网络技术培训教案1.docx
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网络技术培训教案1
网络技术培训教案
一、网络基础知识
本部分介绍网络的基础知识,包括网络的演进和层次化模型,TCP/IP协议简介、局域网与广域网的定义及常用设备原理,常用协议原理与常用组网方式,一些协议特性的比较。
1、网络的演进与层次模型
1.1、网络的演进
六十至七十年代,网络的概念主要是基于主机架构的低速串行连接,提供应用程序执行、远程打印和数据服务功能。
IBM的SNA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。
七十至八十年代,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,局域网产生了。
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。
八十至九十年代,远程计算的需求不断增加,迫使计算机界开发出多种广域网络协议,满足不同计算方式下远程连接的需求,网间网的互联极大程度地发展起来。
1.2、OSI七层模型及其功能
七十年代末,国际标准化组织ISO提出了OSI模型,即开放式通信系统互联参考模型(OpenSystemInterconnectionReferenceModel)。
协议分层大大简化了网络协议的复杂性,这实际也是自顶向下、逐步细化的程序设计方法的很好应用。
网络协议按功能组织成一系列“层”,每一层建筑在它的下层之上。
OSI七层模型层次如下:
⏹7 应用层 ──ApplicationLayer
⏹6 表示层 ──PresentationLayer
⏹5 会话层 ──SessionLayer
⏹4 传输层 ──TransportLayer
⏹3 网络层 ──NetworkLayer
⏹2 数据链路层 ──DataLinkLayer
⏹1 物理层 ──PhysicalLayer
物理层:
涉及到通信在信道上传输的原始比特流,它实现传输数据所需要的机械、电气、功能及过程等手段。
主要设备如:
物理线缆(铜缆和光缆、或者无线信道)、针脚、接口、网卡、集线器、中继器、主机适配器等。
数据链路层:
主要任务是提供对物理层的控制,检测并纠正可能出现的错误,使之对网络层显现一条无错线路,并且进行流量调控。
主要设备有:
Bridge桥接器(俗称网桥)、二层交换机。
网络层:
检查网络拓扑,以决定传输报文的最佳路由,起关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由。
主要设备有:
路由器、三层交换机。
传输层:
基本功能是从会话层接受数据,并且在必要的时候把它分成较小的单元,传递给网络层,并确保到达对方的各段信息正确无误。
主要设备有:
Gateway协议转换器(俗称网关)。
会话层:
允许不同机器上的用户建立会话关系,在协调不同应用程序之间的通信时要涉及会话层,该层使每个应用程序知道其它应用程序的状态。
表示层:
能为不同的客户端提供数据和信息的语法转换内码,使系统能解读成正确的数据。
同时,也能提供压缩解压、加密解密。
应用层:
能与应用程序界面沟通,以达到展示给用户的目的。
其任务是显示接收到的信息,把用户的新数据发送到底层。
它包含大量人们普遍需要的协议如:
HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3等。
1.3、网络设备在模型中的位置
在分层模型中,对等是一个很重要的概念,因为只有对等才能相互通信,一方在某曾上的协议是什么,对方在同一层次上也必须是什么协议。
理解了对等的含义,则很容易把网络互连起来。
两个网络在物理层就相同,使用中继器就可以连起来;如果两个网络物理层不同,链路层相同,使用桥接器可以连起来;如果两个网络物理层、链路层都不同,而网络层相同,使用路由器可以互连;如果两个网络协议完全不同,使用协议转换器(网关)可以互连。
中继器(Repeater):
工作在物理层,在电缆之间逐个复制二进制位(bit);
桥接器(Bridge)、二层交换机(Switch):
工作在链路层,在LAN之间存储和转发帧(Frame);
路由器(Router)、三层交换机:
工作在网络层,在不同的网络之间存储和转发分组(packet);
协议转换器(Gateway):
工作在三层以上,实现不同协议的转换。
Internet中通常把路由器也叫网关(Gateway)。
以我公司为例:
物理层设备主要有:
网络线缆、光缆、光纤终端盒、ODF光纤熔接盘、光纤模块、跳纤、尾纤、法兰盘、光纤收发器等。
数据链路层设备主要有:
用户的路由器、集线器(HUB)、小型交换机;华为S3700、H3C2700等。
网络层设备主要有:
核心交换机华为S9312。
传输层设备主要有:
深信服AC1300上网行为管理设备、启明星辰天清汉马USG防火墙、电信光端机等。
1.4、OSI模型与TCP/IP协议的对应关系
当今世界最流行的TCP/IP协议的层次并不是按照OSI参考模型来划分的,只跟它有一种大致的对应关系。
网络层协议主要包括IP协议,实现IP包的封装和发送,分组路由和避免阻塞。
传输层定义了两个端到端的协议:
传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。
TCP/IP不涉及会话层和表示层。
应用层包含所有的高层协议,如虚拟终端协议Telnet、文件传输协议FTP、电子邮件协议SMTP等等。
2、TCP/IP协议简介
2.1、TCP/IP传输层协议介绍
⏹传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)是一个面向连接的协议,允许从一台机器发出的字节流无差错地发往到互联网上的其他机器。
⏹用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)是一个不可靠的无连接的协议,用于不需要排序和流量控制能力而是自己完成这些功能的应用程序。
2.2、TCP/IP网络层协议介绍
⏹互联网络协议IP(InternetProtocol),实现了IP包的封装和寻径发送,它的功能是主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标。
⏹互联网络控制消息协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)。
⏹地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)。
⏹反向地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)。
2.3、ICMP检测
互联网络控制消息协议ICMP是一个网络层的协议,它提供了错误报告和其它回送给源点的关于IP数据包处理情况的消息。
ICMP包含几种不同的消息,其中EchoRequest由Ping命令产生,主机可通过它来测试网络的可达性,ICMPEchoReply消息表示该节点是可达的。
2.4、地址解析协议ARP
地址解析协议ARP是一种广播协议,主机通过它可以动态发现对应于一个特殊IP网络层地址的MAC层地址。
主机A发送的ARP请求报文中,带有自己到底IP地址到MAC地址的映射。
主机B收到请求报文后,将其中的地址映射存到自己的ARP高速缓存中,并把自己的IP地址到MAC地址的映射作为相应发回主机A。
3、局域网与广域网
3.1、LAN定义
LAN(LocalAreaNetwork):
是一个覆盖地理范围相对较小的高速容错数据网络,它包括工作站、个人算机、打印机和其他设备的集合。
LAN为计算机用户提供了资源共享的设备访问,如打印、文件交换、电子邮件交换等等。
在这种环境中,LAN定义了一系列的协议支持局域网网络设备的顺利运行。
3.2、LAN及其常用设备
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。
它主要通过局部管理控制网络的私有权利,提供全时的局部服务,其连接的物理设备一般在相对较近的环境中。
LAN的传输形式一般以总线型为主,最常见的以太网采用了载波侦听与冲突检测CSMA/CD协议以支持总线型的结构。
主要设备有:
集线器Hub、网桥Bridge、交换机Switch,路由器Router、异步传输模式交换机ATMSwitch(AsynchronousTransferModeSwitch)。
3.3、常见网络拓扑结构
总线型
星型
树型
环型
网型
网络拓扑结构是逻辑结构,和实际的物理设备的构型没有必然的关系,如逻辑总线型和环型拓扑结构通常表现为星型的物理网络组织。
在网络发展的今天,单一型式的网络拓扑结构显然是不能满足复杂环境的需求的,因此采用多种型式复合的网络组织结构是必然的。
例如:
我公司采用的就是总线型、环型、树型相结合的一种网络组织结构。
3.4、以太网工作原理
基于广播的以太网中,所有工作站(计算机)都可以接收到发送到网上的广播,每个工作站都要经过判断确认信息帧是否发给自己的,如果是,则转到高层的协议层去。
采用了载波侦听与冲突检测CSMA/CD协议的以太网中,工作站在发送数据之前,要侦听网络是否空闲,只有在网络不阻塞时,工作站才能发送数据。
3.5、WAN定义
WAN(WideAreaNetwork)是覆盖地理范围相对较广的数据通信网络,它通常利用公共载波公司提供的便利条件进行传输。
WAN技术在OSI参考模型的下三层(即物理层、数据链路层和网络层)发挥作用。
WAN通常采用两种交换模式运行,即电路交换和分组交换技术。
电路方式是基于电话网电路交换的原理,当用户要求发送数据时,交换机就在主叫用户和被叫用户之间接通一条物理的数据传输通路。
特点是时延小、透明传输、信息传输吞吐量大。
缺点是所占带宽固定,网络资源利用率低。
分组方式是一种存储转发的交换方式。
它是将需要传输的信息划分为一定的包(分组)以分组为单位进行存储转发的。
每个分组信息都载有接收地址和发送地址的标识,在传送分组之前必须首先建立虚电路,然后依序传送。
分组方式在线路上采用动态复用的技术来传送各个分组,带宽可以复用。
缺点是实用性不好。
3.6、WAN及其常用设备
常用的WAN设备有:
调制解调器Modem、CSU/DSU、路由器Router、广域网交换机WANSwitch、接入服务器AccessServer、异步传输模式交换机ATMSwitch(AsynchronousTransferModeSwitch)。
3.7、WAN协议
常用的广域网协议有:
⏹HDLC(High-LevelDataLinkControl):
高级数据链路控制,ISO标准链路层协议;
⏹LAPB(LinkAccessProcedureBalancedforX.25):
链路访问过程平衡,增强了错误检测和更正;
⏹PPP(PointToPointProtocol):
点到点协议,有丰富功能的同异步链路层协议;
⏹X.25:
分组交换协议,定义了终端盒分组交换网络的连接规程;
⏹FR(FrameRelay):
帧中继,在X.25基础上发展起来的简洁高效的分组交换协议;
⏹ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork):
综合业务数字网,语音数据共享的数字化链路;
⏹ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine):
非对称数字用户环路,是一种新的数据传输方式,采用频分复用技术把普通电话线分成了电话、上行、下行三个独立的信道。
3.8、WAN服务类型
常用的广域网服务类型可分为:
⏹呼叫连接:
通过信令建立连接所成网络,如Modem拨号上网;
⏹时分复用:
利用时分复用设备连接的网络,如专用线路;
⏹分组交换:
利用分组交换网络连接的网络,如帧中继、X.25。
二、常见网络接口与电缆
1、网络接口:
1.1、以太网接口
1.1.1、10M以太网接口
10M以太网即标准以太网,由IEEE802.3定义,同一公共通信信道上的所有用户共享带宽,这个公共信道称为总线。
在交换式LAN中,每个交换式端口都是一个以太网总线,采用星型拓扑结构。
半双工模式下提供10Mbps的总线带宽,全双工模式下提供20Mbps的总线带宽。
10Base-T:
目前使用最广泛的局域网标准之一,使用双绞线作为物理传输介质;电缆最大有效传输距离100m,高质量五类双绞线也只能达到150m(不推荐)。
10Base5:
曾经广泛应用于主干局域网,使用粗同轴电缆作为传输介质;采用插入式分接头,工作速率为10Mb/s,采用基带信号,最大支持长度为500m,最多段数为100。
10Base2:
使用细同轴电缆作为物理传输介质。
接头采用工业标准的BNC连接器组成T型插座,使用范围200m,最多段数30。
10Base-T物理介质:
双绞线(Twistedpair),收发各由两条拧在一起并相互绝缘的铜线组成。
两条线拧在一起可以减少线间的电磁干扰。
有屏蔽和非屏蔽之分。
3类到6类双绞线在塑料外壳内均有四对线缆,区别主要在于类数越高的双绞线,单位长度内的绞环数越多,拧得越紧,这使得5类或者6类双绞线的交感更少并且在更长的距离上信号质量更好,更适合用于高速计算机通信。
双绞线连接器均使用RJ-45连接器(俗称RJ-45水晶头)。
5类双绞线的线序:
RJ-45引脚定义:
引脚(Pin)
定义
说明
1
TX+
TransceiverData+(发信号+)
2
TX-
TransceiverData-(发信号-)
3
RX+
ReceiveData+(收信号+)
4
N/C
Notconnected(空脚)
5
N/C
Notconnected(空脚)
6
RX-
ReceiveData-(收信号-)
7
N/C
Notconnected(空脚)
8
N/C
Notconnected(空脚)
1.1.2、100M以太网接口
100M以太网即快速以太网,由IEEE802.3u标准定义,基本与标准以太网相同,但速度比校准以太网快十倍。
快速以太网的速度是通过提高时钟频率和使用不同的编码方式获得的。
快速以太网提供全双工通信,总带宽可达200Mbps。
全双工快速以太网仅在使用光纤或某些双绞线介质的点对点链路有效,每个带宽为100Mbps的信道都需要独立的线来支持。
快速以太网有自动协商的功能,能够自动适应电缆两端最高可用的通信速率,能方便与10M以太网连接通信。
100Base-T4:
物理介质采用3类双绞线,不支持全双工。
100Base-TX:
物理介质采用5类以上双绞线,始终信号处理速率达125MHz,网段长度最多100m。
是最常用的快速以太网方案。
100Base-FX:
使用一对多模或单模光纤,多模最大传输距离2Km,单模最大传输距离10Km。
1.1.3、1000M以太网接口
千兆以太网由IEEE802.3z标准定义,IEEE802.3ab标准还专门定义了双绞线上的千兆以太网标准,千兆以太网以1000Mbps/2000Mbps的总线带宽提供半双工/全双工通信。
由于高速数据速率定时的限制,在同一冲突域中,千兆以太网不允许中继器的互连。
千兆以太网有自动协商的功能,但仅限于协商半双工或全双工流量控制,确定是否支持控制帧,不能与低俗以太网直接协商速率。
(也就是说千兆以太网中必须使用千兆网交换机,千兆网卡等设备)
1000Base-T:
物理介质采用5类以上双绞线,网段长度最多100m。
1000Base-F:
物理介质采用单模/多模光纤,网段长度最多500m。
1.1.4、网络接口小结
1.2、设备常用接口
1.2.1、RJ-45口:
8引脚标准网络接口。
1.2.2、COM口:
串行接口(SerialInterface)简称串口,又称串行通信接口。
是指数据一位一位地顺序传送,其特点是通信线路简单,只要一对传输线就可以实现双向通信,特别适用于近距离通信,但传送速度较慢。
一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。
串行通讯的特点是:
数据位传送,传送按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成;成本低但传送速度慢。
串行通讯的距离可以从几米到几千米;根据信息的传送方向,串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。
串口的出现是在1980年前后,数据传输率是115kbps~230kbps。
串口出现的初期是为了实现连接计算机外设的目的,初期串口一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头和写字板等设备。
串口也可以应用于两台计算机(或设备)之间的互联及数据传输。
由于串口(COM)不支持热插拔及传输速率较低,目前部分新主板和大部分便携电脑已开始取消该接口。
目前串口多用于工控和测量设备以及部分通信设备中。
串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。
RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,不涉及接插件、电缆或协议。
RS-232接口介绍:
也称标准串口,最常用的一种串行通讯接口。
它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。
它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。
传统的RS-232-C接口标准有22根线,采用标准25芯D型插头座(DB25),后来使用简化为9芯D型插座(DB9),现在应用中25芯插头座已很少采用。
RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯。
由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。
RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。
所以RS-232适合本地设备之间的通信。
RS-422接口介绍:
标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。
典型的RS-422是四线接口。
实际上还有一根信号地线,共5根线。
其DB9连接器引脚定义。
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。
即一个主设备(Master),其余为从设备(Slave),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。
接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是10×4k+100Ω(终接电阻)。
RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。
RS-422的最大传输距离为1219米,最大传输速率为10Mb/s。
其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。
一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-485接口介绍:
是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。
如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,而采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。
RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间,RS-485接收器最小输入阻抗为12kΩ、RS-422是4kΩ;由于RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。
RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s。
平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。
一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s
DB9引脚定义:
引脚(Pin)
定义
说明
1
DCD
载波检测
2
RXD
接收数据
3
TXD
发送数据
4
DTR
数据终端准备好
5
SG
信号地
6
DSR
数据准备好
7
RTS
请求发送
8
CTS
清除发送
9
RI
振铃提示
DB25引脚定义:
引脚(Pin)
定义
说明
1
PG
屏蔽地线
2
TXD
发送数据
3
RXD
接收数据
4
RTS
请求发送
5
CTS
允许发送
6
DSR
数据准备好
7
SG
信号地
8
DCD
载波检测
9
TR+
发送返回(+)
10
N/C
未定义
11
DS-
数据发送(-)
12-17
N/C
未定义
18
DR-
数据接收(-)
19
N/C
未定义
20
DTR
数据终端准备好
21
N/C
未定义
22
RI
振铃提示
23-24
N/C
未定义
25
RR-
接收返回
DB25~DB9转换接法:
DB25引脚(Pin)
DB9引脚(Pin)
2
3
3
2
4
7
5
8
6
6
7
5
8
1
20
4
22
9
1.2.3、并口
通常所说的并行接口一般称为Centronics接口,也称IEEE1284,最早由CentronicsDataComputerCorporation公司在20世纪60年代中期制定。
Centronics公司当初是为点阵行式打印机设计的并行接口,1981年被IBM公司采用,后来成为IBMPC计算机的标准配置。
它采用了当时已成为主流的TTL电平,每次单向并行传输1字节(8-bit)数据,速度高于当时的串行接口(每次只能传输1bit),获得广泛应用,成为打印机的接口标准。
1991年,Lexmark、IBM、Texasinstruments等公司为扩大其应用范围而与其他接口竞争,改进了Centronics接口,使它实现更高速的双向通信,以便能连接磁盘机、磁带机、光盘机、网络设备等计算机外部设备(简称外设),最终形成了IEEE1284-1994标准,全称为"StandardSignalingMethodforaBi-directionalParallelPeripheralInterfaceforPersonalComputers",数据率从10KB/s提高到可达2MB/s(16Mbit/s)。
但事实上这种双向并行通信并没有获得广泛使用,并行接口仍主要用于打印机和绘图仪。
在IEEE1284标准中定义了多种并行接口模式,常用的有以下三种:
SPP (StandardParallelPort) 标准并行接口
EPP (EnhancedParallelPort) 增强并行接口
ECP (ExtendedCapabilitiesPort) 扩展功能并行接口
这几种模式因硬件和编程方式的不同,传输速度可以从50KBits/秒到2MB/秒不等。
并口连接器类型:
A型:
DB-25孔型插座(母头),用于PC机上。
DB-25针型插头(也称MALE或公头),因为尺寸较小,也有少数小型打印机(如POS机打印机等)使用(非标准使用),但电缆要短。
B型:
36PIN0.085inch间距的Champ连接器,带卡紧装置,也称Centronics连接器,只用于外设。
C型:
新增加的Mini-Centronics36PIN连接器,也称为half-pitchCe
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