項(xiàng)目2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)【項(xiàng)目背景】為了加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)的直觀理解，小王準(zhǔn)備組建辦公網(wǎng)，初期規(guī)劃如圖所示，以便學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)，積累組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)。1．知識(shí)目標(biāo)（1）了解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。（2）了解OSI-RM通信標(biāo)準(zhǔn)及其各層功能。（3）了解TCP/IP通信標(biāo)準(zhǔn)，掌握TCP/IP各層的主要協(xié)議。2．技能目標(biāo)會(huì)組建簡(jiǎn)單的辦公網(wǎng)。3．素質(zhì)目標(biāo)（1）培養(yǎng)讀者整理知識(shí)筆記的習(xí)慣，按照標(biāo)準(zhǔn)格式制作實(shí)訓(xùn)報(bào)告。（2）培養(yǎng)讀者和同學(xué)友好溝通的能力，建立團(tuán)隊(duì)協(xié)作關(guān)系。在小組實(shí)訓(xùn)中，做到項(xiàng)目明確、分工合理、落實(shí)到位、工作有序?！卷?xiàng)目目標(biāo)】2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議【知識(shí)準(zhǔn)備】【技術(shù)介紹】

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，各廠商開(kāi)發(fā)出多種不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如何實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通？采取怎樣措施管理這些系統(tǒng)？……人們根據(jù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（NetworkArchitecture）建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信模型，解決這些問(wèn)題?！炯夹g(shù)介紹】網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用分層方式，由服務(wù)、接口和協(xié)議組成。①服務(wù)：某一層為上一層提供怎樣功能。②接口：上一層使用下一層服務(wù)的方式。③協(xié)議：通信雙方對(duì)傳送內(nèi)容、形式、應(yīng)答的約定?！炯夹g(shù)介紹】

2．網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是通信雙方進(jìn)行信息傳輸和控制信息傳輸時(shí)必須遵守的各種標(biāo)準(zhǔn)和約定，由語(yǔ)義、語(yǔ)法和時(shí)序3要素組成。①語(yǔ)義：規(guī)定通信雙方“講什么”，即發(fā)出何種信息，完成何種動(dòng)作，如何應(yīng)答。②語(yǔ)法：規(guī)定通信雙方“如何講”，即確定傳輸信息的格式、編碼等。③時(shí)序：規(guī)定通信雙方“何時(shí)通信”，即對(duì)實(shí)現(xiàn)順序進(jìn)行說(shuō)明，也稱為“同步”?！炯夹g(shù)介紹】

2．網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議協(xié)議是不同開(kāi)放系統(tǒng)的對(duì)等層之間的通信約定，通過(guò)協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的虛擬對(duì)話。實(shí)體的對(duì)等層之間不直接相連，協(xié)議實(shí)現(xiàn)的是虛通信。實(shí)通信需要依靠實(shí)體中的上下層之間提供服務(wù)，并借助最底層的物理介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2網(wǎng)絡(luò)OSI-RM通信標(biāo)準(zhǔn)【知識(shí)準(zhǔn)備】【技術(shù)介紹】1．OSI-RM概述1984年，ISO制定了OSI-RM。為OSI-RM，該模型通過(guò)IMP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通?！炯夹g(shù)介紹】

2．OSI-RM各層功能

OSI-RM將網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程分成7層，由高到低分別是應(yīng)用層（ApplicationLayer）、表示層（PresentationLayer）、會(huì)話層（SessionLayer）、傳輸層（TransportLayer）、網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）、數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）和物理層（PhysicalLayer）?！炯夹g(shù)介紹】

2．OSI-RM各層功能

（1）應(yīng)用層應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)接口。用戶提供服務(wù)，幫助用戶完成使用網(wǎng)絡(luò)完成工作。如Telnet協(xié)議為用戶提供遠(yuǎn)程登錄服務(wù)過(guò)程?！炯夹g(shù)介紹】

2．OSI-RM各層功能

（2）表示層對(duì)上層傳輸信息轉(zhuǎn)換，保證被另一臺(tái)終端應(yīng)用層接收，實(shí)現(xiàn)加密、壓縮、轉(zhuǎn)換等。（3）會(huì)話層會(huì)話層為兩個(gè)通信實(shí)體建立連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間連接建立、連接維持、會(huì)話同步?！炯夹g(shù)介紹】

2．OSI-RM各層功能

（4）傳輸層提供應(yīng)用程序端到端（PorttoPort）通信連接。因?yàn)楦鞣N通信網(wǎng)絡(luò)差異大，傳輸層對(duì)上層提供透明（不依賴于具體網(wǎng)絡(luò)）、可靠傳輸?！炯夹g(shù)介紹】

2．OSI-RM各層功能

（5）網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)IP數(shù)據(jù)包傳輸。網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行路由選擇（尋徑），保證上層數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、無(wú)誤傳輸?shù)侥康木W(wǎng)絡(luò)。其中，網(wǎng)絡(luò)層PDU稱IP數(shù)據(jù)包。典型設(shè)備是路由器。【技術(shù)介紹】

2．OSI-RM各層功能

（6）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)相鄰節(jié)點(diǎn)鏈路建立、維持和拆除；將信息組裝成幀，在物理通道傳送。為彌補(bǔ)物理層不足，數(shù)據(jù)鏈路層還要對(duì)數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)和糾錯(cuò)。數(shù)據(jù)鏈路層PDU稱幀，典型設(shè)備是交換機(jī)?！炯夹g(shù)介紹】2．OSI-RM各層功能

（7）物理層物理層為數(shù)據(jù)傳輸，提供標(biāo)準(zhǔn)化物理連接服務(wù)。定義通信設(shè)備之間接口標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定機(jī)械特性、電氣特性、功能特性、規(guī)程特性。物理層PDU稱比特流，典型設(shè)備是集線器（Hub）?！炯夹g(shù)介紹】3．?dāng)?shù)據(jù)封裝和解封裝

按照OSI-RM標(biāo)準(zhǔn)，在發(fā)送數(shù)據(jù)前，發(fā)送設(shè)備從上到下逐層添加各層控制信息（報(bào)頭），形成最后比特流。封裝使通信設(shè)備上、下層接口知道如何處理數(shù)據(jù)。【技術(shù)介紹】3．?dāng)?shù)據(jù)封裝和解封裝

接收設(shè)備按OSI-RM標(biāo)準(zhǔn)，從下到上逐層剝離同等層封裝信息，稱解封裝。最后，把原始數(shù)據(jù)提交給應(yīng)用層進(jìn)行處理，完成通信過(guò)程。2.3網(wǎng)絡(luò)TCP/IP通信標(biāo)準(zhǔn)【知識(shí)準(zhǔn)備】【技術(shù)介紹】

2.3TCP/IP通信標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)DARPA實(shí)現(xiàn)ARPANET計(jì)劃，開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。1．TCP/IP通信特點(diǎn)TCP/IP規(guī)劃4層結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)際層）和網(wǎng)絡(luò)接口層。接口層沒(méi)有規(guī)劃內(nèi)容。【技術(shù)介紹】1．TCP/IP通信特點(diǎn)TCP/IP通信標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)比OSI-RM更早，OSI-RM通信標(biāo)準(zhǔn)是在TCP/IP通信標(biāo)準(zhǔn)上的細(xì)化，因此TCP/IP更簡(jiǎn)單，OSI-RM更精細(xì)?！炯夹g(shù)介紹】2．TCP/IP各層功能（1）應(yīng)用層對(duì)應(yīng)OSI-RM會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層，向用戶提供應(yīng)用服務(wù)，方便使用網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層包含多種應(yīng)用，如FTP、簡(jiǎn)易文件傳送協(xié)議（TFTP）、HTTP、簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議（SMTP）等?！炯夹g(shù)介紹】2．TCP/IP各層功能（2）傳輸層傳輸層介于通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)間，為終端程序提供端到端服務(wù)。其中，通信子網(wǎng)完成通信；資源子網(wǎng)完成數(shù)據(jù)處理。傳輸層兩個(gè)協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）?！炯夹g(shù)介紹】2．TCP/IP各層功能（3）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層允許終端將封裝包發(fā)送到網(wǎng)上，為這些包選擇最佳路徑，到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層包含多個(gè)協(xié)議，如IP、互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）、互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）和ARP等?！炯夹g(shù)介紹】2．TCP/IP各層功能（4）網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從一臺(tái)終端到另一臺(tái)終端方法，穿越多個(gè)物理網(wǎng)過(guò)程。包括數(shù)據(jù)封裝成幀；通過(guò)物理介質(zhì)（如光纖、雙絞線、無(wú)線電波等），穿越物理網(wǎng)。【技術(shù)介紹】2．TCP/IP各層功能（4）網(wǎng)絡(luò)接口層在設(shè)計(jì)TCP/IP通信標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，沒(méi)有考慮具體介質(zhì)，沒(méi)有對(duì)底層（數(shù)據(jù)鏈路層、物理層）規(guī)定。因此，網(wǎng)絡(luò)接口層沒(méi)有具體內(nèi)容，指出終端使用底層協(xié)議，連接到某種網(wǎng)絡(luò)，不同終端、不同網(wǎng)絡(luò)使用底層協(xié)議不盡相同?！炯夹g(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（1）傳輸層主要協(xié)議傳輸層協(xié)議有TCP和UDP，為兩臺(tái)終端應(yīng)用程序提供端（端口）到端（端口）通信。在這個(gè)過(guò)程中，傳輸層使用TCP和UDP經(jīng)典協(xié)議實(shí)現(xiàn)可靠通信?！炯夹g(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（1）傳輸層主要協(xié)議：TCPTCP保障網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間可靠通信，將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、按順序從源端口傳到目的端口，提供可靠、無(wú)差錯(cuò)通信服務(wù)，保障網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。圖為T(mén)CP報(bào)文格式?！炯夹g(shù)介紹】（1）傳輸層主要協(xié)議：TCPa．3次握手機(jī)制TCP使用3次握手建立連接，保障通信可靠性。其中連接可由任何一方發(fā)起。如圖3次握手過(guò)程?！炯夹g(shù)介紹】（1）傳輸層主要協(xié)議：TCPa．3次握手機(jī)制第1次握手，客戶機(jī)發(fā)請(qǐng)求。第2次握手，服務(wù)器收到請(qǐng)求發(fā)送確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)通信同步。第3次握手時(shí)，客戶機(jī)告知服務(wù)器，客戶機(jī)已收到確認(rèn)消息，開(kāi)始通信。【技術(shù)介紹】（1）傳輸層主要協(xié)議：TCPb．4次揮手機(jī)制客戶機(jī)和服務(wù)器之間通過(guò)4個(gè)報(bào)文關(guān)閉連接，稱為4次揮手。第1次揮手時(shí)，客戶機(jī)發(fā)送FIN報(bào)文，表示發(fā)送完畢，客戶機(jī)進(jìn)入FIN_WAIT_1。第2次揮手時(shí)，服務(wù)器收到FIN報(bào)文，發(fā)送確認(rèn)給客戶機(jī)，客戶機(jī)等待數(shù)據(jù)傳輸完畢。第3次揮手時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸完畢后，服務(wù)器發(fā)送FIN報(bào)文給客戶機(jī)，通知關(guān)閉連接，服務(wù)器進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)。第4次揮手時(shí)，客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送ACK報(bào)文，進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)。服務(wù)器收到ACK報(bào)文段，關(guān)閉連接?！炯夹g(shù)介紹】4次揮手機(jī)制【技術(shù)介紹】（1）傳輸層主要協(xié)議：TCP。

c．重傳機(jī)制為了避免丟包，TCP使用重傳糾錯(cuò)。在傳輸中，接收到信息立即發(fā)回應(yīng)答（ACK），通知正確接收，ACK是下一個(gè)報(bào)文。如果沒(méi)有收到確認(rèn)，發(fā)送方需要重新發(fā)送?！炯夹g(shù)介紹】（1）傳輸層主要協(xié)議：TCPd．滑動(dòng)窗口機(jī)制TCP滑動(dòng)窗口，動(dòng)態(tài)改變窗口大小，控制流量。TCP有兩個(gè)滑動(dòng)窗口：一個(gè)用于接收數(shù)據(jù)，另一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)。通過(guò)滑動(dòng)窗口控制流量?！炯夹g(shù)介紹】（1）傳輸層主要協(xié)議：TCPe．端口號(hào)傳輸層提供端到端通信，這里端指應(yīng)用程序服務(wù)“端口”。計(jì)算機(jī)在同一時(shí)間運(yùn)行多個(gè)程序，端口服務(wù)，標(biāo)明一臺(tái)計(jì)算機(jī)從特定進(jìn)程傳輸信息，到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)特定進(jìn)程?！炯夹g(shù)介紹】（1）傳輸層主要協(xié)議:TCPe．端口號(hào)傳輸層使用源端口和目的端口通信。客戶機(jī)使用的源端口隨機(jī)分配，目的端口由服務(wù)器指定。源端口號(hào)為大于1023號(hào)；目的端口號(hào)為服務(wù)器啟用應(yīng)用程序（服務(wù)）端口號(hào)：0-1023?！炯夹g(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（1）傳輸層主要協(xié)議：

UDPUDP提供無(wú)連接通信服務(wù)：無(wú)須建立連接，實(shí)現(xiàn)快速通信服務(wù)。UDP只完成端口和差錯(cuò)檢測(cè)功能，馬上發(fā)送，加快速度。UDP對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)不排序、不重傳、不流量控制，報(bào)文發(fā)送后，無(wú)法得知其是否已安全、完整地到達(dá)目的地址。圖為UDP報(bào)文格式?！炯夹g(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（2）網(wǎng)絡(luò)層主要協(xié)議:IPIP把不同底層物理網(wǎng)提交數(shù)據(jù)，統(tǒng)一封裝成IP包，屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，將IP包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。圖為IP數(shù)據(jù)包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸過(guò)程。【技術(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（2）網(wǎng)絡(luò)層主要協(xié)議：

IPIP對(duì)底層物理網(wǎng)硬件沒(méi)要求，任何網(wǎng)絡(luò)提交數(shù)據(jù)，使用IP統(tǒng)一封裝成IP數(shù)據(jù)包。圖為封裝完成的IP數(shù)據(jù)包（類似信件）?！炯夹g(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（2）網(wǎng)絡(luò)層主要協(xié)議：

IP為在復(fù)雜互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可靠傳輸，IP使用復(fù)雜標(biāo)識(shí)信息，將數(shù)據(jù)封裝成IP數(shù)據(jù)包。圖為第4版互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPv4）數(shù)據(jù)包的封裝格式，包括分組頭和數(shù)據(jù)部分?！炯夹g(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（2）網(wǎng)絡(luò)層主要協(xié)議：ICMPIP是不可靠協(xié)議，需要借助其他協(xié)議，即ICMP，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接測(cè)試。ICMP允許計(jì)算機(jī)或路由器報(bào)告網(wǎng)絡(luò)連接狀況，提供異常連接報(bào)告，如通過(guò)測(cè)試（ping命令），了解網(wǎng)絡(luò)連接是否暢通?！炯夹g(shù)介紹】3．TCP/IP主要協(xié)議

（2）網(wǎng)絡(luò)層主要協(xié)議：ARP

ARP協(xié)議：維護(hù)IP地址與MAC地址的映射關(guān)系，即ARP表項(xiàng)。在DOS（DOS）中，利用“ARP–a”命令，查看IP地址和MAC地址映射關(guān)系。2.4網(wǎng)絡(luò)通信IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)【知識(shí)準(zhǔn)備】【技術(shù)介紹】

2.4IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)由電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）成立局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，制定一系列局域網(wǎng)和城域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。旨在規(guī)范網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層通信，確保不同廠商設(shè)備在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中協(xié)同工作?！炯夹g(shù)介紹】2.4IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)1．IEEE802與OSI-RMIEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)OSI-RM通信標(biāo)準(zhǔn)的最低兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。將數(shù)據(jù)鏈路層細(xì)分為MAC子層和邏輯鏈路控制（LLC）子層。更細(xì)致規(guī)定設(shè)備如何在物理介質(zhì)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，如何在共享介質(zhì)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸管理。【技術(shù)介紹】2.4IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)2．物理層功能IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)物理層：規(guī)定設(shè)備如何在物理鏈路上，正確傳輸二進(jìn)制信號(hào)，包括信號(hào)的編碼與解碼、同步前導(dǎo)碼的生成與去除、二進(jìn)制位信號(hào)的發(fā)送與接收?！炯夹g(shù)介紹】2.4IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)3．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層功能數(shù)據(jù)鏈路層工作：把IP數(shù)據(jù)包封裝成幀。保證可靠性，使用循環(huán)冗余校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck，CRC）技術(shù)?！炯夹g(shù)介紹】3．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層功能為了適應(yīng)局域網(wǎng)環(huán)境，將數(shù)據(jù)鏈路層細(xì)分為兩個(gè)子層：MAC層和LLC層。（1）MAC層MAC層解決與MAC有關(guān)問(wèn)題，在物理層基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)通信。如在以太網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）中，MAC子層負(fù)責(zé)MAC機(jī)制實(shí)現(xiàn)，為MAC子層提供不同共享介質(zhì)訪問(wèn)方法?！炯夹g(shù)介紹】3．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層功能（2）LLC層LLC層：把MAC層數(shù)據(jù)，封裝成LLC格式，向網(wǎng)絡(luò)層提供一致服務(wù)。LLC層：向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，建立和釋放邏輯連接；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議協(xié)商，提供訪問(wèn)接口（服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)）。

2.5網(wǎng)絡(luò)通信層次化局域網(wǎng)【知識(shí)準(zhǔn)備】【技術(shù)介紹】2.5層次化局域網(wǎng)按功能，把網(wǎng)絡(luò)分為核心層、匯聚層和接入層，每層實(shí)現(xiàn)特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)層次化結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，進(jìn)行模塊化管理。①核心層：為網(wǎng)絡(luò)提供高速交換組件，完成數(shù)據(jù)的高速交換?！炯夹g(shù)介紹】2.5層次化局域網(wǎng)②匯聚層：核心層和接入層的分界層，需要完成IP數(shù)據(jù)包的封裝、過(guò)濾、尋址，提供IP策略，增強(qiáng)處理各種數(shù)據(jù)的能力?！炯夹g(shù)介紹】2.5層次化局域網(wǎng)③接入層：