；尽力传送：因为互联网软件尽力发送每个分组，并不随意地放弃分组，只有当资源用完或低层网络出现故障时才可能出现不可靠性。（2）IP数据报IP数据报是一个基本传输单元，包含头部和数据。格式见图4-2。数据报头部包含了源地址和目的地址以及一个标识数据报内容的类型字段。各字段的定义如下：版本：长度为4bit，指示所使用的IP协议版本。头标长：长度为4bit，
6、指示以字（字长为32bit）为单位的报头长度。服务类型：长度为8bit，规定了数据报的处理方式。总长度：长度为16bit，指示整个IP数据报的长度，最长可达216-1个字节。标识字段：长度为16bit，标识分组属于哪个数据报，以便重组数据报。标志字段：长度为2bit，值为0表示片未完，为1表示不分片。片偏移字段：长度为14bit，指示本片数据在原始数据报数据区中的偏移量。生成时间字段：长度为8bit，用于设置本数据报最大生存时间，以秒为单位。协议字段：长度为8bit，指示产生该数据报内传送的第4层协议，大多数IP传输层用的是TCP，实质上表示数据区数据的格式。头标检验和字段：长度为16bit，
7、用于确保数据报头数据的完整性。源IP地址字段和目的IP地址字段：源IP地址字段和目的IP地址字段各占32bit，表示IP数据报的发送者和接收者。选项字段：长度为24bit，用于网络测试、调试、保密及其他。数据区：用于封装IP用户数据。（3）IP数据报传输IP数据报通过物理网络帧传输，当IP协议收到一个IP数据报时，将物理网络数据帧头加到前面形成一帧。一个物理网络的数据帧携带一个数据报的这种传输方式叫做数据报封装。数据报封装是将IP数据报直接映射到网络物理帧的方式。如图4-3所示。（4）IP数据报路由选择IP路由选择是指从源主机到目的主机之间选择一条传输路由的过程。路由选择方式：直接路由选择和间
8、接路由选择。直接路由选择就是将数据报从一台主机直接传送到另一台主机，是物理网络内部的路由选择。源主机与目的主机不在同一网络，数据报传送将通过若干个网关，间接路由选择指为数据报选择下一个网关的过程。IP数据报在网络中传输时一次只经过一个节点，并不知道整个路径，而每个节点都有一张路由表，指明从该节点到目的主机的下一个节点的路径。2IGMP协议互联网组消息协议IGMP负责点到多点的数据报传输。3ICMP网际控制协议负责根据网络上的设备状态发出和检查报文，为IP提供差错报告。ICMP报文必须经过两次封装：第一次将其封装在IP数据报的数据部分；第二次又将该IP数据报封装在物理网络的数据帧中。ICMP报文
9、格式如图4-4所示。其中：类型占1个字节，指示ICMP报文的类型，如表4-2所示。代码占1个字节，提供关于报文类型的详细信息，包括错误类型和状态信息；校验和占2个字节，提供整个ICMP报文的校验和；数据区，包括差错数据报报头和该数据报的64bit 数据，以帮助确定出错数据报。4ARP/RARP地址解析协议/反向地址解析协议ARP负责由IP地址到物理地址（MAC地址）的转换。RARP完成物理地址到IP地址的转换。5TCP协议/UDP协议传输控制协议/用户数据报协议TCP提供面向连接的可靠的传输服务，可实现流量和差错控制。UDP建立在IP协议之上，提供无连接数据报传输。它把用户数据分解为多个数据包
10、后发送给接收方。数据传输的可靠性由用户程序保证。UDP的优点：执行代码小、系统开销小、处理速度快。一般情况下，TCP和UDP共存于一个互联网中，前者提供可靠性服务，后者提供高效率服务。高可靠性的TCP用于一次传输要交换大量报文的情形；高效率的UDP用于一次传输交换少量报文的情形，其可靠性由应用程序提供。TCP的主要特点是可靠性很高，因为它提供面向连接的流传输。流是一个无报文丢失、重复和失序的正确的数据序列。流相当于一个管道，从一端放入什么，从另一端可以照原样取出什么。面向连接是在实际数据传输前，必须在信源端与信宿端建立一条连接。连接建立成功，则可开始传输数据。传输完毕，需要释放连接。面向连接传
11、输的每一个报文都需接收端确认，未确认报文被认为是出错报文。TCP采用的技术有：确认和超时重传、流量控制及拥塞控制等。（1）TCP段格式在两个TCP模块之间交换的包称为段，段是TCP传输数据的基本单位，分为头部和数据区两大部分，格式如图4-5所示。TCP段中各字段的定义为：源端口：呼叫端口的号；目的端口：被叫端口的号；序列号：用于确保数据到达的正确顺序；确认号：用来确认接收到的数据，包含所期待的下一个TCP字段的编号；头部长度：报头的字数（字长为32位）；保留：设置为0，以备将来使用；码位：指出段的目的与内容；窗口：接收方能接收的字节数；校验和：报头和数据字段的校验和，目的是确定段到达时是否发生
12、错误；紧急指针：指出紧急数据的位置；选项：用于提供TCP的增强功能；上层协议数据。（2）TCP连接连接建立三次握手的方法：第一次，发送端机发出连接请求CR，该请求中包括发送端机的初始报文序号；第二次，接收端机收到CR后，发回连接确认；第三次，发关端机向接收端机发送数据，并包括对接收端机初始序号的确认。数据传输连接建立后就可以进行数据传输了。确认与超时重发在数据传输中，由于通信线路存在着干扰和噪声，致使数据会出现差错或丢失。采用确认与超时重传机制，可保证数据传输的可靠性。连接释放服务器完成其中工作后，释放连接。（3）流量控制数据的流量控制由接收端进行。在连接建立期间，每一端分配接收缓冲区空间供连
13、接使用。进来的数据流入接收缓冲区，直到与TCP端口相关的应用程序取走数据进行处理。（4）拥塞控制大量数据报进入网关,致使网关超载而引起严重延迟的现象。采用滑动窗口技术，通过限制发送端输入报文的速率来控制拥塞。6应用层协议 虚拟终端协议TELNET、文件传输协议FTP、简单邮件传输协议SMTP、域名系统DNS、超文本传送协议HTTP、简单网络管理协议SNMP。四网络地址用来标识网络设备，常用的网络地址有数据链路层地址，介质访问控制（MAC）地址和网络层IP地址。1.数据链路层地址用来标识网络设备的每个物理网络连接，通常末端系统只有一个物理连接，即一个数据链路层地址，但路由器等网络互联设备可能有多
14、个物理网络连接，因此，具有多个数据链路层地址。2.MAC地址用于标识局域网数据链路层MAC子层的地址，对于某个局域网接口来说，MAC地址是唯一的，不会出现两个相同的MAC地址，MAC存储在网络接口卡中。3.IP地址IP地址存在于网络层，一个IP地址对应一台主机，屏蔽了物理网络地址的差异，目前广泛使用IPv4协议。IP地址是一个32位的二进制数，通常被写成由句点分开的4个十进制数的形式，如192.168.5.120。每一个IP地址通常由两部分组成，即网络号和主机号，网络号用于标识主机所属的网络，主机号用于标识给定的网络上的某个特定的主机。在同一个网络中的不同主机应具有相同的网络号，不同的主机号，
15、任意两个可互联的网络应具有不同的网络号。（1）IP地址分类通常分成5类：A类、B类、C类、D类和E类。图4-6所示。A类地址空间：0.0.0.0 127.255.255.255B类地址空间：128.0.0.0 191.255.255.255C类地址空间：192.0.0.0 223.255.255.255D类地址用于组播E类地址用于实验网络地址除了一般地标识一台主机外，还有几种具有特殊意义的特殊形式： 广播地址主机号全为“1”的网络地址用于广播之用，叫做广播地址，又称为直接广播地址。在网间网上的任何一点均可向其他任何网络进行直接广播。缺点：要知道信宿网络的网络号。 有限广播32比特全为“1”的网
16、间网地址用于本网广播，该地址叫做有限广播地址。可不知道本网络网络号。“0”地址各位全为“0”的网络号被解释成“本”网络。 回送地址A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址。TCP/IP协议规定：含网络号127的分组不能出现在任何网络上；主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。主机号全“0”全“1”的地址不能用作一台主机的有效地址。A类地址主要用于主机数量很多的大规模网络。每个A类网络地址都具有一个8位的网络前缀，最多可定义126个网络，每个网络最多有16777214台主机。B类地址主要用于中规模网络。最多可以有16382个网络，每个网络最多有6553
17、4台主机。C类地址主要用于小规模网络，最多有2097150个网络，每个网络有254台主机。（2）IP地址分配IP地址分配有以下两种方式：静态地址：只能由网络管理员按网络编址统一分配、设置和修改。优点：配置简单；IP地址的利用率低。动态地址：IP地址可由多台设备按需动态使用，当设备连接到网络时，服务器就为设备分配一个IP地址，连接断开后地址收回，供其他设备连接使用。IP地址利用率高；配置复杂，需要使用动态IP地址协议。（3）地址与域名由于IP地址使用数字表达，比较难以记忆，因此，在因特网中采用域名来表示因特网主机。域名与IP地址一一对应，例如新浪网主机的域名为 （IP地址为202.106.185
18、.196），当用户键入域名，相应的主机上的域名服务软件执行一次局部域名的查询，即域名服务器在DNS数据库中查找名字，并找到相应的IP地址。4子网及可变长子网掩码在网络内部，为了向网络管理员提供额外的灵活性，通常将网络分割成多个小的子网，子网地址通常由网络管理员来分配，每个子网地址是唯一的。子网地址包含一个网络号、一个在本网络内的子网号，以及在本子网内的主机号。为了创建一个子网地址，网络管理员从主机域“借”位并把它们指定为子网域，例如，网络管理员决定为191.22.0.0/16网络配置64个子网（26），每个子网最多支持1022个主机（210-2）时，可以从主机域中“借”出6位做为子网号。子网掩
19、码用于辨别IP地址中哪部分为网络地址，哪部分为主机地址，由1和0组成，长32位，子网掩码的网络部分和子网部分全都是1，它的主机部分全都是0，默认子网掩码：A类网络是255.255.255.0，B类网络是255.255.0.0，C类网络是255.255.255.0。当把一个IP网络分成几个不相等的部分时，每部分将具有自已唯一的子网掩码，可变长子网掩码可以使子网的大小反映出每个划分中需要的主机地址。例如：某公司目前使用的是一个C类地址192.168.10.x，它需要建立3个子网。子网A有50台主机，子网B有25台主机，子网C有10台主机。利用VLSM，我们可以设子网A掩码为255.255.255.
20、192（最多可支持62台主机），子网B掩码为255.255.255.224（最多可支持30台主机），子网C掩码为255.255.255.240（最多可支持14台主机）。在因特网上，一个网络把其他网络看成是一个单一的网络，并不清楚其它网络是否包含子网。子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。如有一个C类网络，它的网络地址是192.168.10.0，在这个网络内部划分了一些子网，假设另一个IP地址为197.16.23.2的一台计算机想将数据发送给该网络中IP地址为192.168.10.2的计算机。数据在因特网上传输，直到到达该C类网的路由器，路由器的工作是确定将数据发送
21、给C类网络的哪个子网。首先，路由器从收到的数据包中提取目的IP地址，确定其中哪部分是网络域，哪部分是子网域，设该类子网掩码为255.255.255.192，将其与IP地址192.168.10.2进行以下逻辑与（AND）操作。这两个数与操作后，得到子网的网络地址为192.168.10.0，路由器将把数据发送给该子网。将子网掩码取反再与IP地址逻辑与（AND）后得到的结果即为主机号0.0.0.2。设计B类、C类网络时，可以参照表4-3，表4-4来确定子网数、主机数和子网掩码。5子网设计举例建设一个IP网络，首先要根据用户需要设计完成整个网络编址方案，应该考虑其子网地址足够大，以支持所需要的主机数。
22、建议按以下步骤定义子网掩码：（1）将要划分的子网数目转换为2的m次方。m表示占用主机地址的位数。（2）将m从高位到低位占用主机地址m位后转换为十进制。如m为4,则主机地址为11110000，转换为十进制为240，即为最终确定的子网掩码。如果是C类网，则子网掩码为255.255.255.240；如果是B类网，则子网掩码为255.255.240.0；如果是A类网，则子网掩码为255.240.0.0。例：将一个C类网络分成4个子网，每个子网可支持62台主机。若我们用的网络号为192.128.20，则该C类网内的主机IP地址就是192.128.20.1192.128.20.254，现将网络划分为4个部
23、分，步骤如下：因22=4，取m=2，则二进制为11，占用主机地址的高位即为11000000，转换为十进制为192。这样就可确定该子网掩码为：192.128.20.192，4个子网的设计分别为：子网1：子网地址=192.128.20.0主机地址=192.128.20.1192.128.20.62广播地址=192.128.20.63子网2：子网地址=192.128.20.64 主机地址=192.128.20.65 192.128.20.126广播地址=192.128.20.127子网3：子网地址=192.128.20.128主机地址=192.128.20.129192.128.20.190广播地址
24、=192.128.20.191子网4：子网地址=192.128.20.192主机地址=192.128.20.193192.128.20.254广播地址=192.128.20.255总之，当设计一个VLSM网络时，我们将要考虑以下问题：当前或将来在这一级别总共需要多少个子网。当前或将来在这一级别的子网中，最大的子网需要容纳多少台主机。在每一个级别，设计者应该保证有足够数量的子网和主机可用，且最好是留有一个比特的余地。4.3 宽带IP网络学习内容与要求:1. 了解宽带IP网的概念2. 了解DWDM/SDH/ATM网上传输IP的技术3. 熟悉宽带IP网结构及网络构建方案宽带IP网是指因特网的路由器、
25、中继通信线路、用户接入线路和用户终端都是宽带的，通常中继线带宽为几至几十Gbit/s，接入带宽为1100Mbit/s。随着宽带IP技术的发展，在IP网上传输话音、视频等业务，保证服务质量等问题正逐步得到解决，通信、广播、计算机三网将融合汇聚到宽带IP网上。IP业务即将成为通信业务的主流，但传统电信传输网的基础网是DWDM、SDH、ATM而不是IP，因此，近年发展了在这些网上传输IP的多种方法，如IP Over ATM，IP Over SDH，IP Over DWDM等。一IP Over ATM技术ATM即异步转移模式，是ITU-T为宽带综合业务数字网制定的信息传递模式。ATM是面向连接的网络技
26、术，采取资源预定，用虚电路逻辑连接后再通信，存在着相应的信令选路规程和地址结构。ATM的优势：具有速度快、容量大、高可靠的服务质量保证、无级带宽分配、自愈能力强、安全等，它集中了电路交换和分组交换的优点，可以保证话音、数据、图像及多媒体信息传输中的QoS，较适合做骨干网。IP over ATM的基本原理：将IP数据包在ATM层封装为ATM信元，数据以ATM信元的形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，先根据IP数据包的IP地址进行处理，按路由转发。再按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。数据包在此VC上以直通方式传输而不再经过路由器的地址解析处理。利用ATM构建因特网
27、骨干网具有以下优点：（1）网络带宽大幅度提高，ATM能提供从155Mbit/s到2.5Gbit/s的端口速率，将来甚至可提供10Gbit/s的端口速率；（2） 服务质量能得到保证；（3）端口数量多，吞吐量大，能显著降低设备费用；（4）可靠性、可扩展性和可管理性大大提高。IP与ATM技术的结合，可以保证服务质量和可靠性，满足实时多媒体业务的要求。难点在于，ATM是面向连接的技术，而IP是面向无连接的技术。IP协议有自己的寻址方式和相应的选路功能，而ATM技术也存在相应的信令、选路规程和地址结构，且ATM网内部开销较大，IP数据包装在ATM信元中，传输能力损失大约20%。二IP Over SDH/
28、SONET技术IP Over SDH/SONET是指在SDH/SONET网络上直接运行IP业务。SDH即数字同步体系。SONET是指同步光网络，我国数字传输平台大规模采用SDH网络。SDH的主要特点是提供同步复用、标准光接口和功能强大的网络管理。（1）IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH/SONET帧结构上，省去了中间的ATM层，简化了IP网络体系结构，提高了数据传输效率；IP Over SDH具有较高吞吐量，较低协议开销，较高带宽利用率，可以缓解广域网中带宽资源紧张的问题，适用于IP业务占主要地位的网络环境。以Internet网为无连接IP网，继续采用路由器为核心构建广域网，简化了网络体系结构，实现相对比较容易，大大降低了建设费用。（2）将IP网络建立在SDH/SONET传输平台上，兼容各种不同的技术和标准，可以很容易地跨越地区
