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Written by 红头发(a.k.a Noco)/ChinaITLab社区CCNA版主
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Chapter1 Internetworking
Internetworking Basics
把1个大的网络分成几个小点的网络称之为网络分段(network segment),这些工作由routers,switches和bridges来完成
引起LAN拥塞的可能的原因是:
1.太多的主机存在于1个广播域(broadcast domain)
2.广播风暴
3.多播
4.带宽过低
在网络中使用routers的优点:
1.它们默认是不会转发广播的
2.它们可以基于layer-3(Network layer)的信息来对网络进行过滤
switches的主要目的:提高LAN的性能,提供给用户更多的带宽
冲突域(collision domain):Ethernet术语之1,处于冲突域里的某个设备在某个网段发送数据包,强迫该网段的其他所有设备注意到这个包.而在某1个相同时间里,不同设备尝试同时发送包,那么将在这个网段导致冲突的发生,降低网络性能
bridges在某种意义上等同与switches,不同的地方是bridges只包括2到4个端口(port),而switches可以包括多达上百端口.但是相同的地方是它们都可以分割大的冲突域为数个小冲突域,因为1个端口即为1个冲突域,但是它们仍然处在1个大的广播域中.分割广播域的任务,可以由routers来完成
Internetworking Models
早期各个网络厂商拥有私有网络,不便于同其他厂商的网络进行通讯.于是,在20世纪70年代末期,ISO组织创建了OSI(Open System Interconnection)参考模型.
OSI参考模型,用于帮助不同厂家创建可与对方进行协同工作的网络设备和软件等等,最大的特点是分层.但是它仍然只是个参考模型而非物理模型
Advantages of Refernce Models
OSI参考模型分层化的优点:
1.允许多厂家共同发展网络标准化组件
2.允许不同类型的网络硬件和软件相互通信
3.防止其中某层的变化影响到其他层,避免牵制到整个模型
The OSI Reference Model
OSI参考模型分为7层2组;最高3层定义了端用户如何进行互相通信;底部4层定义了数据是如何端到端的传输.最高3层,也称之为上层(upper layer),它们不关心网络的具体情况,这些工作是又下4层来完成
整个参考模型由高到低分为:
1.Application
2.Presentation
3.Session
4.Transport
5.Network
6.Data link
7.Physical
在整个OSI参考模型上运行的网络设备有:
1.网络管理工作站(NMS)
2.网页和应用程序服务器
3.网关(gateways)
4.网络上的主机(hosts)
OSI参考模型每层的任务:
1.Application层:提供用户接口
2.Presentation层:表述数据;对数据的操作诸如加密,压缩等等
3.Session层:建立会话,分隔不同应用程序的数据
4.Transport层:提供可靠和不可靠的数据投递;在错误数据重新传输前对其进行更正
5.Network层:提供逻辑地址,用于routers的路径选择
6.Data Link层:把字节性质的包组成帧;根据MAC地址提供对传输介质的访问;实行错误检测,但是不实行错误更正
7.Physical层:在设备之间传输比特(bit);定义电压,线速,针脚等物理规范
OSI参考模型每层的功能:
1.Application层:提供文件,打印,数据库,和其他应用程序等服务
2.Presentation层:数据加密,压缩和翻译等等
3.Session层:会话控制
4.Transport层:提供端到端的连接
5.Network层:路由(routing)
6.Data Link层:组成帧
7.Physical层:定义物理拓扑结构
The Session Layer
The Session layer负责建立,管理,终止会话.也设备设备和节点(nodes)之间的会话控制.3种模式:simplex half duplex和full duplex
一些Session layer协议和接口的例子:
1.Network File System(NFS)
2.Structured Query Language(SQL)[Page]
3.Remote Procedure Call(RPC)
4.X Window
5.AppleTalk Session Protocol
6.Digital Network Architecture Session Control Protocol(DNA SCP)
The Transport Layer
The Transport layer把数据分段重新组合成数据流(data stream)
Flow Control
流控制(flow control)保证了数据的完整性,防止接受方的缓冲区溢出, 缓冲区溢出将导致数据的不完整.如果数据发送方传输数据过快,接受方将数据报(datagrams)暂时存储在缓冲区(buffer)里
可靠的数据传输采用了面向连接(connection-oriented)通信方式,保证:
1.接受方接受到被传输的段(segment)以后将发回确认(acknowledge)给发送方
2.任何没有经过确认的段将被重新传输
3.段在达到接受方之前应按照适当的顺序
4.可以进行管理的流控制技术用于避免拥塞,超载(overloading)和数据的丢失
Connection-Oriented Communication
面向连接式通信:发送方先建立会话(call setup)或者叫做3度握手(three-way handshake);然后数据开始传输;数据栓书完毕以后,终止虚电路连接(virtual circuit)
3度握手(面向连接回话)过程:
1.第一个请求连接许可的段用于要求同步,由发送方发送给接受方
2.发送方和接受方协商连接
3.接受方与发送方同步
4.发送方进行确认
5.连接建立,开始传输数据
如果发送方发送数据报过快,而接受方缓冲区已经满了,它会反馈1条not ready的信息给发送方,等待缓冲区里的数据处理完毕后会反馈条go的信息给发送方;于是发送方继续发送数据.这就是流控制的用途
如果任何数据段在传输的过程中丢失了,被复制了,或者损坏了,这将导致传输失败.这个问题的解决方法就得靠接受方反馈确认信息给发送方
Windowing
窗口(window)是指允许发送方不用等待接受方反馈确认的数据段,大小以字节(bytes)衡量,比如:如果1个TCP会话是以2字节的窗口建立的,传输时假如窗口从2字节增加为3字节,那么发送方将不用等待之前2字节的量的确认信息,直接以3字节的量传输
The Network Layer
the Network layer用于管理设备地址,跟踪网络上的设备位置,决定传输数据最好的路线.该层上有2种包(packets):
1.数据(data)
2.路由更新信息(route updates)
routers必须对每种路由协议保持1张单独的路由表,因为不同的路由协议根据不同的地址机制跟踪网络信息
路由表包含的一些信息:
1.interface:出口
2.度(metric)
routers的一些要点信息:
1.默认不转发广播和多播(multicast)包
2.根据逻辑地址决定下1跳(hop)
3.可以提供层2的桥接功能,可以同时路由同1个接口
4.提供VLANs的连接
5.可以提供Quality of Service(QoS)
The Data Link Layer
the Data Link layer负责数据的物理传输,错误检测,网络拓扑和流控制.这个意味着在数据LAN上将根据硬件地址来进行投递,还要把Network layer的包翻译成比特用于在Physical layer上传输
IEEE以太网(Ehernet)的Data Link layer有2个子层:
1.Media Access Control(MAC)802.3:这层定义了物理地址和拓扑结构,错误检测,流控制等.共享带宽,先到先服务原则(first come/first served)
2.Logical Link Control(LLC)802.2:负责识别Network layer协议然后封装(encapsulate)数据.LLC头部信息告诉Data Link layer如何处理接受到的帧,LLC也提供流控制和控制比特的编号
Switches and Bridges at the Data Link Layer
第二层的设备switches被认为是基于硬件的bridges,因为采用的是1种叫做application-specific integrated circuit(ASIC)的特殊硬件.ASICs可以在很低的延时(latency)里达到gigabit的速度;而bridges是基于软件性质的[Page]
延时:1个帧从进去的端口到达出去的端口所耗费的时间
透明桥接(transparent bridging):如果目标设备和帧是在同1个网段,那么层2设备将堵塞端口防止该帧被传送到其他网段;如果是和目标设备处于不同网段,则该帧将只会被传送到那个目标设备所在的网段
每个和switches相连的网段必须是相同类型的设备,比如你不能把令牌环(Token Ring)上的主机和以太网上的主机用switches混合相连,这种方式叫做media translation,不过你可以用routers来连接这样不同类型的网络
在LAN内使用switches比使用hubs的好处:
1.插入switches的设备可以同时传输数据,而hubs不可以
2.在switches中,每个端口处于1个单独的冲突域里,而hubs的所有端口处于1个大的冲突域里,可想而知,前者在LAN内可以有效的增加带宽.但是这2种设备的所有端口仍然处于1个大的广播域里
The Physical Layer
the Physical layer负责发送和接受比特.比特由1或者0组成.这层也用于识别数据终端装备(data terminal equipment,DTE)和数据通信装备(data communication equipment,DCE)的接口
DCE一般位于服务商(sevice provider)而DTE一般是附属设备.可用的DTE服务通常是经由modem或者channel service unit/data sevice unit(CSU/DSU)来访问
hubs:其实是多端口的repeaters,重新放大信号用,解决线路过长,信号衰减等问题.
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