第二章网络协议与操作系统.ppt

计算机网络技术 朱宏哈尔滨工学院计算机系 第二章网络协议与操作系统 大学计算机应用基础 本章概要 1 网络全系结构2 协议3 IP地址与域名4 子网掩码5 网络操作系统6 IP地址的设置 一 基础知识 2 1体系结构分布在不同地理位置 不同型号的计算机互联起来构成的计算机网络是一个复杂的系统 要使它们能够协同工作 实现数据交换和资源共享 必须设计规范的网络体系结构和统一的通信规则 具体包括网络的分层 各层协议 功能和层间接口等 网络体系结构的定义计算机网络体系结构 系统 实体 层次 协议 系统 是计算机网络构成的系统通常是包括一个或多个实体的具有信息处理和通信功能的物理整体 实体 在网络分层体系结构中 每一层都由一些实体组成 在一个计算机系统中 能完成某一特定功能的进程或程序都可成为一个逻辑实体 层次 是人们对复杂问题的一种处理方法 通常将系统中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层 协议 是指两个实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定 协议通常分为对等层间对话协议和相邻层间的接口协议 网络协议主要由以下三个要素组成 语法 规定如何进行通信 即对通信双方采用的数据格式 编码等进行定义 语义 规定用于协调双方动作的信息及其含义 它是发出的命令请求 完成的动作和返回的响应组成的集合 即对发出的请求 执行的动作以及对方的应答做出解释 时序 规定事件实现顺序的详细说明 即确定通信状态的变化和过程 例如通信双方的应答关系 是采用同步传输还是异步传输等 由此可见 计算机网络体系结构是系统 实体 层次 协议的集合 是计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义 一定要弄清楚 协议和服务在概念上是很不一样的 首先 协议用来规定同一层上对等实体间交换信息的格式 这些实体利用协议来实现他们的服务定义 他们可以自由的改变协议 但是不能改变服务 因为服务对于用户是可见的 其次 协议是 水平的 即协议是控制对等实体之间通信的规则 但服务是 垂直的 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的 上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令 这些命令称为服务原语 在同一系统中相邻两层的实体进行交互 即交换信息 的地方 通常称为服务访问点SAP ServiceAccessPoint 将层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU ServiceDataUnit 在任何相邻两层之间的关系可概括为 在服务提供者的上一层的实体 也就是 服务用户 它使用服务提供者所提供的服务 服务用户 第n层 第n 1层 服务用户 服务是通过一组所谓 服务原语 来执行 服务原语可划分为以下四类 每种代表一种通信操作 request 请求 indication 指示 response 响应 confirm 证实 假设 两座楼上有两位行动不便的老人 服务用户 要进行通信 电话员A 电话员B 老人A 老人B A幢 B幢 A小姐 请拨B幢电话 CONNECT request 连接请求 B奶奶 有您的电话 CONNECT indication 连接指示 请讲吧 CONNECT response 连接响应 A大爷 B奶奶请你讲话 CONNECT confirm 连接证实 假设 两座楼上有两位行动不便的老人 服务用户 要进行通信 电话员A 电话员B 老人A 老人B A幢 B幢 你好 我很好 有事吗 晚上睡不着 我也是 DATA request和DATA indication 数据请求和指示 通话 假设 两座楼上有两位行动不便的老人 服务用户 要进行通信 电话员A 电话员B 老人A 老人B A幢 B幢 今天就到讲到这里吧 再见 DISCONNECT request 断连请求 A大爷 B奶奶跟你拜拜了 DISCONNECT indication 断连指示 2 网络体系结构的优点计算机网络系统采用层次化网络体系结构具有以下优点 1ISO OSI参考模型 OSI是OpenSystemInterconnection的缩写 意为开放式系统互联参考模型 在OSI出现之前 计算机网络中存在众多的体系结构 其中以IBM公司的SNA和DEC公司的数字网络体系结构最为著名 为了解决不同体系结构的网络的互联问题 国际标准化组织ISO 注意不要与OSI搞混 于1981年制定了开放系统互连参考模型 OSI RM标准为连接分布式应用处理的 开放 系统提供了基础 开放 这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统都具备互联的能力 层次结构模型OSI RM整个网络按照功能划分成7个层次 2 2 2ISO OSI参考模型体系结构OSI参考模型示意图 7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层 数据通信网 衔接 软件由软件实现 面向通信用户 资源子网的任务 网络由硬件实现 完成传送服务 通信子网任务 OSI参考模型通信过程 比喻 OSI参考模型通信过程 OSI参考模型实际通信过程 实际通信过程要复杂得多 OSI参考模型实际网络通信过程 实际网络通信过程同样要复杂得多 1 应用层为用户访问网络提供用户接口例如 Email WWW 网络文件存取等2 表示层主要实现的是数据格式的转换数据的压缩与解压缩数据的加密与解密3 会话层管理计算机间的会话实现计算机会话的控制为表示层提供建立 维护和结束会话连接的功能 并提供会话管理服务 4 传输层为上层提供端到端 最终用户到最终用户 可靠的数据传输服务5 网络层提供计算机的逻辑地址 例如IP地址 路径选择和拥塞控制 6 数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上 建立相邻节点之间的数据链路 通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输 并进行数据流量控制 7 物理层在物理信道上传输原始的数据比特 bit 流 提供为建立 维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质 通信接口特性等 2 TCP IP参考模型 TCP IP参考模型分为四层 应用层 传输层 互联层 网络接口层 TCP IP的层次结构 TCP IP协议也采用对等层通信的模式 封装和解除封装也在各层进行 发送方在发送数据时 应用程序将要发送的数据加上应用层头部交给传输层 TCP或UDP再将数据分成大小一定的数据段 然后加上本层的报文头 3 3 3TCP IP各层的功能 TCP IP协议栈 1969年美国国防部高级研究计划局 ARPA 按照层次结构思想进行计算机网络模块化研究 开发了一组从上到下单向依赖关系的协议栈 ProtocolStack 也叫做协议族 1 TCP协议TCP的主要功能是在一对高层协议之间提供面向连接的传输服务 连接管理可以分为三个阶段 建立连接 数据传输和终止连接 在TCP协议中 建立连接要通过 三次握手 机制来完成 下面是最常见的三次握手过程 TCP实体A向TCP实体B发送1个同步TCP段 请求建立连接 TCP实体B将确认TCP实体A的请求 并同时向TCP实体A发出同步请求 TCP实体A将确认TCP实体B的请求 即向TCP实体B发送确认TCP段 TCP实体A在已建立的连接上开始传输TCP数据段 2 UDP协议UDP提供一种面向进程的无连接传输服务 这种服务不确认报文是否到达 不对报文排序 也不进行流量控制 因此UDP报文可能会出现丢失 重复和失序等现象 2 ARP RARP ICMP协议 1 ARP协议ARP AddressResolutionProtocol 是IP地址到物理地址映像服务的协议当一个主机向另一个主机发送报文时 只有知道与对方IP地址相对应的物理地址后才能在物理网络上进行传输 这种地址解析服务是由ARP协议提供的 2 RARP协议提供从物理地址到IP地址映射服务的协议如果一个主机初始化后只有自己的物理地址而没有IP地址 则可以通过RARP协议发送广播式请求报文来请求自己的IP地址 而RARP服务器负责对该请求作出应答 3 ICMP协议网际控制报文协议ICMP InternetControlMessageProtocol 在传送过程中 如果发生差错或意外情况 如数据报目的地址不可达 数据报在网络中的滞留时问超过其生存期 中转节点或目的节点主机因缓冲区不足而无法处理数据报等 总要通过一种通信机制 向源节点报告差错情况 以便源节点对差错进行相应的处理 TCP IP与OSI的比较 TCP IP与OSI RM共同点 OSI参考模型和TCP IP参考模型有很多相似之处 它们都是基于独立的协议栈的概念 而且各层的功能大体相似 共同点主要体现在5个方面 TCP IP与OSI RM的不同点 不同点主要体现在6个方面 虽然OSI和TCP IP存在着不少的共同点 但也存在很大的区别 IP地址 网络中不同的计算机进行通信 除了需要遵守共同的协议之外 还需要具备能够相互识别的身份或地址 我们称之为国际地址或IP地址目前使用的是IPV4 互联网协议第四版 在二进制记法中 IP地址用32位二进制数表示 为了使这个地址有更好的可读性 通常在每个字节 8位 之间加一个空格 例如 01110101100101010001110111101010为了便于记忆 通常采用4个十进制数来表示一个IP地址 十进制数之间采用句点 进行分隔 这种IP他址的表示方法称为点分十进制法 例如 125 11 4 32 应当注意 因为每个字节仅有8位 所以在点分十进制记法中的每个数字一定在0到255之间 我们把计算机的IP地址也分成两部分 分别为网络标识 NetworkID 和主机标识 HostID 人们按照网络规模的大小 把32位地址信息设成五种定位的划分方式 这五种划分方法分别对应于A类 B类 C类 类 类IP地址 127 0 0 1指本机IP地址分类192 168指本网A类从1 x x x到126 x x xB类从128 0 x x到191 255 x xC类从192 0 0 x到223 255 255 xD类从224 0 0 1到239 255 255 255E类从240 x x x到255 255 255 255 子网的划分 虽然网络地址类别的划分为信息传递带来了许多方便 但也带来了一些问题 比如有的单位虽然获取了一个A类地址 但永远不会有16777214台主机 这说明IP地址的设计不尽合理 据统计 有超过半数的B类地址所连接的主机不到50台 而一个B类网络却可以容纳65534台主机 这就意味着有6万多个IP地址被浪费掉了 这种不合理的地址方案一方面造成了极大的地址浪费 另一方面又使IP地址紧缺 为此 将网络按照一定的原则划分为不同的部分 每一部分都是一个独立的逻辑网络 我们将其称为子网 subnetwork 利用子网解决IP地址不合理问题的方案两种 子网掩码 子网掩码能分出IP地址中哪些位是网络ID 哪些位是主机ID 通过它和IP地址进行按位 逻辑与 AND 运算 可以屏蔽掉IP地址中的主机部分 得到IP地址的网络ID 子网掩码的另一个作用是将一个网络ID再划分为若干个子网 以解决网络地址不够的问题 网络掩码是用来找出一个给定的IP地址所在的网络地址 子网掩码则用来产生子网地址 我们把二进制记法的地址和子网掩码进行与 AND 运算 就可以找到子网地址 例 若目的地址是200 45 34 56而子网掩码是255 255 240 0 试求子网地址 解 我们对目的地址和子网掩码进行与 AND 运算 地址11001000001011010010001000111000子网掩码11111111111111111111000000000000子网地址11001000001011010010001000000000子网地址200 45 32 0 域名系统 1 域名地址Internet采用了一套和IP地址对应的地址表示方法 称为域名系统 DNS DNS使用与主机位置 作用 行业有关的一组字符来表示IP地址 这组字符类似于英文缩写或汉语拼音 2 域名结构Internet的域名系统和IP地址一样 采用典型的层次结构 每一层由域或标号组成 其结构如下表所示 域名系统 域名结构示意图 3 域名分配域名的层次结构给域名的管理带来了方便 每一部分授权给某个机构管理 授权机构可以将其所管辖的名字空间进一步划分 最后形成树形的层次结构 3 5 3域名系统 4 DNS服务用户使用域名访问Internet上的主机时 需要通过提供域名服务的DNS服务器将域名解析 转换 成对应的IP地址 图3 22DNS服务器把域名解析为IP地址 3 5 3域名系统 5 域名管理机构域名地址由国际组织网络信息中心 NIC 集中管理 统一分配 各级域名的管理权授予相应的机构 各管理机构可以将管辖内的各域进一步划分成若干个子域管理权再授予相应的子机构 以完成所属主机名和主机IP地址的管理 目前全世界共有三个这样的网络信息中心 InterNIC 负责美国及其它地区 ENIC 负责欧洲地区 APNIC 负责亚太地区 亚太地区的地址分配权在亚太地区网络信息中心 APNIC 其总部设在日本东京大学 申请时要考虑申请哪一类IP地址 然后向国内的代理机构提出 现在申请到的IP地址大多为C类地址 IPv6协议 1 IPv6的研究背景由于IPv4本身存在一些局限性 因而面临着以下问题 IP地址的消耗引起地址空间不足 IP地址只有32位 可用的地址有限 最多接入的主机数不超过232 IPv4缺乏对服务质量优先级 安全性的有效支持 lPv4协议配置复杂 特别是随着个人移动计算机设备上网 网上娱乐服务的增加 多媒体数据流的加入 以及出于安全性等方面的需求 迫切要求新一代IP协议的出现 为此 互联网工程任务组IETE开始着手下一代互联网协议的制定工作 IETE于1991年提出了请求说明 1994年9月提出了正式草案 1995年底确定了IPng的协议规范 被称为 IPv6 1995年12月开始进入Internet标准化进程 3 5 4IPv6协议 2 IPv6的技术特点IPv6在技术上做了许多改进 它具有以下5个方面的特点 3 5 4IPv6协议 4 IPv6扩展头结构IPv6将IPv4首部中选项的功能都放在扩展首部中 并将扩展首部留给路径两端的源站和目的站的主机来处理 而数据报途中经过的路由器都不处理这些扩展首部 这样就大大提高了路由器的处理效率 图3 23ipv6数据报格式 3 IPv6数据报格式IPv6数据报的报头长度为40字节 320位 数据报格式由8部分组成 3 5 4IPv6协议 5 IPv6的地址表示IPv6地址有三种格式 即首选格式 压缩格式和内嵌格式 首选格式 在IPv6中 128位地址采用每16位一段 每段被转换成4位十六进制数 并用 分隔 结果用所谓的 冒号十六进制数 来表示 例如二进制格式的IPv6地址 0010000111011010000000001101001100000000000000000010l11110011101100000010101010100000000011111111111111100010100010011110001011010每16位分为一段 00100001110110100000000011010011000000000000000000101111001110110000001010101010000000001111111111111100010100001001110001011010将每个16位段转换成十六进制数字 用 分隔 结果如 21DA 00D3 0000 2F3B 02AA 00FF FE28 9C5A 压缩格式 用128位表示地址时往往会含有较多0甚至一段全为0 可将不必要的0去掉 即把每个段中开头的零删除 3 5 4IPv6协议 这样 上述地址就可以表示为 21DA D3 0 2F3B 2AA FF FE28 9C5A其实还可以一步简化IPv6地址的表示 冒号十六进制数格式中被设置为0的连续16位信息段可以被压缩为 即双冒号 例如EF70 0 0 0 2AA FF FE9A 4CA2可以被压缩为 EF70 2AA FF FE9A 4CA2 内嵌格式 这是作为过渡机制中使用的一种特殊表示方法 IPv6地址的前面部分使用十六进制表示 而后面部分使用IPv4地址的十进制表示 例如 0 0 0 0 0 0 192 168 1 201或 192 168 1 2010 0 0 0 0 ffff 192 168 1 201或 ffff 192 168 1 201 3 5 4IPv6协议 6 IPv6地址的分类IPv6地址长度为128位 按其传输类型划分为单播 任播和多播三种 取消了原IPv4中的广播 单播地址 用来标识单一网络接口 目标地址是单播地址的数据包将发送给以这个地址标识的网络接口 任播地址 又称泛播地址 用来标识一组网络接口 目标地址是任播地址的数据包将发送给其中路由意义上最近的一个网络接口 地址范围是除了单播地址外的所有范围 多播地址 用来标识一组网络接口 发送到多播地址的数据包发送给本组中所有的网络接口 此外 还有回送或返回地址 这是 个测试地址 该地址除最低位是1外 其余的位全是0 3 5 4IPv6协议 7 IPv6域名系统的体系结构IPv6网络中的DNS与IPv4中的DNS在体系结构上是一致的 都是采用树形结构的域名空间 虽然IPv6协议与IPv4协议不同 但并不意味着需要单独设置IPv6DNS体系和IPv4DNS体系 相反 只有是同一体系 才能共同拥有统一的域名空间 也只有这样 在IPv4到IPv6的过渡阶段 域名可以同时对应于多个IPv4和IPv6的地址 总之 IPv6与IPv4相比 在地址空间 地址设定 路由地址构造 安全保密性 网络多媒体等方面有了明显的改进和提高 随着IPv6网络的普及 IPv6地址将逐渐取代IPv4地址 安装Windows2000Server 实训目的 1 掌握Windows2000Server的安装方式和安装过程 2 学会利用安装程序创建分区 选择分区格式 3 理解Windows2000Server的几种安装方式和要注意的问题 4 掌握安装Windows2000Server的相关术语 一 系统和硬件设备要求 1 CPU建议最少500MHzPentium 最小支持133MHz 2 内存建议最少256MBRAM 最小支持64MB 最大支持4GB 3 硬盘建议最少10GB 最小支持1GB 最大无限 二 安装程序来源 1 光盘安装 直接从光盘启动并安装操作系统 2 网络安装 将计算机通过网络连接线连在网络上 并为安装程序文件提供网络访问的服务器 3 本地安装 将安装拷贝到本地计算机硬盘上 安装操作系统 预备知识 三 选择安装方式 1 升级安装 选择升级安装时 将把Windows2000Server安装在现有的操作系统上 如Windows2000个人版 WindowsNT等 这种方式适用于已安装系统的计算机 并保留现有应用程序的用户 2 全新安装 选择全新安装时 将删除计算机的操作系统 或者在没有安装操作系统的硬盘或分区上进行安装 需要用户备份需要保留的数据 这种方式适用于没有安装操作系统的计算机用户 或者想重新更换操作系统的用户 以及想安装多个操作系统的用户 四 选择许可证方式Windows2000Server提供两种授权模式 1 每客户模式 每台访问Windows2000Server服务器的计算机都要求有自己的客户端访问许可证 CAL 2 每服务器模式 每一个与服务器的并发连接都需要一个单独的CAL 在使用终端服务的情况下 许可证方式通常都是每客户方式 并且需要安装两个组件 终端服务和终端服务授权 惟一的例外是终端服务的Internet连接程序许可证 TerminalServicesInternetConnectorlicense 在此种许可证下通常使用每服务器方式 五 是否使用多重引导计算机可以被设置为每次重新启动时 都可以在两个或多个操作系统之间选择 不同的操作系统和Windows2000Server共存时要注意的问题如下 1 WindowsNT4 0 Windows2000Server 1 不要在包含Windows2000和WindowsNT的计算机上只使用NTFS文件系统 2 确保WindowsNT4 0已使用最新版本的ServicePack更新过 3 将每个操作系统安装在单独的驱动器或磁盘分区上 4 当执行Windows2000Server的全新安装时会把它安装在没有其他操作系统存在的分区上 5 不要将Windows2000安装在压缩驱动器上 6 在各个系统所在的分区上安装它们各自使用的应用程序 7 如果计算机位于域中 那么计算机的每个WindowsNT4 0或Windows2000Server都必须使用不同的计算机名 2 Windows95 98 Windows2000Server 1 只有Windows98可以访问没有解压缩的DriveSpace或DoubleSpace卷 而Windows2000不可以 2 尽量先安装Windows95或者Windows98系统 之后再安装Windows2000 3 对于包含Windows95 98和Windows2000的计算机 要注意主分区的分区格式 3 多个Windows2000Server如果计算机参加某个Windows2000域 每次安装都必须使用不同的计算机名和不同的分区 用户可以在一台服务器内创建多个Windows2000分区的多重启动 Windows2000Professional Windows2000 在这种情况下 如果计算机加入Windows2000域 用户必