网络互连基础—

导致LAN拥塞的常见原因：

广播域或冲突域中的主机太多
广播风暴、
组播数据流太多
带宽太低
使用集线器拓展网络
ARP广播太多

注：路由器提供WAN连接，使用串行接口建立WAN连接，在思科路由器上，这种接口为V.35物理接口

路由器的的优点：

默认情况下，路由器不转发广播
路由器可根据第3层信息对分组进行过滤

路由器的功能：

分组交换
分组过滤
网络间通信
路径选择

交换机的主要用途让LAN更好的运行，向LAN用户提供更高的带宽，优化LAN的性能

交换机与网桥的区别：

端口密度不同，交换机的端口远比网桥多
交换机使用物理硬件进行转发，网桥使用软件进行转发
交换机的所有接口转发数据时彼此独立；网桥所有接口彼此互通

网桥和交换机能将网络分段，但不能隔离广播和组播分组

国际标准化组织（ISO）开发了开放式系统互连（OSI）参考模型
IOS：思科开发的互联网络操作系统

OSI参考模型的优点：

将网络通信过程划分更小、更简单的组件，有助于组件的开发、设计和故障排除
通过标准化网络组件，让更多厂商能协作开发
定义了模型每层执行的功能，从而支持行业标准化
让不同类型的网络硬件和软件能彼此通信
避免对一层的修改影响其他层，避免了对开发工作的影响

OSI模型包含7层：上3层指定终端中的应用程序如何彼此通信以及如何与用户交流；下4层指定如何进行端到端的数据传输

上三层的功能：
应用层：提供用户界面
表示层：表示数据；进行加密
会话层：将不同应用程序的
通过应用层与计算交互，负责主机之间的应用程序通信；对联网和网络地址一无所知

下四层的功能：
传输层：提供可靠传输或不可靠的传输；再重传前执行纠错
网络层：提供逻辑地址
数据链路层：将分组拆分成字节，并将字节组合成帧；使用MAC地址提供介质访问；执行错误检测，但不纠错
物理层：在设备之间传输比特；指定电平、电缆速度和电缆针脚
定义了数据是如何通过物理介质、交换机和路由器进行传输，还定义了如何发送方主机和目标主机的应用程序之间重建数据流

另一种分层方式：
上层：负责与用户界面和应用程序通信
应用层：文件、打印、消息、数据库和应用程序服务
表示层：数据较密、压缩和转换服务
会话层：对话控制

中层：负责与远程网络可靠的通信及路由到远程网络
传输层：端到端连接
网络层：路由选择

下层：负责与本地网络通信
数据链路层：成帧
物理成：物理拓扑

七、应用层：用户与计算机交流的场所，仅当马上需要访问网络时，这一层才会发挥作用
让应用层能够将信息沿协议栈向下传输，充当应用程序和下一层之间的接口；同时负责确定目标通信方的可用性，并判断是否有足够的资源进行所需的通信

六、表示层：向应用层提供数据，并负责数据转换和代码格式化（还有数据压缩、解压、加密、解密）；
转换方法：确保数据转换为标准格式再进行传输
转换服务将数据从EBCDIC（广义二进制编码的十进制交换码）转换为ASCII（美国标准信息交换码）
确保来自一个系统的应用层的数据可被另一个系统的应用层读取

五、会话层：在表示层之间建立、管理和终止会话；将用户数据分开；对设备间的对话进行控制
提供模式：单工、半双工、全双工

四、传输层：将数据进行重组为数据流；提供了端到端数据传输服务；再发送主机与目标主机之间建立逻辑连接
对上层应用程序进行多路复用，建立会话、拆除虚链路、提供透明传输、对高层隐藏
可为无连接和面相连接的
1）面向连接的通信：进行可靠的传输，要传输的数据首先必须建立到远程设备（对等系统）的面向连接通信会话，该过程称为呼叫建立或三次握手；建立会话后，就可以传输数据了。传输完毕后，将通过呼叫终止拆除虚链路
三次握手步骤：

连接协定数据段，用于请求同步（SYN）
接下来进行数据请求（ACK），并在主机之间确定连接参数。这些数据段请求同步（SYN）接受方排序，以建立双向连接
最后进行确认，通知目标主机，接受了连接协定且连接已建立。

2）流量控制（让接收方能够控制发送方发送的数据量）
当数据流过大可能导致数据丢失，使用流量控制（流控机制）。
作用：在传输层确保数据的完整性，通过允许应用程序请求在系统间进行可靠的数据传输实现的。流控可避免发送主机让接收主机的缓冲区溢出

收到数据后，向发送方进行确认
重传所有未得到确认的数据段
数据段到达目的后，按正确的顺序排列
确保数据流控不超过处理能力，以免拥塞，过载和数据丢失

在面向连接的可靠数据传输中，数据包到达接收主机的顺序与发送顺序完全相同。

如何判断建立的连接为面向连接：

建立虚链路（或三次握手）
使用排序技术
使用确认机制
使用流控机制

流控机制的方式：缓冲、滑动窗口、拥塞避免

3）窗口技术
在传输方收到接收方的确认前，传输方发送的数据段数量称为窗口大小

窗口用于控制未确认的数据段数量

窗口大小决定了在收到对方确认前可发送的信息量。TCP/IP以字节度量信息量（有些协议以分组数量度量信息量）
如果未收到所有应确认的字节，接收方应当缩小窗口，改善通信会话

4）确认机制
可靠传输可确保机器间发送的数据流的完整性。通过确认机制和重传输实现，用于确保数据不会重复或丢失

要求接收方收到数据后向发送方发送确认消息
发送方以字节为单位记录每个数据段，将其发送后等待确认
在发送数据段后，发送方启动定时器；如果在定时器到期后发送方仍未收到接收方的确认，就重传该数据

接收方发送的确认包是确认下一个要传输的数据段或没有被确认的数据段

注：传输层与会话层紧密协作，并将来自不同应用程序的数据分开，称为会话多路复用

三、网络层：管理设备编址、跟踪设备在网络中的位置并确定最佳的数据传输路径。网络层负责在位于不同网络中的设备之间传输数据流。

网络层使用的分组：

数据分组：用户互联网络中传输用户数据。支持数据分组的协议称为被路由的协议（IPv4、IPv6）
路由更新分组：包含有关互连网络中路由器连接的网络的更新信息，用于将这些信息告知邻接路由器。发送路由更新分组的协议被称为路由选择协议（RIP、OSPF……）

路由表包含信息：

网络地址：随协议而异的网络地址
接口：前往特定网络的分组选择的出站接口
度量值：到远程网络的距离

路由器

默认情况下，不转发任何广播分组和组播分组
路由器根据网络层报头中的逻辑地址来确定分组转发到哪一个下一跳路由器
路由器是使用管理员创建的访问列表来控制可进出接口的分组类型，以提高安全性
路由器可在同一个接口提供第2层桥接功能和路由功能
第3层设备在VLAN之间提供连接
路由器可为特定类型的网络流量提供服务质量（QOS）

二、数据链路层：提供数据的物理传输，并处理错误通知、网络拓扑和流量控制
在数据链路层将使用硬件地址确保报文传输到LAN中的正确设备，并将来自网络层的报文转换为比特，供物理层传输

数据链路层将报文封装成数据帧，并添加定制报头，其中包含目标硬件地址和源硬件地址

路由器并不关心主机位于什么位置，只关心网络位于什么地方以及前往这些网络的最佳路径，数据链路层负责本地网络中每台设备进行标识

数据链路层使用硬件地址，让主机能够给本地网络中的其他主机发送分组及穿越路由器发送分组（将数据链路层控制信息封装成帧，在穿越路由器后，这些信息都被剥离，只留下完整的原始分组）
在传输过程中分组本身从未被修改过，只是使用必要的控制信息对其进行封装，以便能够通过不同的介质进行传输

数据链路层包含两个子层：

介质访问控制（MAC）：定义了如何通过戒指传输分组，采用先到先服务的访问方式，带宽由大家共享，也被称为竞用介质访问；该子层定义了物理地址和逻辑拓扑。逻辑拓扑是指信号在物理拓扑中的传输路径。在该子层，还可使用线路控制、错误通知（不纠错）、顺序传递帧、可选的流量控制
逻辑链路控制（LLC）：负责识别网络层协议并对其进行封装。LLC报头告诉数据链路层，收到帧后如何对分组进行处理；工作原理：收到帧后，主机查看LLC报头以确定要将分组交给谁（并提供流量控制以及控制比特排序）

在OSI模型的各层，使用控制信息对数据进行封装，封装后的数据统称为协议数据单元（PDU）
传输层为数据段；网络层为分组；数据链路层为帧；物理层为比特

第二层交换可看作基于硬件的桥街，使用专用集成电路（ASIC），其速度可高达吉比特，且延迟非常低

第3层设备需要确定网络位置；第2层设备需要确定设备的位置

交换机和网桥通过读取网络传输的每个帧，第二层设备将源硬件地址加入过滤表中，以记录帧从哪个端口收到的
如果目标设备设备与发送设备位于同一个网段，第2层将禁止帧进入其他网段；如果目标设备位于另一个网段，帧将之传输到该网段，这将称为透明桥接

交换机接口在接收到帧后，如果在过滤表中找不到其目的硬件地址，交换机将把帧转发到所有网段。如果有未知设备对这种转发操作做出应答，交换机将更新其过滤表中有关该设备位置的信息。如果帧的目标地址为广播地址，交换机将默认把广播转发给与之相连的所有网段

注：在使用集线器时，每个网段不能有多台设备同时通信

一、物理层：
功能：接受和发送比特。物理层直接与各种通信介质交流。
不同的介质以不同的方式表示比特，对于每种类型的介质，都需要特定的协议，协议描述了正确的比特模式，如何将数据编码成介质信号及物理介质连接头的各个特征

物理层定义了终端之间激活、维护、断开物理链路，且需要满足电气、机械、规程和功能需求。还确定数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口（通常情况下，DTE通过调制解调器或信道服务单元/数据服务单元【CSU/DSU】来使用可用的服务）

集线器：一种多端口转发器。转发器接受数字信号，对其进行放大或重建，再通过所有活动端口将其转发出去，不查看信号标识的数据。从任何端口受到数字信号后，都进行放大或重建，再通过所有的集线器端口转发出去
集线器不查看进入的数据流，之将其转发到物理介质的其他部分。在有数据进行传输时，与集线器相连的所有设备必须侦听

小结：
1.OSI七层模型，用于帮助应用程序开发人员设计可在任何类型的系统和网络中运行的应用程序
2.集线器属于物理设备，将数据转发给除源信号所属网段以外的其他所有网段；交换机使用硬件地址将网络分段，并分割冲突域；路由器分割广播域和冲突域，并使用逻辑地址在互连网络中传输分组

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