第1章

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第1章

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)概述1.2常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與組網(wǎng)1.3網(wǎng)絡(luò)參考模型1.4數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程2新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)引言：數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字化社會(huì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字化社會(huì)的重要基座數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是由多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端設(shè)備等構(gòu)成，能夠滿足各種通信需求。IP（InternetProtocol，網(wǎng)際協(xié)議）是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。3新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基本概念新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)指的是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互及信息互通的、以IP協(xié)議為核心的網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)由各種不同類型的數(shù)據(jù)通信設(shè)備構(gòu)成，包括但不限于由路由器、交換機(jī)、防火墻、無(wú)線接入點(diǎn)等，其最基本的功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)一方面連接各種類型的終端（例如個(gè)人電腦、手機(jī)以及應(yīng)用服務(wù)器等），另一方面連接提供各類服務(wù)的應(yīng)用（例如辦公系統(tǒng)等），從而滿足用戶使用各種數(shù)字化應(yīng)用及服務(wù)的需求。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)類型園區(qū)網(wǎng)絡(luò)（CampusNetwork）：園區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋各種類型的園區(qū)，例如校園、企業(yè)辦公園區(qū)、工業(yè)園區(qū)、商業(yè)超市等，它是聯(lián)接物理世界與數(shù)字世界的橋梁。園區(qū)網(wǎng)絡(luò)可以理解為是一類典型的局域網(wǎng)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（DataCenterNetwork）：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是承載數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，可以滿足數(shù)據(jù)中心內(nèi)部計(jì)算單元之間的通信需求，也可以滿足數(shù)據(jù)中心內(nèi)部計(jì)算單元和外部網(wǎng)絡(luò)之間的通訊需求。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于應(yīng)用、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源。城域網(wǎng)絡(luò)/廣域網(wǎng)絡(luò)：城域網(wǎng)絡(luò)通常用于將不同地理位置的園區(qū)連接起來(lái)，也能實(shí)現(xiàn)園區(qū)與同城的數(shù)據(jù)中心之間的連接。廣域網(wǎng)絡(luò)能連接多個(gè)地區(qū)、城市或國(guó)家，也可以橫跨幾個(gè)洲并提供遠(yuǎn)距離通信，形成國(guó)際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。5新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.2常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與組網(wǎng)新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)6園區(qū)網(wǎng)絡(luò)作為園區(qū)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為園區(qū)的數(shù)字化、信息化提供統(tǒng)一的平臺(tái)。廣域網(wǎng)絡(luò)可以將不同地理位置的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，也能實(shí)現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心之間的連接。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是提供計(jì)算和存儲(chǔ)能力的重要引擎，包含服務(wù)器、存儲(chǔ)、各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及與之配套的環(huán)境控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、安全設(shè)備等。園區(qū)交換機(jī)新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)7組建園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備（PC、打印機(jī)以及服務(wù)器等）的接入。學(xué)習(xí)每個(gè)接口相連設(shè)備的MAC地址，并維護(hù)MAC地址表。實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀交換。實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的準(zhǔn)入控制。路由器新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)8連接不同的廣播域及IP網(wǎng)段。維護(hù)IP路由表（RoutingTable），運(yùn)行路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑（路由信息）。根據(jù)IP路由表實(shí)現(xiàn)IP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。通常具備網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、訪問(wèn)控制等功能。路由器Internet數(shù)據(jù)中心交換機(jī)新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)9數(shù)據(jù)中心交換機(jī)用于連接包括服務(wù)器、存儲(chǔ)在內(nèi)的各種設(shè)備。數(shù)據(jù)中心交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)分區(qū)的連接，以及將業(yè)務(wù)分區(qū)連接到互聯(lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)、園區(qū)網(wǎng)接入?yún)^(qū)及廣域網(wǎng)接入?yún)^(qū)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)大多采用兩層Spine-Leaf架構(gòu)。防火墻新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)10實(shí)現(xiàn)流量控制（安全策略、帶寬管理、智能選路等）。實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)（入侵防御、反病毒、抵御DDoS攻擊、URL過(guò)濾、內(nèi)容過(guò)濾、應(yīng)用行為控制等）。實(shí)現(xiàn)用戶管理（接入認(rèn)證等）。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密及虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(wù)。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換及其他安全功能。WAC及AP新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)11FATAPInternet組網(wǎng)特點(diǎn)：不需要其他設(shè)備對(duì)其進(jìn)行管理即可正常工作，部署方便，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低。適用范圍：家庭、微型門(mén)店等。WAC+FITAP組網(wǎng)特點(diǎn)：需要WAC的配合才能夠進(jìn)行工作，WAC對(duì)所有FITAP進(jìn)行集中管理和控制。適用范圍：大中型企業(yè)。云AP組網(wǎng)特點(diǎn)：需要配合云管理平臺(tái)使用，支持即插即用，部署簡(jiǎn)單，并且不受部署空間的限制，能靈活的擴(kuò)展。適用范圍：小范圍Wi-Fi覆蓋的中小型企業(yè)。InternetFATAPFITAPWACCloudAP1.3網(wǎng)絡(luò)參考模型新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)12現(xiàn)實(shí)世界中的業(yè)務(wù)交互過(guò)程新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)13三種經(jīng)典模型14新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)TCP/IP模型與常見(jiàn)的協(xié)議15新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)應(yīng)用層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層為應(yīng)用軟件提供接口，使應(yīng)用程序能夠使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用層對(duì)應(yīng)的并不是用戶直接使用的應(yīng)用程序，例如當(dāng)用戶訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)時(shí)，用戶直接使用的是Web瀏覽器，Web瀏覽器是一個(gè)應(yīng)用程序，Web瀏覽器通過(guò)應(yīng)用層的協(xié)議HTTP來(lái)實(shí)現(xiàn)Web內(nèi)容交互。應(yīng)用層協(xié)議會(huì)指定相應(yīng)的傳輸層協(xié)議，以及所使用的傳輸層端口等。對(duì)應(yīng)的PDU（ProtocolDataUnit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）是Data（數(shù)據(jù)），它們是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要傳輸?shù)妮d荷數(shù)據(jù)。16新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)傳輸層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和取消一次端到端的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，控制傳輸節(jié)奏的快慢，調(diào)整數(shù)據(jù)的排序等。對(duì)應(yīng)的PDU是Segment（數(shù)據(jù)段）。經(jīng)典的傳輸層協(xié)議有TCP與UDP。TCP（TransmissionControlProtocol）UDP（UserDatagramProtocol）面向連接無(wú)連接可靠的傳輸盡力而為的傳輸字節(jié)流消息流控、差控及擁塞機(jī)制等無(wú)應(yīng)用：HTTP、FTP、Telnet等應(yīng)用：DHCP、DNS等17新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的端到端傳輸，將數(shù)據(jù)從源轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，為節(jié)點(diǎn)提供邏輯地址，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的尋址與轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)應(yīng)的PDU是Packet（數(shù)據(jù)包）。關(guān)鍵協(xié)議：IP、ICMP等。工作在網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備：路由器18新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)物理鏈路上的兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，并處理錯(cuò)誤通知、流量控制等。數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)應(yīng)的PDU是Frame（幀）。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有：LLDP（LinkLayerDiscoveryProtocol，鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議）、PPP（Point-to-PointProtocol，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）、STP（SpanningTreeProtocol，生成樹(shù)協(xié)議）等。工作在數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備：二層交換機(jī)。19新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)物理層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)到達(dá)物理層之后，物理層會(huì)根據(jù)物理介質(zhì)的不同，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)、電信號(hào)等。物理層關(guān)注的是單個(gè)“0”和“1”的發(fā)送、傳輸、和接收。物理層定義了線纜、針腳、接口等物理特性與規(guī)范。本層對(duì)應(yīng)的PDU是Bit（比特）。20新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.4數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)21數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的封裝與解封裝新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)22端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(1）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)23端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(3）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)24端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(4）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)25端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(5）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)26端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(6）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)27端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(7）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)28端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(8）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)29端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(9）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)30端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(10）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)31數(shù)據(jù)幀對(duì)應(yīng)的比特流被轉(zhuǎn)換為光電信號(hào)通過(guò)鏈路傳輸?shù)絉2。10R2解析IP頭部后發(fā)現(xiàn)，報(bào)文的目的IP地址并非本機(jī)的IP地址，因此判斷該報(bào)文并非發(fā)送給自己，于是在其路由表中查詢到達(dá)的路由，從匹配的路由表項(xiàng)得知需將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給位于直連網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)設(shè)備WebServer。13R2接收光電信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為比特流。11R2將比特流還原為數(shù)據(jù)幀，R2解析幀頭后發(fā)現(xiàn)，該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址與收到該數(shù)據(jù)幀的接口的MAC地址相同，于是接收該幀，并通過(guò)幀頭中的類型字段判斷出該幀承載的上層數(shù)據(jù)是IP報(bào)文。它將幀頭解封裝，將里面的IP報(bào)文遞交IP協(xié)議去處理。12R2重新將該報(bào)文封裝成幀。在幀頭中寫(xiě)入的源MAC地址為R2的GE0/0/1接口的MAC地址，而目的MAC地址則為該報(bào)文的下一跳（WebServer）的MAC地址14端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程舉例(11）新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)踐-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)32數(shù)據(jù)幀對(duì)應(yīng)的比特流被轉(zhuǎn)換為光電信號(hào)通過(guò)鏈路傳輸?shù)絯ebServer。15WebServer解析IP頭后發(fā)現(xiàn)，報(bào)文的目的IP地址是本機(jī)的IP地址，因此判斷該報(bào)文就是發(fā)送給自己的，它通過(guò)協(xié)議號(hào)字段判斷出，IP包頭后面封裝的是TCP數(shù)據(jù)，因此將IP包頭解封裝，將TCP數(shù)據(jù)提交給TCP協(xié)議去處理。18WebServer接收光電信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為比特流。16WebServer發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址與收到該數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)卡的MAC地址相同，于是接收該幀，并通過(guò)“類型”字段判斷出該幀承載的上層數(shù)據(jù)是IP