新版CCNA中文筆記連載-Internetworking

2019-11-05 00:00:17

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　　Written by 紅頭發(a.k.a Noco)/ChinaITLab社區CCNA版主
　　Description 歡迎轉po,請保留作者信息
　　
　　Chapter1 Internetworking
　　
　　Internetworking Basics
　　
　　把1個大的網絡分成幾個小點的網絡稱之為網絡分段(network segment),這些工作由routers,switches和bridges來完成
　　
　　引起LAN擁塞的可能的原因是:
　　1.太多的主機存在于1個廣播域(broadcast domain)
　　2.廣播風暴
　　3.多播
　　4.帶寬過低
　　
　　在網絡中使用routers的優點:
　　1.它們默認是不會轉發廣播的
　　2.它們可以基于layer-3(Network layer)的信息來對網絡進行過濾
　　
　　switches的主要目的:提高LAN的性能,提供給用戶更多的帶寬
　　
　　沖突域(collision domain):Ethernet術語之1,處于沖突域里的某個設備在某個網段發送數據包,強迫該網段的其他所有設備注重到這個包.而在某1個相同時間里,不同設備嘗試同時發送包,那么將在這個網段導致沖突的發生,降低網絡性能
　　
　　bridges在某種意義上等同與switches,不同的地方是bridges只包括2到4個端口(port),而switches可以包括多達上百端口.但是相同的地方是它們都可以分割大的沖突域為數個小沖突域,因為1個端口即為1個沖突域,但是它們仍然處在1個大的廣播域中.分割廣播域的任務,可以由routers來完成
　　
　　Internetworking Models
　　
　　早期各個網絡廠商擁有私有網絡,不便于同其他廠商的網絡進行通訊.于是,在20世紀70年代末期,ISO組織創建了OSI(Open System Interconnection)參考模型.
　　
　　OSI參考模型,用于幫助不同廠家創建可與對方進行協同工作的網絡設備和軟件等等,最大的特點是分層.但是它仍然只是個參考模型而非物理模型
　　
　　Advantages of Refernce Models
　　
　　OSI參考模型分層化的優點:
　　1.答應多廠家共同發展網絡標準化組件
　　2.答應不同類型的網絡硬件和軟件相互通信
　　3.防止其中某層的變化影響到其他層,避免牽制到整個模型
　　
　　The OSI Reference Model
　　
　　OSI參考模型分為7層2組;最高3層定義了端用戶如何進行互相通信;底部4層定義了數據是如何端到端的傳輸.最高3層,也稱之為上層(upper layer),它們不關心網絡的具體情況,這些工作是又下4層來完成
　　
　　整個參考模型由高到低分為:
　　1.application
　　2.PResentation
　　3.session
　　4.Transport
　　5.Network
　　6.Data link
　　7.Physical
　　
　　在整個OSI參考模型上運行的網絡設備有:
　　1.網絡治理工作站(NMS)
　　2.網頁和應用程序服務器
　　3.網關(gateways)
　　4.網絡上的主機(hosts)
　　
　　OSI參考模型每層的任務:
　　1.Application層:提供用戶接口
　　2.Presentation層:表述數據;對數據的操作諸如加密,壓縮等等
　　3.Session層:建立會話,分隔不同應用程序的數據
　　4.Transport層:提供可靠和不可靠的數據投遞;在錯誤數據重新傳輸前對其進行更正
　　5.Network層:提供邏輯地址,用于routers的路徑選擇
　　6.Data Link層:把字節性質的包組成幀;根據MAC地址提供對傳輸介質的訪問;實行錯誤檢測,但是不實行錯誤更正
　　7.Physical層:在設備之間傳輸比特(bit);定義電壓,線速,針腳等物理規范
　　
　　OSI參考模型每層的功能:
　　1.Application層:提供文件,打印,數據庫,和其他應用程序等服務
　　2.Presentation層:數據加密,壓縮和翻譯等等
　　3.Session層:會話控制
　　4.Transport層:提供端到端的連接
　　5.Network層:路由(routing)
　　6.Data Link層:組成幀
　　7.Physical層:定義物理拓撲結構
　　
　　The Session Layer
　　
　　The Session layer負責建立,治理,終止會話.也設備設備和節點(nodes)之間的會話控制.3種模式:simplex half duplex和full duplex
　　
　　一些Session layer協議和接口的例子:
　　1.Network File System(NFS)
　　2.StrUCtured Query Language(SQL)
　　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把數據分段重新組合成數據流(data stream)
　　
　　Flow Control
　　
　　流控制(flow control)保證了數據的完整性,防止接受方的緩沖區溢出, 緩沖區溢出將導致數據的不完整.假如數據發送方傳輸數據過快,接受方將數據報(datagrams)暫時存儲在緩沖區(buffer)里
　　
　　可靠的數據傳輸采用了面向連接(connection-oriented)通信方式,保證:
　　1.接受方接受到被傳輸的段(segment)以后將發回確認(acknowledge)給發送方
　　2.任何沒有經過確認的段將被重新傳輸
　　3.段在達到接受方之前應按照適當的順序
　　4.可以進行治理的流控制技術用于避免擁塞,超載(overloading)和數據的丟失
　　
　　Connection-Oriented Communication
　　
　　面向連接式通信:發送方先建立會話(call setup)或者叫做3度握手(three-way handshake);
然后數據開始傳輸;數據栓書完畢以后,終止虛電路連接(virtual circuit)
　　
　　3度握手(面向連接回話)過程:
　　1.第一個請求連接許可的段用于要求同步,由發送方發送給接受方
　　2.發送方和接受方協商連接
　　3.接受方與發送方同步
　　4.發送方進行確認
　　5.連接建立,開始傳輸數據
　　
　　假如發送方發送數據報過快,而接受方緩沖區已經滿了,它會反饋1條not ready的信息給發送方,等待緩沖區里的數據處理完畢后會反饋條go的信息給發送方;于是發送方繼續發送數據.這就是流控制的用途
　　
　　假如任何數據段在傳輸的過程中丟失了,被復制了,或者損壞了,這將導致傳輸失敗.這個問題的解決方法就得靠接受方反饋確認信息給發送方
　　
　　Windowing
　　
　　窗口(window)是指答應發送方不用等待接受方反饋確認的數據段,大小以字節(bytes)衡量,比如:假如1個TCP會話是以2字節的窗口建立的,傳輸時假如窗口從2字節增加為3字節,那么發送方將不用等待之前2字節的量的確認信息,直接以3字節的量傳輸
　　
　　The Network Layer
　　
　　the Network layer用于治理設備地址,跟蹤網絡上的設備位置,決定傳輸數據最好的路線.該層上有2種包(packets):
　　1.數據(data)
　　2.路由更新信息(route updates)
　　
　　routers必須對每種路由協議保持1張單獨的路由表,因為不同的路由協議根據不同的地址機制跟蹤網絡信息
　　
　　路由表包含的一些信息:
　　1.interface:出口
　　2.度(metric)
　　
　　routers的一些要點信息:
　　1.默認不轉發廣播和多播(multicast)包
　　2.根據邏輯地址決定下1跳(hop)
　　3.可以提供層2的橋接功能,可以同時路由同1個接口
　　4.提供VLANs的連接
　　5.可以提供Quality of Service(QoS)
　　
　　The Data Link Layer
　　
　　the Data Link layer負責數據的物理傳輸,錯誤檢測,網絡拓撲和流控制.這個意味著在數據LAN上將根據硬件地址來進行投遞,還要把Network layer的包翻譯成比特用于在Physical layer上傳輸
　　
　　IEEE以太網(Ehernet)的Data Link layer有2個子層:
　　1.Media access Control(MAC)802.3:這層定義了物理地址和拓撲結構,錯誤檢測,流控制等.共享帶寬,先到先服務原則(first come/first served)
　　2.Logical Link Control(LLC)802.2:負責識別Network layer協議然后封裝(encapsulate)數據.LLC頭部信息告訴Data Link layer如何處理接受到的幀,LLC也提供流控制和控制比特的編號
　　
　　Switches and Bridges at the Data Link Layer
　　
　　第二層的設備switches被認為是基于硬件的bridges,因為采用的是1種叫做application-specific integrated circuit(ASIC)的非凡硬件.ASICs可以在很低的延時(latency)里達到gigabit的速度;而bridges是基于軟件性質的
　　
　　延時:1個幀從進去的端口到達出去的端口所耗費的時間
　　
　　透明橋接(transparent bridging):假如目標設備和幀是在同1個網段,那么層2設備將堵塞端口防止該幀被傳送到其他網段;假如是和目標設備處于不同網段,則該幀將只會被傳送到那個目標設備所在的網段
　　
　　每個和switches相連的網段必須是相同類型的設備,比如你不能把令牌環(Token Ring)上的主機和以太網上的主機用switches混合相連,這種方式叫做media translation,不過你可以用routers來連接這樣不同類型的網絡
　　
　　在LAN內使用switches比使用hubs的好處:
　　1.插入switches的設備可以同時傳輸數據,而hubs不可以
　　2.在switches中,每個端口處于1個單獨的沖突域里,而hubs的所有端口處于1個大的沖突域里,可想而知,前者在LAN內可以有效的增加帶寬.但是這2種設備的所有端口仍然處于1個大的廣播域里
　　
　　The Physical Layer
　　
　　the Physical layer負責發送和接受比特.比特由1或者0組成.這層也用于識別數據終端裝備(data terminal equipment,DTE)和數據通信裝備(data communication equipment,DCE)的接口
　　
　　DCE一般位于服務商(sevice provider)而DTE一般是附屬設備.可用的DTE服務通常是經由modem或者channel service unit/data sevice unit(CSU/DSU)來訪問
　　
　　hubs:其實是多端口的repeaters,重新放大信號用,解決線路過長,信號衰減等問題.
　　
　　1個物理星形(star)拓撲結構,實際在邏輯上是邏輯總線(bus)拓撲結構
　　
　　Ethernet Networking
　　
　　以太網采用1種爭奪(contention) 介質訪問方法,這個機制使得在1個網絡上所有主機共享帶寬.采用了Physical layer和Data Link layer的規范.它采用1種帶沖突檢測的載波監聽多路訪問的(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,CSMA/CD)機制
　　
　　CSMA/CD:幫助共享帶寬的設備避免同時發送數據,產生沖突的協議.補償算法(BacKOFf algorithms)用于決定產生沖突的2臺設備何時重新傳輸數據
　　
　　CSMA/CD網絡帶來的問題:
　　1.延遲(delay)
　　2.低吞吐量(throughput)
　　3.擁塞
　　
　　Half- and Full-Duplex Ethernet
　　
　　half-duplex(半雙工)以太網:它只采用1對線纜.假如hubs與switches相連,那么必須以半雙工的模式操作,因為端工作站必須能夠檢測沖突.半雙工以太網帶寬的利用率只為上限的30%-40%
　　
　　full-duplex(全雙工)以太網:采用2對線纜,點對點(point-to-point)的連接,沒有沖突,雙倍帶寬利用率
　　
　　全雙工以太網可以使用在以下的3種形勢里:
　　1.switch和host相連
　　2.switch和switch相連
　　3.用交叉線纜(crossover cable)相連的host和host
　　
　　自動檢測機制(auto-detection mechanism):當全雙工以太網端口電源啟動時,它先與遠端相連,并且與之進行協商.看是以10Mbps的速度還是以100Mbps的速度運行;
再檢查是否可以采用全雙工模式,假如不行,則切換到半雙工模式
　　
　　Ethernet at the Data Link Layer
　　
　　4種類型的以太網幀:
　　1.Ethernet II
　　2.IEEE 802.2
　　3.IEEE 802.3
　　4.SNAP
　　
　　Ethernet Addressing
　　
　　MAC地址是燒錄在Network Interface Card(網卡,NIC)里的.MAC地址,也叫硬件地址,是由48比特長(6字節),16進制的數字組成.0-24位是由廠家自己分配.25-47位,叫做組織唯一標志符(organizationally unique identifier,OUI).
　　
　　OUI是由IEEE分配給每個組織.組織按高到低的順序分配1個唯一的全局地址給每個網卡以保證不會有重復的編號.第47位為Individual/Group(I/G)位,當I/G位為0的時候,我們可以設想這個地址是MAC地址的實際地址可以出現在MAC頭部信息;當I/G位為1的時候,我們可以設想它為廣播或多播.第46位叫做G/L位,也叫U/L位.當這個位為0的時候代表它是由IEEE分配的全局地址;當這個位為1的時候,代表本地治理地址(例如在DECnet當中)
　　
　　Ethernet Frames
　　
　　第二層用于把第一層的比特連接成字節,再組成幀(frames)
　　
　　3種介質訪問方法的類型:
　　1.爭奪(contention),用于在以太網中
　　2.令牌傳遞(token passing),用于在FDDI和Token Ring里
　　3.投票(polling),用于在IBM Mainframes和100VG-AnyLAN中
　　
　　循環冗余校驗(cyclic redundancy check,CRC):用于錯誤檢測,而非錯誤更正
　　
　　隧道(tunneling):把不同類型的幀封裝在1個幀里
　　
　　Ethernet II幀:
　　1.前導(preamble)字段:交替的1和0組成.5Mhz的時鐘頻率,8字節,包含7字節的起始幀分界符(start frame delimiter,SFD),SFD是10101011,最后1個字節同步(sync)
　　2.目標地址(destination address,DA):6字節
　　3.源地址(source address,SA):6字節
　　4.類型(type)字段:用于辨別上層協議,2字節
　　5.數據(data):64到1500字節
　　6.幀校驗序列(frame check sequence,FCS):4字節,存儲CRC值
　　
　　802.3 Ethernet幀:
　　1.前導(preamble)字段:交替的1和0組成.5Mhz的時鐘頻率,8字節,包含7字節的起始幀分界符(start frame delimiter,SFD),SFD是10101011,最后1個字節同步(sync)
　　2.目標地址(destination address,DA):6字節
　　3.源地址(source address,SA):6字節
　　4.長度(length)字段:不能辨別上層協議,2字節
　　5.數據(data):64到1500字節
　　6.幀校驗序列(frame check sequence,FCS):4字節,存儲CRC值
　　
　　802.2 and SNAP
　　
　　因為802.3 Ethernet幀沒有鑒別上層協議的能力(使用的是length字段),所以,它需要IEEE定義的802.2 LLC標準來幫它實現這個功能
　　
　　802.2幀(SAP):
　　1.目標服務訪問點(dest SAP)字段: 1個字節
　　2.源服務訪問點(source SAP)字段: 1個字節
　　3.控制字段:1或2個字節
　　4.數據:大小可變
　　
　　1個802.2幀是由802.3Ethernet幀加上LLC信息組成,這樣它就可以辨別上層協議
　　
　　802.2幀(SNAP):它有自己的協議來辨別上層協議
　　1.目標服務訪問點(dest SAP)字段: 1個字節,總為AA
　　2.源服務訪問點(source SAP)字段: 1個字節,總為AA
　　3.控制字段:1或2個字節,值總為3
　　4.OUI ID:3字節
　　5.類型(type)字段:2字節,辨別上層協議
　　6.數據:大小可變
　　
　　Ethernet at the Physical Layer
　　
　　一些原始的和擴展的IEEE 802.3的標準:
　　1.10Base2:Base是指基帶傳輸技術,2指最大距離接近200米,實際為185米,10指10Mbps的速度,采用的是物理和邏輯總線拓撲結構,AUI連接器
　　2.10Base5:5指最大距離500米,10指10Mbps的速度,采用的是物理和邏輯總線拓撲結構,AUI連接器
　　3.10BaseT:10指10Mbps的速度,采用的是物理星形和邏輯總線拓撲結構, 3類UTP雙絞線,RJ-45連接器,每個設備必須與hub或者switch相連,所以1個網段只能有1臺主機
　　4.100BaseT:100指100Mbps的速度,采用的是物理星形和邏輯總線拓撲結構, 5,6或者7類UTP2對雙絞線,RJ-45連接器, 1個網段1臺主機
　　5.100BaseFX:100指100Mbps的速度,光纖技術,點對點拓撲結構,最大距離412米, ST或者SC連接器
　　6.1000BaseT:1000指1000Mbps的速度,光纖技術,點對點拓撲結構,最大距離412米, 5類UTP4對雙絞線,最大距離100米
　　
　　Ethernet Cabling
　　
　　以太網線纜接法:
　　1.直通線(straight-through)
　　2.交叉線(crossover)
　　3.反轉線(rolled)
　　
　　Straight-Through Cable
　　
　　直通線用于連接:
　　1.主機和switch/hub
　　2.router和switch/hub
　　
　　直通線只使用1,
2,3,6針腳,2端的連法是一一對應
　　
　　Crossover Cable
　　
　　交叉線用于連接:
　　1switch和switch
　　2.主機和主機
　　3.hub和hub
　　4.hub和switch
　　5.主機與router直連
　　
　　交叉線只使用1,2,3,6針腳,2端的連法是1連3,2連6,3連1,6連2
　　
　　Rolled Cable
　　
　　反轉線不是用來連接以太網連接的,它是用來連接主機與router的com口(console serial port)的,它采用1到8跟針腳,2端全部相反對應
　　
　　當主機與router的console口用反轉線連好后,啟動Window系統里的HyperTerminal程序即可對router進行連接,其配置如下:
　　1.Bps:9600
　　2.Data bits:8
　　3.Parity:None
　　4.Stop bits:1
　　5.Flow control:none
　　
　　Data Encapsulation
　　
　　封裝(encapsulation):把OSI參考模型每層自己的協議信息加進數據信息的過程,反之叫做解封裝
　　
　　協議數據單元(protocol data units,PDU):數據包括封裝進去的信息在OSI參考模型每層的叫法:
　　1.Transport layer:segment
　　2.Network layer:packet或者datagram
　　3.Data Link layer:frame
　　4.Physical layer:bits

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