计算机网络讲解.doc

第一讲一、 计算机网络的概述（一）计算机网络的产生和发展? 第一代计算机网络的诞生? 1946年产生第一台数字计算机? 1954年收发器终端的产生? 60年代初，由多重线路控制器参与组成的网络，被称为第一代计算机网络? 第二代计算机网络的诞生? 1964年，Baran提出存储转发概念? 1966 年，David 提出分组概念 ? 1969 年，DARPA 的计算机分组交换网ARPANET 投入运行? 1977年OSI参考模型的提出，标志着计算机网络进入到第三个阶段（二）计算机网络的定义计算机网络就是将分布在不同地理位置，具有独立功能的多台计算机，通过通信线路和通信设备相互连接起来，进行数据通信，实现资源共享。二、 计算机网络的分类（一）网络的分类? 计算机网络按传输距离可分为三类：局域网（LAN）城域网（MAN）广域网（WAN） ? 按工作方式可划分为二类：对等网（peertopeer）客户/服务器网（client/server）（二）以太网? 以太网是在 20 世纪 70 年代研制开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测（ CSMA/CD ）机制，数据传输速率达到 10MBPS 。但是如今以太网更多的被用来指各种采用 CSMA/CD 技术的局域网。以太网的帧格式与 IP 是一致的，特别适合于传输 IP 数据。以太网由于具有简单方便、价格低、速度高等。 ? 以太网络的分类：标准以太网 快速以太网 千兆以太网 ? 以太网命名方法：N信号物理介质? N：以兆位为单位的数据速率，如10、100、1000? 信号：基带还是宽带? 物理介质：标识介质类型例如：100BASE-TX（三）网络传输介质-光纤? 1000BASE-SX 代表1000M传输速率，多模光纤，传输距离为550米。? 1000BASE-LX代表单模/多模接口，传输距离从550米-10千米。? 1000BASE-TX代表RJ45接口 （四）网络传输介质-网线? 线序标准：568A 绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕568B 橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕? 线缆种类交叉线 相同设备类型接口使用直连线 不同设备类型接口使用? 智能MDI/MDIX不需要知道电缆另一端为MDI还是MDIX设备两种电缆（普通、交叉）都可连接交换机、集线器或NIC设备。消除由于电缆配错引起的连接错误简化10/100M网络安装维护，降低开销。（五）协议? 什么是协议？ 为了使数据可以在网络上从源传递到目的地，网络上所有设备需要“讲”相同的“语言”描述网络通信中“语言”规范的一组规则就是协议 例如：两个人交谈，必须使用相同的语言 ? 数据通信协议的定义：决定数据的格式和传输的一组规则或者一组惯例协议分层（六）协议的分层? 网络通信的过程很复杂 数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机，然后转换成最初的形式，以便接收者能够阅读 为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分层设计（七）服务与服务访问点? 服务? 是网络中各层向其相邻上层提供的一组操作? 服务访问点（SAP）? N+1层实体是通过N层的SAP来使用N层所提供的服务? SAP相当于相邻层之间的接口? 服务类型：面向连接的服务? 先建立连接再传输数据，之后再断开连接? 数据传输过程中，数据包不需要携带目的地址? 保证数据传输的可靠性无连接的服务? 不需要事先建立连接，直接发送数据? 每个报文都带有完整的目的地址? 不保证报文传输的可靠性邮局实例-加深理解协议与服务 ? 邮局对于写信人来说是下层? 运输部门是邮局的下层下层为上层提供服务? 写信人与收信人之间使用相同的语言? 邮局之间的约定同层次之间使用相同的协议 第二讲三、 OSI参考模型（一）OSI参考模型? OSI参考模型：Open System Interconnect开放系统互连参考模型? OSI参考模型是由ISO（国际标准化组织）定义的网络世界的法律!? OSI模型每层都有自己的功能集? 层与层之间相互独立又相互依靠? 上层依赖于下层，下层为上层提供服务 网络设备传输数据的过程是按照OSI参考模型来运动的。（二）各层间的联系 ? 应用层? 应用层由协议构成,作用主要是为应用程序提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。 ? 应用层由协议构成,作用主要是为应用程序提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。 ? 常见的应用层协议http、ftp、smtp、pop3、telnet、dns等? 表示层? 表示层的功能：数据的编码和解码。数据的加密和解密。数据的压缩和解压缩。? 表示层是各节点应用程序、文件传输的翻译官。? 加密解密实例： 我画蓝江水悠悠， 爱晚亭上枫叶愁。 秋月溶溶照佛寺， 香烟袅袅绕经楼。? 会话层 ? 会话层的作用主要是建立、维护、管理应用程序之间的会话。? 会话层的责任主要有：对话控制 、同步? 传输层 ? 传输层负责建立端到端的连接，负责数据在端到端之间的传输? 传输层通过端口号区分上层服务? 网络层 ? 为网络设备提供逻辑地址? 负责数据从源端发送到目的端? 负责数据传输的寻径和转发? 数据链路层 ? 管理设备的MAC地址? 数据链路层决定数据通讯的机制，差错检测? 数据链路层的构成IEEE 802.3以太网标准? MAC层管理网络设备的物理地址，物理地址也被称作MAC地址。? LLC层主要负责对各种网络协议进行封装，使得协议能在物理线路上传输。? Ethernet II的帧格式? 物理层 ? 物理层的主要作用是负责二进制信号在物理线路上的传输。? 物理层是不提供数据的纠错服务，但是能对数据的传输速度作一定的控制，并能监测数据的出错率。? 在物理层传输电气信号的载体我们称之为位流或比特流。（三）数据的封装与解封装过程 其实数据链路层是把网络层的数据加上头和尾形成帧再交付给物理层。这就是封装。 之所以要加上头和尾是因为物理层只管电信号，必须要有一个特殊的电信号告诉物理层这是一个帧的开始和结尾。 一般头和尾的电信号是连续的10101010这样的形式，当物理层接收到信号后，知道这是一个帧来了，经过模数转换后交付给数据链路层，数据链路层剥离头和尾把数据交付给上面的网络层，这就是解封装的过程。 其实网络的七层结构基本上都是封装和解封装的过程，上层数据下来的时候就给他加特定的头，相当于装了个信封，就这样一层层的装下来。下层的数据送到上层就一层层的剥离头（信封），直到最后没有信封得到最终的数据为止。 第三讲四、TCP/IP协议栈（一）TCP/IP协议栈? 协议栈：利用一组协议完成OSI所实现的功能。? TCP/IP协议栈：是一组由不同的协议组合在一起构成的协议栈。 （二）TCP/IP中的协议 ? 应用层? Telnet远程登陆协议? FTP文件传输协议? Email电子邮件服务? WWW服务? SMTP简单邮件传输协议? TCP/传输层 ? TCP/IP寻址 ? 端口号 ? 传输层利用端口号来区分上层的应用协议? Well-known端口：0-1023? 注册端口：1024-49151? 动态或私有端口：49152-65535? 常见的端口号 FTP TCP 20，21Telnet TCP 23HTTP TCP 80DNS TCP,UDP 53TFTP UDP 69? 源/目的端口号 ? 应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用的且大于1023? 目的端口号为所进行的操作。如HTTP为80。? TCP和UDP的应用场合回顾：? 面向连接的服务? 先建立连接再传输数据，之后再断开连接? 数据传输过程中，数据包不需要携带目的地址? 保证数据传输的可靠性? 无连接的服务? 不需要事先建立连接，直接发送数据? 每个报文都带有完整的目的地址? 不保证报文传输的可靠性? IP/网络层? 网络层也叫Internet网络层，它主要的目的是实现两个通讯端系统之间的数据透明准确地传送，在复杂的网络系统中能准确地找到对方。 ? 网络层作用? 为网络中的设备提供逻辑地址? 负责数据包的寻径和转发 ? IP 数据包格式 ? ARP(地址解析协议) ? ARP的作用：将IP地址解析为MAC地址? RARP? ARP-地址解析协议，已知IP地址，解析为MAC地址。? RARP-反向ARP，已知MAC地址，解析为IP地址。? ARP欺骗 五、 计算机网络拓扑? 总线结构? 星型结构? 环型结构? 树型结构网络? 混合拓扑结构（一）总线结构? 优点 ? 网络结构简单，易于布线 ? 缺点? 单点故障 （二）星型结构? 优点 ? 扩展方便 ? 缺点? 对中心节点的依赖性较大 （三）环型结构? 优点? 结构简单,扩展方便? 缺点? 单点故障 （四）树型结构网络? 优点 ? 扩展方便 ? 缺点? 对非叶子节点的依赖性大 （五）混合拓扑结构? 优点 ? 应用广泛，扩展灵活 ? 缺点? 较难维护 第四讲六、进制转换与IP地址（一）10 2进制转换? 10进制的8转换成2进制数是多少？ 因此，10进制的8转换成2进制为1000? 加深理解? 2位十进制数能表示多少个数？3位呢？N位呢？? 2位二进制数能表示多少个数？3位呢？N位呢？（二）IP地址的作用? 用来标识一个节点的网络地址（三）IP 地址? IP地址属于网络层地址，用于标识网络中的节点设备。? IP地址由32bit构成，每8bit一组，共占用4个字节? IP地址由两部分组成，网络位和主机位 192.168.1. 39 网络位 定义IP地址属于哪一个网络的部分主机位 定义主机在一个特定网络中的位置子网掩码 表明IP地址中哪几位是网络位? 子网掩码的使用子网掩码: 255 . 255. 255. 0 （四）IP地址分类 8比特 8比特 8比特 8比特（五）私有IP地址A类:至55 B类:至55 C类:至55（六）特殊的IP地址? 本地回环地址? ? IP地址的网络位不变,主机位全为0? ? IP地址的网络位不变,主机位全为1? 55? IP地址的网络位全为0,主机位随意? 3? IP地址的网络位和主机位全为0? ? IP地址的 网络位和主机位全为1? 55（七）IP网络中主机数的计算方法 公式: 2N-2? “N”代表主机位数? 主机位全“0”表示网络编号? 主机位全“1”表示该网络中的广播? B类网络可容纳的主机数量 216-2=65534七、划分子网（一）划分子网的作用? 通过将子网掩码变长，将大的网络划分成多个小的网络（二）VLSM（可变长子网掩码）? 0/30? /24? /16? 标准长度的子网掩码： 或 /8 或 /16 或 /24? 可变长的子网掩码：128（10000000） 例如：28 或 /25192（11000000） 例如： 或 /18224（11100000） 例如：24 或 /27240（11110000） 例如： 或 /12248（11111000） 例如：48 或 /29252（11111100） 例如：52 或 /30例题：? 1、求下列地址的网络编号和广播地址? 55 /16? 0 /28? 2、请问下列地址是否可以分配给主机? 1/28? 55 /19? 3、请问下列地址中哪些地址分配给主机后可以直接通信（无需路由）。? 4/29? 3/29? 1/29? 1/29 注意：网络编号和广播地址不能分配给主机使用。（三）网络地址规划? 例1：已知 一个C类网络/24 将其划分为20个子网,每个子网5台主机 在标准C类网基础上，通过借用主机位中的5位，标识为网络位，可划分25=32个子网。每个子网主机数为23-2=6可分子网如下： /29 5 /2963 /2941 /2929 /29 4855 /29? 例2：一个B类子网，/16，要求分成18个子网，如何分配。子网掩码是多少，每个子网中可容纳多少台主机，主机的IP地址是如何分配。（四）计算子网掩码? 已知子网数目、主机数目。步骤：1、将子网数目转换成二进制； 2、取二进制的位数为N； 3、取对应IP地址的类子网掩码，将主机地址部分前N位置1。例：B类IP：划分成27个子网 1、27（11011）2 2、 N=5 3、主机部分前5位置1 77? 利用主机数计算步骤:：1、将主机数目转换成二进制； 2、如果主机数254，取主机数的二进制位数为N，否则表示主机地址将占据不止8位； 3、将该类IP地址的主机地址全部置1，然后由后向前将N位置0。例： B类IP：划分成若干子网，每子网700台主机 1、700=（1010111100）2 2、N=10； 3、主机部分置155再由后向前将10位置0 得:（五）阶段练习? 3是哪一类IP地址？掩码长度应该是多少？? /26，包含的子网数与每子网包含的主机数是多少？每个子网的网络地址是什么？? 你是ABC公司的网络管理员，公司原来使用网段，现在公司网络重新设计，并划分VLAN，公司共有5个部门，最大的部门30人，子网掩码的长度是多少？? 子网计算例2 子网掩码为24时，可以划分的子网个数和每子网的主机数是多少？ 3. 网络ID变成10进制：000 00000 0 001 00000 25 32 010 00000 26 64 011 00000 26 + 25 96 100 00000 27 128 101 00000 27 + 25 160 110 00000 27+26 192 111 00000 27+26 + 25 2244. 主机ID变成10进制：00001 20 1 00010 21 2 00011 21 20 3 11110 24 23 22 21 30? 可用的网段是： 每段可用的IP地址是： 02 3