2014年上半年课程考试大作业计算机网络4.pdf

江南大学现代远程教育 2014 年上半年课程考试大作业 考试科目:计算机网络 1、osi/rm 设置了哪些层次？每个层次的作用和功能是什么？（15 分） 答： 计算机网络体系结构中最重要的框架文件是国际标准化组织制订的计算机网络 7 层开放系统互连标准， 即 0si 参考模型。其核心内容包含高、中、低三大层，高层面向网络应用，低层面向网络通信的各种物理设 备，而中间层则起信息转换、信息交换（或转接）和传输路径选择等作用，即路由选择核心。该模型提出了 用分层的方法实现计算机网络的互连与互操作功能。分层就是把一个复杂的问题划分为不同的局部问题，并 规定每一层必须完成的功能。分层将复杂的问题分解为多个相对简单的问题处理，并使得高层用户从具有相 同功能的协议层开始进行互连。从而使得系统变的开放。 物理层：负责提供和维护物理线路，并检测处理争用冲突，提供端到端错误恢复和流控制以比特为单位进行 传输。 数据链路层：主要任务是加强物理传输原始比特的功能，以帧为单位进行传输。 网络层：关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端的“路由选择“，以分组为 单位进行传输。 运输层：基本功能是从会话层接收数据，必要时把它分成较小的单元传递，并确保到达对方的各段信息正确 无误。运输层也要决定向会话层服务，并最终向网络用户提供服务。 会话层：进行高层通信控制，允许不同机器上的用户建立会话关系。表示层：完成某些特定功能。例如： 解 决数据格式的转换。 表示层关心的是所传输的语法和语义，而表示层以下各层只关心可靠地传输比特流。 应用层：提供与用户应用有关功能，包括网络浏览、电子邮件、不同类文件系统的文件传输、虚拟终端软件、 过程作业输入、目录查询和其他各种通用的和专用的功能等。 2、比较线路交换、报文交换和分组交换三种交换技术，分析报文交换技术的延时，为何要将报文交换改进 为分组交换？（15 分） 答：1电路交换技术 网络交换技术共经历了四个发展阶段，电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和 atm 技术。公众电 话网（pstn 网）和移动网（包括 gsm 网和 cdma 网）采用的都是电路交换技术，它的基本特点是采用面向连 接的方式，在双方进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路，通信双方在通信过程 中将一直占用所分配的资源，直到通信结束，并且在电路的建立和释放过程中都需要利用相关的信令协议。 这种方式的优点是在通信过程中可以保证为用户提供足够的带宽，并且实时性强，时延小，交换设备成本较 低，但同时带来的缺点是网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立不管通信双方是否处于通话状态，分配的 电路都一直被占用。 2报文交换技术 报文交换技术和分组交换技术类似，也是采用存储转发机制，但报文交换是以报文作为传送单元，由于报 文长度差异很大，长报文可能导致很大的时延，并且对每个节点来说缓冲区的分配也比较困难，为了满足各 种长度报文的需要并且达到高效的目的，节点需要分配不同大小的缓冲区，否则就有可能造成数据传送的失 败。在实际应用中报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如公用电报网。报文交换 比分组交换出现的要早一些，分组交换是在报文交换的基础上，将报文分割成分组进行传输，在传输时延和 传输效率上进行了平衡，从而得到广泛的应用。 3分组交换技术 电路交换技术主要适用于传送话音相关的 业务，这种网络交换方式对于数据业务而言，有着很大的局限性。首先数据通信具有很强的突发性，峰值比 特率和平均比特率相差较大，如果采用电路交换技术，若按峰值比特率分配电路带宽则会造成资源的极大浪 费，如果按照平均比特率分配带宽，则会造成数据的大量丢失。其次是和语音业务比较起来，数据业务对时 延没有严格的要求，但需要进行无差错的传输，而语音信号可以有一定程度的失真但实时性一定要高。分组 交换技术就是针对数据通信业务的特点而提出的一种交换方式，它的基本特点是面向无连接而采用存储转发 的方式，将需要传送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之前增加相应的用于对数据进行 选路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元即分组。采用分组交换技术，在通信之前不需要建 立连接，每个节点首先将前一节点送来的分组收下并保存在缓冲区中，然后根据分组头部中的地址信息选择 适当的链路将其发送至下一个节点，这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。 分组交换比电路交换的电路利用率高，但时延较大。 分组交换提供的业务 交换虚电路指在两个用户之 间建立的临时逻辑连接。 永久虚电路指在两个用户之间建立的永久性的逻辑连接。用户一开机，一条永 久虚电路就自动建立起来了。 分组交换网络 数据报网络是一个面向无连接的网络 虚电路网络是一个面向连 接的网络为每条连接中的连接维护状态信息 路、报文、分组交换的特点和比较 （1）电路交换：由于电路 交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路（由通信双方之间的交换设备和链路逐段 连接而成） ，因而有以下优缺点。 优点： 由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的 时延非常小。 通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。 双方通信时按发送 顺序传送数据，不存在失序问题。 电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。 电路交 换的交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。 缺点： 电路交换的平均连接建立时间对计算机通信 来说嫌长。 电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用， 因而信道利用低。 电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信， 也 难以在通信过程中进行差错控制。 （2）报文交换：报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标 地址、源地址等信息，在交换结点采用存储转发的传输方式，因而有以下优缺点： 优点： 报文交换不需 要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。 由于采用存储 转发的传输方式，使之具有下列优点：a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还 具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性； b.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、 规格和速度不同的计算机之间进行通信；c.提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这 在电路交换中是很难实现的；d.允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。 通信双方不是 固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的 利用率。 缺点： 由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接收报 文、检验正确性、排队、发送时间等） ，而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性 差，不适合传送实时或交互式业务的数据。 报文交换只适用于数字信号。 由于报文长度没有限制，而 每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发， 要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的 报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。 （3）分组交换：分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个 长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去，因 此分组交换除了具有报文的优点外，与报文交换相比有以下优缺点： 优点： 加速了数据在网络中的传输。 因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式 减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓 冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。 简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的 缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。 减少了 出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅 提高了可靠性，也减少了传输时延。 由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数 据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。 缺点： 尽管分组交换比报文 交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。 分组交换与报 文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大 5%10%，一定 程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。 当分组交换采用数据报服务时， 可 能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采 用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。 总之，若要传送的数据量 很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适；当端到端的通路有很多段的链路组成时， 采用分组交换传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换， 其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。 计算机网络有多种分类方 法，其中之一是按覆盖范围进行分类，可分为局域网和广域网。 局域网(lan local area network) 局 域网指那些联结近距离计算机的网，包括办公室或实验室的网（十米级网） ，建筑物的网（百米级网） ，校园 网（千米级网） 。 广域网(wan wide area network) 广域网则是指实现计算机远距离联结的网。广域网 有城域网（man metropolitan area network，十公里级） ，地区网或行业网（百公里级） ，国家网（千公 里级） ，以至洲际网（万公里级） 。 自七十年代以来，世界各国先后建立了几十万个局域网和几万个广域网。 在这个过程中，为了在网络之间交换信息，又在不同范围内实现网络的相互联结，形成了若干由网络组成的 互联网，因特网就是最大的全球互联网。 3.计算机网络按数据传输方式的分类 计算机网络还可按传输数据 的方式划分，有交换网和广播网两类。 交换网(switched communication network)： 交换网中一个节点 发出的数据，只有与它直接连接的节点可以“一步”接收到；而通过中间节点与其间接连接的节点，则必须 经过中间节点的“转发”才能获得数据。这个转发过程就称为“交换” 。交换网常用的拓扑结构有星型、环形、 树型等。 广播网（broadcast communication network） ： 广播网中一个节点发出的信息，不需要中间节 点的交换， 就可被网内所有节点接收到。 这些节点有共享的传输介质。 广播网所用的拓扑结构有分组无线网、 卫星网、总线型局域网等。 4.其它分类方法 按照网络的拓扑结构分类：可分为星型网、总线型网、环型 网和树型网等。见图 2.1。 按照通信传输介质分类：可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网等。 按照信号频带占用的方式分类：可分为基带网和宽带网。 基带网：未经调制的原始数字信号称为“基带 信号” ，传输此类信号的网络称为“基带网” 。 宽带网：正弦波经过数字信号调制后，可得到一个具有固定 频率的模拟信号，称为调制信号。传输具有不同频率调制信号的网络称为“宽带网” 。 3、若要将一个 b 类的网络地址 172.17.0.0 划分子网，其中包括 3 个能容纳 16000 台主机的子网，7 个能容 纳 2000 台主机的子网， 8 个能容纳 254 台主机的子网， 请写出每个子网的子网掩码和主机 ip 地址的范围。（20 分） 子网划分的优点: 1.减少网络流量 2.提高网络性能 3.简化管理 4.易于扩大地理范围如何划分子网?首先要 熟记 2 的幂:2 的 0 次方到 9 次方的值分别为:1,2,4,8,16,32,64,128,256 和 512.还有要明白的是:子网划分 是借助于取走主机位,把这个取走的部分作为子网位.因此这个意味划分越多的子网,主机将越少 subnet masks 子网掩码用于辨别 ip 地址中哪部分为网络地址,哪部分为主机地址,有 1 和 0 组成,长 32 位,全为 1 的 位代表网络号.不是所有的网络都需要子网,因此就引入 1 个概念:默认子网掩码(default subnet mask).a 类 ip 地 址 的 默 认 子 网 掩 码 为 255.0.0.0;b 类 的 为 255.255.0.0;c 类 的 为 255.255.255.0 classless inter-domain routing(cidr) cidr 叫做无类域间路由,isp 常用这样的方法给客户分配地址,isp 提供给客户 1个块(block size),类似这样:192.168.10.32/28,这排数字告诉你你的子网掩码是多少,/28代表多少位为1, 最大/32.但是你必须知道的 1 点是:不管是 a 类还是 b 类还是其他类地址,最大可用的只能为 30/,即保留 2 位 给 主 机 位cidr 值 : 1. 掩 码 255.0.0.0:/8(a 类 地 址 默 认 掩 码 ) 2. 掩 码 255.128.0.0:/9 3. 掩 码 255.192.0.0:/10 4.掩码 255.224.0.0:/11 5.掩码 255.240.0.0:/12 6.掩码 255.248.0.0:/13 7.掩码 255.252.0.0:/14 8. 掩 码 255.254.0.0:/15 9. 掩 码 255.255.0.0:/16(b 类 地 址 默 认 掩 码 ) 10. 掩 码 255.255.128.0:/17 11.掩码 255.255.192.0:/18 12.掩码 255.255.224.0:/19 13.掩码 255.255.240.0:/20 14. 掩 码 255.255.248.0:/2115. 掩 码 255.255.252.0:/2216. 掩 码 255.255.254.0:/2317. 掩 码 255.255.255.0:/24(c 类地址默认掩码) 18.掩码 255.255.255.128:/25 19.掩码 255.255.255.192:/26 20. 掩 码 255.255.255.224:/27 21. 掩 码 255.255.255.240:/2822. 掩 码 255.255.255.248:/2923. 掩 码 255.255.255.252:/30 subnetting class a,b子网掩码 255.255.255.192(/26) 1.子网数=2*2-2=2 2.主机数=2 的 6 次方-2=62 3.有效子网?:block size=256-192=64; 所以第一个子网为 192.168.10.64,第二个为 192.168.10.128 4.广播地址:下个子网-1.所以 2 个子网的广播 地址分别是 192.168.10.127 和 192.168.10.191 5.有效主机范围是:第一个子网的主机地址是 192.168.10.65 到 192.168.10.126;第二个是 192.168.10.129 到 192.168.10.190 b 类地址例子 1:网络地址:172.16.0.0;子 网掩码 255.255.192.0(/18) 1.子网数=2*2-2=2 2.主机数=2 的 14 次方-2=16382 3.有效子网?:block size=256-192=64;所以第一个子网为 172.16.64.0,最后 1 个为 172.16.128.0 4.广播地址:下个子网-1.所以 2 个子网的广播地址分别是 172.16.127.255 和 172.16.191.255 5.有效主机范围是:第一个子网的主机地址是 172.16.64.1 到 172.16.127.254;第二个是 172.16.128.1 到 172.16.191.254 b 类地址例子 2:网络地 址:172.16.0.0;子网掩码 255.255.255.224(/27) 1.子网数=2 的 11 次方-2=2046(因为 b 类地址默认掩码是 255.255.0.0,所以网络位为 8+3=11) 2.主机数=2 的 5 次方-2=30 3.有效子网?:block size=256-224=32;所以 第一个子网为 172.16.0.32, 最后 1 个为 172.16.255.192 4.广播地址:下个子网-1.所以第一个子网和最后 1 个子网的广播地址分别是 172.16.0.63 和 172.16.255.223 5.有效主机范围是:第一个子网的主机地址是 172.16.0.33 到 172.16.0.62;最后 1 个是 172.16.255.193 到 172.16.255.223 4、某医院建设信息网络系统。系统分为业务内网和 internet 外网两部分。内网运行医院业务应用系统，诸 如电子病例系统、住院管理系统等。医院还建有门诊挂号预约系统，病员信息查询系统，向外网用户提供服 务。医院应用数据根据上级主管部门要求，需要每天规定时间上传病案数据到卫生质量监测部门。请设计一 套信息数据安全方案，满足内部业务应用系统和外网应用的需求，内、外网数据交换的需求。 （50 分） 要求： 1）给出方案设计的详细拓扑图 2）给出各个应用系统服务器的部署 3）给出安全产品的部署和采用的类型、数量 4）详细说明方案中各部分功能和安全策略 5）所需安全产品选型通过安全产品厂商的主页查询获得 随着信息系统在医院的深入应用，建立全面覆盖、安全稳定的信息网络是医院信息网络系统建设的目标。 新建、迁建医院从零起步、重新规划、整体布局，更利于建设目标的实现。 一、本院建设概况 本院系一家三甲医院，2004 年开始建设新院，从原城区中心位置迁建到新规划城区的中心位置，新院占地 228 亩，建筑面积 19.2 万平方米，设计床位 1500 张，至 2007 年 10 月底已整体启用。新院设计网络信息点 1 万余个，涉及整个医院三幢大楼，网络布线设计采用计算机网络信息点与电话通讯一体化六类线设计，医院 内部网络与外部网络（联接 internet）物理分离设计。三幢大楼共设计 70 个弱电间用于安装接入层交换机， 主机房与每个弱电间至少使用 3 根四蕊室内光纤联接，每个弱电间离任一网络信息点的线路路由距离不超过 100 米。大楼之间不超过 500 米的采用多模室外光纤，超过 500 米的采用单模室外光纤联接。 二、不同功能区域信息点覆盖 医院功能分区的多样性与复杂性决定了医院网络信息的覆盖不同于其他办公大楼。根据医院的当今应用需 求并考虑未来计算机应用的增长适当冗余，同时在弱电工程设计过程中综合使用部门与医院基建部门的意见 不断变更覆盖需求，最终形成不同功能区域信息点覆盖的设计需求。在弱电工程施工过程中，使用部门结合 实际环境，又对信息点覆盖进一步提出修改要求。信息点覆盖范围，既考虑未来临床信息系统的应用，也考 虑医疗设备、智能设备的网络接入。综合整个过程，至新院正式启用. 主要功能区域网络信息点覆盖情况见表 1。 表 1 主要功能区域网络信息点覆盖情况表 功能分区信息点数量用途 住院医生办公 室 内网 16 个医生工作站、电子病历等 住院护士部内网 6 个护士工作站、电子病历等 病区走廊天花 板 每 20 米内网 1 个用于病房无线覆盖 住院主任办公 室 内外网各 1 个his 应用及联接外网 护士长办公室 内网 1 个护士工作站、电子病历等 主诊医生办公 室 内网 1 个医生工作站、电子病历等 示教室内网 6 个学生学习与工作 普通病房外网 1 个联接 internet，备用 贵宾病房外网 1 个联接 internet，开通 重症监护室 每床位内网 3 个，其中 2 个位于吊臂，1 个位于墙面 监护设备联接 住院大厅内网 1 个触摸屏 门诊诊间内网 2 个门诊医生工作站， 1 备 1 用 门诊诊间门框 上方 内网 1 个排队信息显示 诊区预检内网 4 个分诊及就诊排队管理 门诊挂号及收 费 每 1.2 米柜面内网 2 个 收费 1 个， 联银行 pos 机 1 个 门诊大厅内网 8 个 自助挂号及检验单打印， 触摸屏 手术室内网 6 个，其中 2 个位于吊臂 麻醉监护设备及计算机、 医学影像 复苏室每床位内网 1 个，位于设备带麻醉监护设备 放射报告室内网 24 个pacs、计算机阅片报告 放射机房控制 室 内网 4 个放射设备及计算机联接 放射机房门框 上方 内网 1 个排队信息显示 检验科操作室 每五平方内网 1 个，采用地插lis 计算机联接 检验收样室内网 4 个收样及核收样本 门诊报告发放 内网 4 个报告发放 b 超室每机房内网 2 个b 超报告，一备一用 b 超服务台内网 4 个排队及网络打印机 病理报告室每工位内网 1 个病理阅片报告 停车场出入口处内网各 2 个停车管理及图像传输 门诊药房每 1.2 米柜面内网 2 个药房软件，一备一用 大会议室主席台内外网各 4 个联接内外网演示 大小会议室天 花板 内外网各 1 个用于内外网无线联接 重点科室门禁 内网 1 个用于门禁控制 三、本院网络构架情况 总体网络构架采用二个核心交换机冗余设计，会聚交换机到核心交换机双链路上行，核心交换机故障不影 响业务运转。接入层按业务性质分关键业务区、非关键业务区、服务器区、放射科区，详见图 1。 （一）关键业务区：主要是门诊及医技科室，其业务性质决定计算机网络一旦中断就会立即影响正常业务 运转，业务高峰停顿五分钟就会导致大量病人滞留，造成不良影响。故该区域接入层交换机采用双链路上行 至会聚层交换机，会聚层交换机采用冗余设计，任一链路、核心交换机、会聚层交换机、上行模块故障均不 会引起业务中断。 （二）非关键业务区：主要是医院住院病区及职能科室，其业务性质决定计算机网络中断后在一个小时内 修复对业务影响比较小。故该区域接入层交换机采用单链路上行至会聚层交换机，如链路中断或上行模块故 障会导致业务中断。因留有备用链路及备用上行模块，故修复时间可控制在 1 个小时以内。 （三）服务器区：其端口用于联接主机房服务器，如交换机故障或链路故障将影响医院所有信息系统的正 常运行，对医院业务的影响最大。故该区域接入层交换机先堆叠后采用双链路与核心交换机万兆联接，任一 主交换机故障或链路中断不影响业务，若任一接入层交换机故障也可在短时间内将联接服务器的网络从故障 交换机切换到非故障交换机。 （四）放射科区域：因放射科 pacs 系统信息传输流量较大，故接入层交换机采用二条万兆线路不通过会聚 层交换机直接与核心交换机相联接，千兆传输带宽到桌面，保障图像传输的速度。任一核心交换机故障或链 路中断不会影响放射科正常业务。 图 1 本院网络拓扑图 四、体会 （一）新建医院在设计阶段，医院信息系统管理部门即需提前介入，为弱电设计公司提供适合医院未来需 要的信息点覆盖方案。医院功能分区的专业性、复杂性决定了只有医院本身的计算机专业技术人员才有可能 提供覆盖需求，也只有在弱电设计公司详细了解医院功能与需求的基础上考虑医院未来冗余才有可能设计出 符合医院使用