思科认证CCNA5串讲1OSI与TCPIP.docx
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思科认证CCNA5串讲1OSI与TCPIP
思科认证CCNA5.0串讲1 OSI与TCP/IP
本小节的要点包括:
●OSI与TCP/IP协议框架
●OSI各层功能特点
●封装与解封装(PDU)
●IP包头结构
●IP报文传输过程
●常见IP相关协议(ARP,ICMP…)
●传输层功能
●TCP与UDP对比
1.1 OSI与TCP/IP协议框架
OSI是网络界的法律,主要目的是实现各厂商设备的兼容操作,TCP/IP是互联网的主流协议。
图1是OSI与TCP/IP协议模型的对比。
图1 OSI与TCP/IP协议模型
1.2 OSI每层功能及特点
1、物理层:
其作用是传输BIT信号,典型设备代表如HUB(集线器)。
2、数据链路层:
包括LLC和MAC子层,LLC负责与网络层通讯,协商网络层的协议。
MAC负责对物理层的控制。
本层的典型设备是SWITCH(交换机)。
3、网络层:
本层的作用是负责路由表的建立和维护,数据包的转发。
本层的典型设备是ROUTER(路由器)。
4、传输层:
本层将应用数据分段,建立端到段的虚连接,提供可靠或者不可靠传输。
5、会话层:
本层负责两个应用之间会话的管理和维护。
6、表示层:
本层解决数据的表示、转换问题,是人机之间通讯的协调者,如进行二进制与ASCII码的转换。
7、应用层:
本层是人机通讯的接口。
典型的应用程序如FTP、HTTP等。
1.3 OSI封装,解封装以及PDU
1.3.1 封装
●所谓封装是指在发送方发生的自上而下的过程
●在每一层为应用数据添加上特定的头部/尾部信息(PDU,ProtocolDataUnit,协议数据单元)
●Application(应用程序)→segment(数据段)→packet(数据包)→frame(数据帧)→bit(比特,二进制位)
1.3.2 解封装
●所谓解封装是指在接收方发生的自下而上的过程
●逐层的去掉头部以及尾部信息
1.4 IP包结构
IP包结构的结构如图2所示。
图2 IP包结构
其中的重要字段包括:
●TTL(TimeToLive,生存时间):
每经过路由器一次,此值减一。
如果该值为0路由器就不会再转发此数据包。
●Protocol(协议):
网络层和传输层之间的通讯接口,用于识别传输层的传输协议。
●Identification(序号):
对每发送的一个数据包进行编号。
●Flag(偏移标志),Frag.Offset(偏移量):
用于接收方将数据包的分片进行。
1.5 IP报文传输过程
IP报文传输过程包括:
1.Hostsendspackettodefaultgateway(主机将数据包发送到默认网关)
2.Packetplacedinframe(数据包被封装入帧)
3.Routerreceivesframe(路由器接到帧)
4.Routerfindsdestinationnetworkinroutetable(路由器在路由表中发现目标网络)
5.Routerchoosesnexthoptowarddestination(路由器选择一个更接近目标的下一跳)
6.MACaddressofnexthopdetermined(下一跳的MAC地址被确定)
7.Packetplacedinframe(数据包被封装入帧)
8.Repeatssteps2through7asnecessary(如果需要的话,重复步骤2~7)
9.Routerreceivesframe(路由器接到帧)
10.Routerfindsnetworkdirectlyconnected(路由器发现直连网络)
11.MACaddressofendhostdetermined(最终主机的MAC地址被确定)
12.Packetplacedinframetofinaldestination(帧中的数据包被发送到最终主机)
IP报文传输整个过程的示意如图3所示。
图3 IP报文传输过程
在数据包端到端的传输过程中,逻辑地址始终不会发生改变,而MAC地址则随着具体链路的不同而不同。
路由器在某一个入接口上接收到数据帧后,先检测目的地是否是自己。
若是,则交给上层处理,否则会缓存数据包内容,然后根据目标地址查找路由表找到相关表项,得到NEXTHOP及出接口的MAC地址,用这两个地址作为新的目的及源MAC地址封装事先缓存的数据包,然后转发,这个过程称为帧的重写(REWRITE)。
1.6 IP相关协议
1.6.1 ARP
ARP(AddressResolutionProtocol,地址解析协议)有以下特点:
●ARP由ARPRequest(广播)与ARPReply(单播)组成。
●只有当发送方认为目标主机与自己位于同一逻辑网络(同一网段),ARPRequest才会发出。
●属于本地的MAP(不同于FRMAP)IP地址与MAC地址均属于同一个设备(接口)。
其工作过程示意如图4所示。
图4 ARP工作过程示意图
1.6.2 ICMP
IP协议是一种不可靠的协议,无法进行差错控制。
但IP协议可以借助其他协议来实现这一功能,如ICMP。
如图5所示。
图5 ICMP
ICMP协议允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
一般来说,ICMP报文提供针对网络层的错误诊断、拥塞控制、路径控制和查询服务四项大的功能。
如,当一个分组无法到达目的站点或TTL超时后,路由器就会丢弃此分组,并向源站点返回一个目的站点不可到达的ICMP报文。
1.7 传输层功能
传输层的功能包括:
●SessionMultiplexing(多路复用):
多个应用会话复用在同一个端到端的连接(同一个源IP和目的IP对)之上,通过端口号加以识别。
●Segmentation(分段):
将大块的应用数据分割成更适合于传输的段。
●FlowControl(流控):
软件流控,防止在网络拥塞时丢包降低网络拥塞的可能性。
●Buffering(缓冲):
分为接受缓存和发送缓冲,用来暂存传输数据。
1.8 TCP与UDP对比
如图6、图7所示,是TCP与UDP的报文头格式。
图6 TCP报文头格式
图7 UDP报文头格式
它们的不同在于:
●TCP
面向连接(同步,确认,窗口)
提供可靠的传输服务
可靠性高
●UDP
无连接
提供尽力而为(Best-Effort)的服务
效率高
1.9 TCP的序列号和确认号
TCP的序列号和确认号用来对收到的对方的数据包进行确认。
序列号和确认号是以字节数为单位的,确认号等于发送方的序列号加1。
如图8所示。
图8 TCP的序列号和确认号
1.10 TCP滑动窗口
滑动窗口用来实现流量控制。
它用来防止发送过快的发送端的数据将接收缓慢的接收端淹没,造成接收端缓冲区溢出。
窗口的大小是以包的字节数为单位而不是以包的数量为单位的,滑动窗口属于TCP的流控方式之一。
如图9所示。
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