CCNA C2 网络通信.docx

1、CCNA C2 网络通信2 网络通信2.0 本章简介2.0.1 本章简介第 $PAGEVAR 页 1:人们越来越多地依靠网络来彼此联络。人们通过网络从世界各个角落在线沟通。有效而又可靠的技术能随时随地满足我们对网络的需求。随着以人为本的网络不断扩大，连接和支持它的平台也必须同步发展。现在，人们不是针对新提供的每项服务开发独立的专用系统，而是将整个网络行业视为一个整体进行开发，这意味着对于现有网络的分析和逐步增强可以同时并举。这样能确保在推出新服务时保持现有的通信，既节约了成本，技术上也合理。本课程重点介绍信息网络以下几方面的内容：构成网络的设备连接设备的介质通过网络传送的消息用于规范网络通信的

2、规则和过程用于构建和维护网络的工具与命令网络学习的核心是使用描述网络功能的公认模型。这些模型提供的框架可以帮助人们了解当前网络，并促进新技术开发以支持未来的通信需求。在本课当中，我们要使用这些模型，还要使用分析和模拟网络功能的一些工具。其中，用于建立模拟网络并与之交互的两个工具是 Packet Tracer 4.1 软件和 Wireshark 网络协议分析器。在本章中，您将学会：描述网络的结构，包括成功通信所需的设备和介质。说明协议在网络通信中的功能。说明使用分层模型来描述网络功能的优点。描述以下两种公认网络模型中每一层的作用：TCP/IP 模型和 OSI 模型。说明编址和命名方案在网络通信中

3、的重要性。显示视觉媒体 2.1 通信平台2.1.1 通信要素第 $PAGEVAR 页 1:通信的第一步是将消息或信息从一个人或设备发送给另一个人或设备。人们使用许多不同的通信方式来交流观点。所有这些方式都有三个共同的要素。第一个要素是消息来源，即发送方。消息来源是需要向其他人或设备发送消息的人或电子设备。第二个通信要素是消息的目的地址，即接收方。目的地址接收并解释消息。第三个要素称为通道，包括提供消息传送途径的介质。现在我们以使用文字、图片和声音进行通信为例，这些消息都可以通过数据或信息网络来发送。首先将其转换为二进制数字，即比特（亦称位）。然后，将这些比特编码成可以通过适当介质传输的信号。在

4、计算机网络中，介质通常是一种电缆或者无线传输。本课程中网络一词指的是能够承载许多不同型通信的数据或信息网络，这些通信包括传统的计算机数据、交互式语音、视频和娱乐产品。显示视觉媒体 2.1.2 传达消息第 $PAGEVAR 页 1:理论上来说，可以将一次通信的内容（如音乐视频或电子邮件消息）作为一大块连续的高容量比特流，通过网络从源发送到目的。但如果真以这种方式传输消息，那就意味着在传输此数据期间，同一个网络中的其它设备都不能发送或接收消息。这种大型数据流会导致严重的延迟。而且，一旦互联网络基础架构中有一条链路在传输期间出现故障，那么整个消息都会丢失，必须全部重传。所以，更好的办法是先将数据划分

5、为更小、更易于管理的片段，然后再通过网络发送。将数据流划分为较小的片段称为分段。消息分段主要有两个优点。首先，通过从源设备向目的设备发送一个个小片段，就可以在网络上交替发送许多不同会话。用于在网络上将交替发送的多个不同会话片段组合起来的过程称为多路复用。第二，分段可以增强网络通信的可靠性。每个消息的独立片段无需经过网络中的同一条路径从源设备传送到目的设备。因此，如果某条路径因数据流量过大或故障而堵塞，仍可以使用备用路径将各个消息片段转发到目的设备。如果有部分消息未能传送到目的，则只需重新传输丢失的部分。显示视觉媒体 第 $PAGEVAR 页 2:使用分段和多路复用在网络上传输消息的弊端是提高了

6、该过程的复杂程度。试想一下，这就如同您要邮寄一封 100 页的信件，但每个信封里只能装一页纸。写地址、贴邮票、邮寄、收信和打开全部一百个信封的过程对发信人和收信人而言都很耗费时间。在网络通信中，每个消息段也必须经过类似的过程才能确保其到达正确目的设备并重新组装成原始消息的内容。整个网络中各种类型的设备都要协同工作才能确保消息片段稳定可靠地到达其目的设备。 显示视觉媒体 2.1.3 网络的组成部分第 $PAGEVAR 页 1:消息从源到目的所采用的路径各式各样，可能简单到只是一根连接两台计算机的电缆，也可能非常复杂，是真正覆盖全球的网络。这种网络基础架构构成了支持以人为本的网络的平台。它为通信提

7、供了稳定可靠的通道。设备和介质是网络的物理要素，即硬件。硬件通常是网络平台的可见组成部分，如笔记本电脑、PC、交换机或用于连接设备的电缆。但有时候，某些组成部分并非如此直观可见。例如，无线介质就是使用不可见无线电射频或红外波通过空气来传输消息。服务和过程是网络设备上运行的通信程序，称为软件。网络服务通过提供信息对请求做出响应。服务包括人们日常使用的许多常见网络应用程序，如电子邮件托管服务和 Web 托管服务。过程提供的是通过网络定向和移动消息的功能。过程不易觉察，但却是网络运行的关键。 显示视觉媒体 2.1.4 终端设备及其在网络中的作用第 $PAGEVAR 页 1:人们最熟悉的网络设备称为终

8、端设备。这些设备形成了以人为本的网络与底层通信网络之间的界面。终端设备包括：计算机（工作站、笔记本电脑、文件服务器、Web 服务器）网络打印机VoIP 电话安全摄像头移动手持设备（如无线条码扫描仪、PDA）在网络环境下，将终端设备称为主机。主机设备是指通过网络传输的消息的源设备或目的设备。为了区分不同主机，网络中的每台主机都用一个地址加以标识。当主机发起通信时，会使用目的主机的地址来指定应该将消息发送到哪里。在现代网络中，主机可以用作客户端、服务器或同时用作两者。主机上安装的软件决定了它在网络中扮演的角色。服务器是安装了特殊的软件，可以为网络上其它主机提供信息和服务（例如电子邮件或网页）的主机

9、。客户端是安装了特殊的软件，可向服务器请求信息以及显示所获取信息的主机。 显示视觉媒体 2.1.5 中间设备及其在网络中的作用第 $PAGEVAR 页 1:除了人们熟悉的终端设备外，网络还要依靠中间设备来提供连通性并在后台运行才能确保数据在网络中通行。这些设备将每台主机连接到网络，并且可以将多个独立的网络连接成网际网络。中间网络设备包括：网络接入设备（集线器、交换机和无线接入点）网间设备（路由器）通信服务器和调制解调器安全设备（防火墙）在数据流经网络时对其进行管理也是中间设备的一项职责。这些设备使用目的主机地址以及有关网络互连的信息来决定消息在网络中应该采用的路径。中间网络设备上运行的进程执行

10、以下功能：重新生成和重新传输数据信号维护有关网络和网际网络中存在哪些通道的信息将错误和通信故障通知其它设备发生链路故障时按照备用路径转发数据根据 QoS 优先级别分类和转发消息根据安全设置允许或拒绝数据的通行 显示视觉媒体 2.1.6 网络介质第 $PAGEVAR 页 1:网络中的通信都在介质上传送。介质为消息从源设备传送到目的设备提供了通道。现代网络主要使用三种介质来连接设备并提供传输数据的途径。这三种介质是：电缆内部的金属电线玻璃或塑料纤维（光缆）无线传输每种介质类型必须采用不同的信号编码才能传输消息。在金属电线上，数据要编码成符合特定模式的电子脉冲。光纤传输依赖于红外线或可见光频率范围内

11、的光脉冲。无线传输中则使用电磁波的波形来说明各个比特值。不同类型的网络介质有不同的特性和优点。并非所有网络介质的特征都相同，也不一定适合同样的用途。选择网络介质的标准是：介质可以成功传送信号的距离。要安装介质的环境。必须传输的数据量和速度。介质和安装的成本。显示视觉媒体 2.2 LAN、WAN 和网际网络2.2.1 局域网第 $PAGEVAR 页 1:网络基础架构在以下方面可能存在巨大差异：覆盖的区域大小连接的用户数量可用的服务数量和类型独立的网络通常覆盖一个地域，向位于同一个组织结构（如一个企业、园区或地区）内的人们提供服务和应用程序。这种类型的网络称为局域网 (LAN)。LAN 通常由一个

12、组织管理。用于规范安全和访问控制策略的管理控制措施将在网络层执行。 显示视觉媒体 2.2.2 广域网第 $PAGEVAR 页 1:当公司或组织分布于相距甚远的不同地域时，可能需要借助电信服务提供商 (TSP) 才能使位于不同地点的 LAN 相互连接。电信服务提供商运营的大型地区网络可以覆盖很长的距离。以前，TSP 一般使用不同的网络分别传输语音和数据通信。现在，提供商转变成为用户提供融合信息网络服务。单个组织一般通过电信服务提供商网络租用连接。连接分布于不同地理位置的 LAN 的这些网络称为广域网 (WAN)。尽管组织负责维护连接两端的 LAN 的所有策略和管理，但通信服务提供商网络内部的策略

13、仍由 TSP 控制。WAN 使用特殊设计的网络设备来建立 LAN 之间的相互连接。由于这些设备对网络至关重要，配置、安装和维护这些设备就成为组织的网络正常运行所必不可少的技能。LAN 和 WAN 对每个组织的作用都非常大。它们连接组织内部的用户，实现了很多形式的通信，包括交换电子邮件、企业培训和其它资源的共享。显示视觉媒体 2.2.3 Internet - 由多个网络组成的网络第 $PAGEVAR 页 1:尽管使用 LAN 或 WAN 有很多优点，但大多数人还需要与本地组织以外的其它网络中的资源通信。这类通信包括：向国外的朋友发送电子邮件访问网站上的新闻或产品获取邻居计算机上的文件与住在其它城

14、市的亲戚发送即时消息通过手机随时了解喜爱的体育赛队的表现网际网络由相互连接的网络组成的全球网（网际网络）满足了人们的这些通信需要。这些相互连接的网络中有一部分由大型公有组织和私有组织（如政府机构或工业企业）拥有并保留供其专用。在向公众开放的网际网络中，最著名并被广为使用的便是 Internet。Internet 是将属于 Internet 服务提供商 (ISP) 的网络相互连接后建立的。这些 ISP 网络相互连接，为世界各地数以百万计的用户提供接入服务。要确保通过这种多元化基础架构有效通信，需要采用统一的公认技术和协议，也需要众多网络管理机构相互协作。Intranet内部网通常用于表示一个组织

15、的私有局域网和广域网连接，只有该组织的成员、员工或其他获得授权的人员可以访问。注：以下术语可以互换：网际网络、数据网络和网络。两个或多个数据网络相互连接形成网际网络 - 由多个网络组成的网络。在表示高层通信时，将网际网络称为数据网络或简称为网络的情况也很常见。这些术语的使用取决于当时的上下文而且通常可以互换使用。显示视觉媒体 2.2.4 网络表示方式第 $PAGEVAR 页 1:在传达网络连接和大型网际网络的工作方式之类复杂信息时，有必要使用形象的表示方式和图形。如同任何其它语言一样，网络语言使用一套通用的符号来表示不同的终端设备、网络设备和介质。要形象地表现网络的组织和工作方式，必须掌握识别

16、物理网络组件的逻辑表示方式的能力。您将通过本课程和实验了解这些设备的运行方式并学习在这些设备上执行基本配置任务的方法。在讨论上述每种设备和相互连接的介质时，除了这些表示方式以外，还要使用专门的术语。需要牢记的重要术语包括：网络接口卡 - 即 PC 或其它主机设备上的网卡或 LAN 适配卡，用于提供与网络之间的物理连接。连接 PC 与网络设备的介质将直接插入网卡。物理端口 - 网络设备上的接口或插口，介质通过它连接到主机或其它网络设备。接口 - 网间设备上连接到独立网络的专用端口。由于路由器用于互连不同的网络，因此路由器上的端口称为网络接口。显示视觉媒体 第 $PAGEVAR 页 2:在本练习中

17、，您将通过创建简单的逻辑拓扑获得有关网络符号的经验。请单击 Packet Tracer 图标了解详细信息。显示视觉媒体 2.2.5 练习 - 使用 NeoTrace? 查看网际网络第 $PAGEVAR 页 1:在本练习中，您将观察信息在 Internet 中的流动。本练习应在能够访问 Internet 和命令行的计算机上执行。首先要使用 Windows 内嵌的 tracert 实用程序，然后要使用功能更加强大的 NeoTrace 程序。本实验假定 NeoTrace 已经安装。单击实验室图标了解更多详细信息。显示视觉媒体 2.3 协议2.3.1 用于规范通信的规则第 $PAGEVAR 页 1:无

18、论是面对面还是通过网络进行的所有通信都要遵守预先确定的规则，即协议。这些协议由会话的特性决定。在日常的个人通信中，通过一种介质（如电话）通信时采用的规则不一定与使用另一种介质（如邮寄信件）时的协议相同。试想一下，规范世界上现存的所有通信方法需要多少种不同的规则或协议。网络中不同主机之间的成功通信需要在许多不同协议之间进行交互。执行某种通信功能所需的一组内在相关协议称为协议簇。这些协议通过加载到各台主机和网络设备中的软件和硬件执行。要直观地了解所有协议在特定主机上的交互方式，最好的办法之一是将其视为协议栈。协议栈显示了在主机上实现协议簇中每个协议的方式。协议被显示为分层的架构，每种上层服务都依赖

19、于其余下层协议所定义的功能。协议栈的下层负责通过网络传输数据和向上层提供服务，而上层则负责处理发送的报文内容和用户界面。使用分层方式来描述面对面的通信以两人面对面通信为例。如图所示，我们可以使用三个层来描述此活动。底层是物理层，两人都可以通过声音说出词语。第二层是规则层，两人同意用通用语言交谈。顶层是内容层，两人实际说出来的词语，即通信的内容。假使我们亲眼目睹这场谈话，实际上不会看到漂浮在空中的“层”。必须要了解，层的运用只是一种模型，藉由这个模型，我们可以方便地将复杂的任务划分为多个部分，从而分别描述其工作原理。显示视觉媒体 2.3.2 网络协议第 $PAGEVAR 页 1:在人类社会中，有

20、些通信规则属于正式规则，其它一些则只是根据习俗和惯例达成共识的，即隐性规则。但是，设备若要成功通信，网络协议簇就必须精确描述要求和交互过程。网络协议簇说明了以下过程：消息的格式或结构网络设备共享通往其它网络的通道信息的方法设备之间传送错误消息和系统消息的方式与时间数据传输会话的建立和终止协议簇中单独的协议可能是特定厂商的私有协议。这里所说的私有指的是由一家公司或厂商控制协议的定义及其运作方式。经过拥有者许可，其它组织也可使用某些私有协议。其它私有协议则只能在私有厂商制造的设备上执行。显示视觉媒体 2.3.3 协议簇和行业标准第 $PAGEVAR 页 1:组成协议簇的许多协议通常都要参考其它广泛

21、采用的协议或行业标准。标准是指已经受到网络行业认可并经过电气电子工程师协会 (IEEE) 或 Internet 工程任务组 (IETF) 之类标准化组织批准的流程或协议。在协议的开发和实现过程中使用标准可以确保来自不同制造商的产品协同工作，从而获得有效的通信。如果某家制造商没有严格遵守协议，其设备或软件可能就无法与其它制造商生产的产品成功通信。例如，在数据通信中，如果会话的一端使用控制单向通信的协议，而另一端却采取描述双向通信的协议，那么几乎可以肯定它们之间将无法交换信息。显示视觉媒体 2.3.4 协议的交互第 $PAGEVAR 页 1:Web 服务器和 Web 浏览器之间的交互是协议簇在网络

22、通信中的典型应用示例。这种交互在二者之间的信息交换过程中使用了多种协议和标准。各种不同协议共同确保双方都能接收和理解交换的报文。这些协议包括：应用程序协议：超文本传输协议 (HTTP) 是一种公共协议，控制 Web 服务器和 Web 客户端进行交互的方式。HTTP 定义了客户端和服务器之间交换的请求和响应的内容与格式。客户端软件和 Web 服务器软件都将 HTTP 作为应用程序的一部分来实现。HTTP 协议依靠其它协议来控制客户端和服务器之间传输报文的方式。传输协议：传输控制协议 (TCP) 是用于管理 Web 服务器与 Web 客户端之间单个会话的传输协议。TCP 将 HTTP 报文划分为要

23、发送到目的客户端的较小片段，称为数据段。它还负责控制服务器和客户端之间交换的报文的大小和传输速率。网间协议：最常用的网间协议是 Internet 协议 (IP)。IP 负责从 TCP 获取格式化数据段、将其封装成数据包、分配相应的地址并选择通往目的主机的最佳路径。网络访问协议：网络访问协议描述数据链路管理和介质上数据的物理传输两项主要功能。数据链路管理协议接收来自 IP 的数据包并将其封装为适合通过介质传输的格式。物理介质的标准和协议规定了通过介质发送信号的方式以及接收方客户端解释信号的方式。网卡上的收发器负责实施介质所使用的标准。显示视觉媒体 2.3.5 技术无关协议第 $PAGEVAR 页

24、 1:网络协议描述的是网络通信期间实现的功能。在面对面交谈的示例中，通信的一项协议可能会规定，为了发出交谈结束的信号，发言者必须保持沉默两秒钟。但是，这项协议并没有规定发言者应该如何保持沉默两秒钟。协议通常都不会说明如何实现特定的功能。通过仅仅说明特定通信规则所需要的功能是什么而并不规定这些功能应该如何实现，特定协议的实现就与技术无关。以 Web 服务器为例，HTTP 并没有指定创建浏览器使用什么编程语言、提供网页应该使用什么 Web 服务器软件、软件运行在什么操作系统之上或者显示该浏览器需要满足什么硬件要求。而且，尽管 HTTP 说明了发生错误时服务器应该如何操作，但却并未规定服务器应该如何

25、检测错误。这就意味着，无论 Web 服务器是哪种类型，使用的是哪种形式的操作系统，计算机和其它设备（如移动电话或 PDA）都可以从 Internet 上的任何位置访问存储于服务器中的网页。显示视觉媒体 2.4 使用分层模型2.4.1 使用分层模型的优点第 $PAGEVAR 页 1:要形象地显示各种协议之间的交互，通常会使用分层模型。分层模型形象地说明了各层内协议的工作方式，及其与上下层之间的交互。使用分层模型来说明网络协议及其工作方式有很多优点。使用分层模型的优点：有助于协议设计，因为对于在特定层工作的协议而言，它们的工作方式及其与上下层之间的接口都已经确定。促进竞争，因为可以同时使用不同厂商

26、的产品。避免一个协议层的技术或功能变化影响相邻的其它层。提供了描述网络功能和能力的通用语言。显示视觉媒体 2.4.2 协议模型和参考模型第 $PAGEVAR 页 1:网络模型有两种基本类型：协议模型和参考模型。协议模型提供了与特定协议簇结构精确匹配的模型。协议簇中分层的一组相关协议通常代表连接以人为本的网络与数据网络所需的全部功能。TCP/IP 模型描述了 TCP/IP 协议簇中每个协议层实现的功能，因此属于协议模型。参考模型为各类网络协议和服务之间保持一致性提供了通用的参考。参考模型的目的并不是作为一种实现规范，也不是为了提供充分的详细信息来精确定义网络体系结构的服务。参考模型的主要用途是帮

27、助人们更清晰地理解涉及的功能和过程。开放式系统互联 (OSI) 模型是最广为人知的网际网络参考模型，用于数据网络设计、操作规范和故障排除。尽管 TCP/IP 模型和 OSI 模型是讨论网络功能时使用的主要模型，但网络协议、网络服务或网络设备的设计人员也可以自行创建模型来代表自己的产品。不过，设计人员最终还是需要将自己的产品或服务与 OSI 模型和 TCP/IP 模型之中任一或全部相关联才能与行业通信。显示视觉媒体 2.4.3 TCP/IP 模型第 $PAGEVAR 页 1:网际通信的首个分层协议模型建立于二十世纪七十年代，称为 Internet 模型。它定义了四个功能类别，若要成功通信，就必须

28、实现这些功能。TCP/IP 协议簇的体系结构遵循了此模型的结构。因此，Internet 模型通常被称为 TCP/IP 模型。大多数协议模型描述的都是厂商特定的协议栈。但是，由于 TCP/IP 模型是一种开放式标准，因此并不由一家公司来控制该模型的定义。标准的定义和 TCP/IP 协议都在公开的论坛中讨论并在向公众开放的文档集中加以定义。此类文档称为请求注解 (RFC)，既包含数据通信协议的正式规范，也有说明协议用途的资源。RFC 中还有与 Internet 相关的技术文档和组织文档，包括由 Internet 工程任务组 (IETF) 制作的技术规范和策略文档。显示视觉媒体 2.4.4 通信过程

29、第 $PAGEVAR 页 1:TCP/IP 模型描述了组成 TCP/IP 协议簇的各种协议的功能。在发送主机和接收主机上实现的这些协议通过网络交互，为应用程序提供端到端传送。完整的通信过程包括以下步骤：1. 在发送方源终端设备的应用层创建数据2. 当数据在源终端设备中沿协议栈向下传递时对其分段和封装3. 在协议栈网络接入层的介质上生成数据4. 通过由介质和任意中间设备组成的网际网络传输数据5. 在目的终端设备的网络接入层接收数据6. 当数据在目的设备中沿协议栈向上传递时对其解封和重组7. 将此数据传送到目的终端设备应用层的目的应用程序显示视觉媒体 2.4.5 协议数据单元和封装第 $PAGEV

30、AR 页 1:在通过网络介质传输应用程序数据的过程中，随着数据沿协议栈向下传递，每层的各种协议都要向其添加信息。此过程通常称为封装。一段数据在任意协议层的表示形式称为协议数据单元 (PDU)。在封装过程中，后续的每一层都根据使用的协议封装其从上一层接收的 PDU。在该过程的每个阶段，PDU 都以不同的名称来反映其新的表现形式。尽管目前对 PDU 的命名没有通用约定，但本课程中根据 TCP/IP 协议簇的协议来命名 PDU。数据 - 一般术语，泛指应用层使用的 PDU数据段 - 传输层 PDU数据包 - 网络层 PDU帧 - 网络接入层 PDU比特（位） - 通过介质实际传输数据时使用的 PDU显示视觉媒体 2.4.6 发送和接收过程第 $PAGEVAR 页 1:在网络中发送报文时，主机中的协议栈自上而下工作。以 Web 服务器为例，我们可以使用 TCP/IP 模型来说明向客户端发送 HTML 网页的过程。应用层协议 HTTP 向传输层传送设定为 HTML 格式的网页数据，从而开始了整个过程。