2009计算机组网技术课件.ppt

1 1计算机网络概述1 2数据通信基础1 3计算机网络协议1 4计算机网络分类 第一章计算机网络基础 1 1计算机网络概述 计算机网络的概念计算机网络的产生计算机网络的功能计算机网络组成部分 计算机网络概述 计算机网络就是为了实现信息共享而利用通讯线路连接起来两台或多台的独立计算机的集合 计算机网络概述 组成网络的计算机要求是独立的只有一台主机的终端系统不是计算网络 计算机网络概述 组成网络的计算机要求是独立的一台主机的终端系统不是计算网络计算机网络的通信的目是实现信息共享一个多处理机系统 计算机网络的产生 计算机网络产生后 计算机网络产生前 计算机网络的发展 早期的计算机是独立式的设备 不久 人们发现在业务运作中 这种方法既不高效 也不经济 解决这些问题的方法之一是建立局域网 使得在业务上应用计算机技术来高效地共享文件和打印机成为可能 采用一种方法来高效 快捷地使信息在局域网之间进行传输 因而产生了城域网和广域网 计算机网络的功能 资源共享 可以共享的资源包括硬件 软件和数据 数据传输 用于传输的数据包括数字 文字 声音 图像 动画 视频信号 协调负载 分布式计算 分布式数据处理 提供各种方便可靠的服务 电子邮件 网上电话 网络会议 电子商务等等 给人们工作 生活 学习 娱乐带来极大的方便 计算机网络的组成部分 Windows2003 XP Linux Solaris AIX FreeBSD NetBEUI TCP IP MRTG CiscoWorks IE OE QQ IIS Apache 计算机网络的组成部分 数据通信相关概念数字信号与模拟信号数据通信分类多路复用 1 2数据通信基础 工作站 运行精简指令集合 RISC 的计算机 简单的理解 用户在平时工作 学习和生活中使用的计算机都是工作站 节点 计算机网络中的所有网络硬件都是网络中的节点 节点包括计算机和网络互联设备 由传输介质把各节点连接构成网络 网络接口 网络中的节点与网络相联接的部分 网络接口包括物理网络接口和逻辑网络接口 带宽 Bandwidth 从技术角度看 带宽表示传输信道的最高频率与最低频率之间的差距 单位为赫兹 HZ 一般通常用来描述单位时间内通过给定的通信线路的数据量 单位是比特 秒 带宽的类比 水管的宽度 网络带宽的大小类似于水管的宽度网络设备类似于各种水管装置网络中传输的信息类似于水管中的水 带宽的类比 公路的宽度 网络带宽的大小类似于公路的宽度网络设备类似于各种交通设施网络中传输的信息类似于公路上的车 宽带 一般是以能够实现视频点拨的传输速率 512kbps 为分界 将512Kbps之上的接入方式则归类于 宽带 衡量网络好坏的主要技术指标 数据传送速率 数据传送速率指每秒钟能传送的二进制代码位数单位记为bps或b s误码率 误码率是衡量数据传输质量的单位 即计算机网络在正常工作情况下传输数据的错误率误码率 接收数据出错的比特数 传输数据的总比特数数据传送速率决定数据传送速度误码率决定数据传送质量两者综合考虑 什么是数据通信 数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行信息交换 数据通信系统由数据通信设备和数据终端设备组成 数据终端设备 DTE 是对数据进行最终处理的设备 可以是计算机 也可以是显示器 电传打字机 打印机等发送或接收数据的其他设备 数据通信设备 DCE 是不对数据进行最终处理的设备 只是把数据接收下来 通过一定的变换再发送出去的设备 例如调制解调器 数据通信的过程是把字符或符号转换成编码 产生与编码相对应的信号 信号传送到目的地后被接收设备接收 按编码的规则将信号解码 再还原成相应的字符或符号 所以编码就是字符或符号与信号元素之间的约定的标准翻译 美国标准信息交换码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange ASCII 数字信号与模拟信号 数字信号 DigitalSignal 是指其波形在一定的误差允许的范围内只包括高低两个电压值 分别对应 1 和 0 模拟信号 AnalogSignal 由连续变化的电平构成 在图像上一般表现为正弦波 数字信号状态简单 容易识别 但不适合长距离传输 模拟信号状态复杂 不容易识别 但能够长距离传输 数字信号与模拟信号 数字信号模拟信号 数据通信分类 并行和串行 并行通信和串行通信 并行 Parallel 通信指使用独立的通信线路同时传输多组数据 短距离 串行 Serial 通信使用一条通信线路 依次传送多组数据 长距离 数据通信分类 同步和异步 同步通信即相互通信的设备同一步调传送信息 效率高 但需要用特别的软件和硬件设备 异步通信是利用起止位来确定每个字符的传送 有些还有校验位 效率较低 但硬件较为简单 数据通信分类 单工 半双工和全双工 数据通信分类 共享通信和点对点通信 多路复用技术 多路复用的定义 多路复用是指把若干个彼此无关的信号合并为一个复合信号 并在一条共用信道上进行传输 频分多路复用 FDM 时分多路复用 TDM 波分多路复用 WDM 频分多路复用 频分多路复用 当信道带宽大于各路信号的总带宽时 可以将信道分割成若干个子信道 每个子信道用来传输一路信号 或者说是将频率划分成不同的频率段 不同路的信号在不同的频段内传送 各个频段之间不会相互影响 所以不同路的信号可以同时传送 这就是频分多路复用 FDM 波分多路复用 波分多路复用 是FDM应用于光纤信道的一个变例 时分多路复用 时分多路复用 当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时 可以将使用信道的时间分成一个个的时间片 时隙 按一定规则将这些时间片分配给各路信号 每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输 所以信号之间不会互相干扰 1 3计算机网络协议 协议的概念OSI参考模型IEEECSMA CDNetBEUI和NWLinkTCP IP 计算机网络传输协议 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 也就是协议 协议是使网络通信更加有效的一组规则的集合 网络协议是通信双方通过网络进行通信和数据交换时必须遵循的规则 标准或约定 这些网络协议用于控制主机与主机 主机与通信子网中各节点之间的通信 我们可以把某个网络看作一个城市的交通路段 把交通路段上的所有车辆看作是数据 那么协议就好比是交通规则 所有车辆 数据 都必须按照交通规则 协议 行走 这样才能保证每辆车都能去到它的目的地 数据能够正确地从源端传递到目的端 从而实现交通路段的畅通 网络的畅通 OSI参考模型 源端 目的端和分组 对于通过一个网络传输信息的计算机而言 网络上的所有通信都起源于一个源端并且会到达一个目的端 源端 是指通信双方中 数据的发起端 目的端 是指通信双方中 数据的接收端 分组 在数据在网络上发送之前 被分解为较小的 容易在网络上传输的数据单元 它们被称为分组 packet OSI模型 把数据进行分组的优点 网络上的计算机可以轮流发送分组 而且有较多数据要传输的计算机不会对网络的带宽造成垄断 如果网络通信被中断并且丢失了一个分组 只是小部分数据会被重发 而不会重传整个文件 根据网络结构和链路类型 每个分组可以采取一个不同路径以到达目标设备 这样如果一个路径变得拥挤或者速度变慢的话 后续的分组可以采取另外一条效率更高的路径传输 1984年 国际标准化组织 InternationalOrganizationforStandardization ISO 发布了开放系统互连 OpenSystemsInterconnection OSI 参考模型 以描述信息是如何从一台机器传递到另一台机器的 这个过程从一个用户通过键盘或鼠标输入信息开始 直到信息转换为通过线缆或空中的无线电波传递的电信号和光信号 OSI是一个参考模型 并未完全实施 按照网络通讯分层的原则制定 共7层 OSI网络模型是各种网络协议制定的参考基准 TCP IP协议与之有比较好的对应关系 OSI模型 起源 OSI模型 目的 为了解决不同网络系统之间互不兼容和相互通信的问题 可以观察每一层的网络功能 更重要的是 可以利用它来理解数据通过网络传输的过程 在发送方和接收方使用不同网络介质类型的情况下 使用OSI参考模型还可以形象地描述 将信息或者数据分组从应用程序通过网络介质传输到另一台计算机上的应用程序的这一过程 OSI参考模型 如右图所示 OSI参考模型共分为七层 从低到高分别是 1 物理层2 数据链路层3 网络层4 传输层5 会话层6 表示层7 应用层 OSI参考模型 OSI系统各层的作用 用户接口 如何表示数据 信号和介质 IP IPX 介质访问控制MAC EIA TIA 232 TCP UDP 操作系统 ASCII JPEG HTTP Telnet 应用实例 对话和交谈 流量控制和可靠性 路径选择 路由及逻辑寻址 帧和介质访问控制 作用 OSI参考模型 OSI系统之间数据传输1 网络上所有的通信都是从源端传送到目的端的 在网络上传输的信息被称为数据或数据分组 如果主机A想给网络中另外一台主机B发送数据 数据必须首先要经历一个称为封装的过程 在进行网络传输之前 封装过程会对数据附加上必要的协议信息 因此当数据沿着OSI模型的各层向下传递时 它会被增加上数据报头 数据报尾和其他信息 下面 以主机A向主机B发送电子邮件为例 介绍数据是如何传递的 上层数据 上层数据 0101110101001000010 FCS FCS TCP头 上层数据 IP头 上层数据 LLC头 上层数据 MAC头 传输层 数据链路层 物理层 网络层 应用层 表示层 会话层 段 包 比特 帧 PDU OSI参考模型 封装 传输层 数据链路层 物理层 网络层 上层数据 上层数据 0101110101001000010 应用层 表示层 会话层 段 包 比特 帧 TCP头 TCP 上层数据 IP头 IP TCP 上层数据 LLC头 LLC头 IP TCP 上层数据 MAC头 PDU OSI参考模型 解封装 OSI参考模型 OSI系统之间数据传输2 当主机A向主机B发送电子邮件时 数据会沿着应用层一直向下到达其他各层 为了与其他系统中对等层进行通信 每一层使用它自己层的协议数据单元 较低层使用封装把来自较高层的协议数据单元置于数据字段中 并添加各层可以使用的报头和报尾以执行它的功能 数据 第一步首先是创建数据 当主机A发送电子邮件信息时 邮件的字母或字符被转换成可以通过网络传输的数据 数据 当数据到达表示层时 对数据进行相应的格式转换 例如对邮件信息进行加密等 数据 当数据到达会话层时 由邮件程序打开相应的端口 建立会话进程 如采用SMTP协议发送电子邮件 将会在系统打开23端口 当数据到达传输层时 通过对数据打包来实现互联网的传输 通过使用协议数据单元 传输功能确保在两端的主机的电子邮件系统之间进行可靠的通信 当数据到达网络层时 通过对该数据进行封装和增加一个报头 创建一个数据报 第3层的协议数据单元 来实现将该数据传递到指定的目的地 在网络报头中包含有完成传输所需要的信息 如源IP地址和目的IP地址等 当数据到达数据链路层时 将信息封装到帧 第2层协议数据单元 中 帧报头包含完成链路操作的信息 如直连网络设备的物理地址等 01010101110000 当数据到达物理层时 将数据链路层帧编码成1和0的模式以便在网络介质上传输 11000100 11000100 11000100 11000100 OSI参考模型 OSI系统之间数据传输3 当主机B从网络上接收到主机A发送的比特流后 把它们传送给数据链路层以组装为帧 然后将沿着数据链路层从低层到高层传递 中间还经历了解封装的过程 所谓解封装是指 数据由低层向高层传递时 当传递到相关层 把与该层对应的协议 控制等内容剥离出来 剩下的数据则传递到高层 数据 数据 数据 01010101110000 当数据到达物理层时 将接收到的比特流传递给数据链路层 11000100 11000100 11000100 11000100 当数据到达数据链路层时 将比特流组装为帧 并进行解封装 把与数据链路层相关的数据 如物理地址等 剥离出来 将剩下的数据递交给网络层 当数据到达网络层时 通过解封装操作 把与网络层相关的数据 如IP地址等 剥离出来 将剩下的数据递交给传输层 当数据到达传输层时 通过解封装操作 把与传输层相关的数据 如TCP或UDP信息等 剥离出来 将剩下的数据递交给会话层 当数据到达会话层时 执行相关的解封装操作 并把数据向上递交 当数据到达表示层时 执行解封装操作 如接收到的邮件是经过加密的 则对数据进行解密 最后将邮件数据递交给表示层 最后数据到达应用层 主机B的用户就收到这封加密邮件 并可以查阅邮件的内容了 主机A的每一层要与主机B的每一层进行通信 都是通过协议数据单元 每一层的协议交换的信息 PDU OSI参考模型 OSI系统之间数据传输4 返回 OSI参考模型 物理层 物理层利用传输介质为数据链路层提供物理连接 通过物理连接实现比特流的透明传输 其数据传输单位是比特 bit 物理层协议产生并检测电压 以便发送和接收所携带数据的信号 完成相邻设备之间的比特传送 其主要任务是确定与传输介质接口的一些特性 机械特性 电气特性 功能特性和规程特性 返回 OSI参考模型 数据链路层 数据链路层在物理层提供服务的基础上 负责在两个相邻节点间的链路上无差错地传输帧 frame 其数据传输单位是桢 每一帧都包括一定的数据和必要的协议控制信息 数据链路层还协调收发双方的数据传输速率 即进行流量控制 返回 OSI参考模型 网络层 网络层传输的数据单位是分组 数据包packet 网络层用于解决如何将分组从源主机传送到目的主机的问题 网络层的主要功能是进行路由选择 即为了分组的传输 而选择一条从源主机到目的主机的最佳路由 另外 网络层还提供拥塞控制 网络互联等功能 返回 OSI参考模型 传输层 传输层只存在于端系统 主机 中 作用是在发送主机系统上将要发送的数据进行分段 传输层的数据传输单位是传输协议数据单元 在接收主机系统上完成数据段到数据流的重组 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节 它主要是解决如何在两台主机之间实现可靠数据传输问题 传输层利用差错控制 流量控制和拥塞控制来提供提供可靠的端到端的数据传输服务 传输层和会话层之间的边界被认为是应用协议和数据流协议的分界 在传输层以上的高层不再处理信息传输的问题 返回 OSI参考模型 会话层 会话层不参与具体的数据传输 只对传输的数据进行管理 会话是指两个应用进程之间为交换信息而按一定规则建立起来的一个暂时联系 会话层的主要作用就是负责建立 管理和终止两台通信主机之间的会话 返回 OSI参考模型 表示层 表示层用于处理两个OSI系统之间交换信息的表示方法 以确保一个系统的应用层发送的信息能够被另一个系统的应用层正确读取 其主要功能包括数据格式变换 数据的加密和解密 数据压缩和恢复等 返回 OSI参考模型 应用层 应用层是最靠近用户的一层 它为用户的应用程序提供网络服务 作用是负责为应用进程与网络之间提供接口服务 从而使应用进程使用网络服务 返回 TCP IP参考模型 OSI参考模型研究的初衷是希望为计算机网络体系结构与协议提供一种国际标准 但是OSI参考模型只是获得了一些理论研究成果 在市场化方面OSI参考模型是不成功的 由于因特网地飞速发展 使得它成为了世界上最大的网络 因特网采用的是TCP IP协议 该协议并不是国际标准 但是随着因特网地普及 使得TCP IP协议成为了当前 事实上的标准 TCP IP并不是一个简单的协议 而是由一系列的协议所构成 其中包括有TCP UDP IP ICMP以及其他的一些协议 这些协议统称为TCP IP协议族 或协议集 同时它也是因特网的协议标准 TCP IP层次结构 TCP IP参考模型可以分为四层 从低到高分别是 1 网络接口层 网络接口层对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层 TCP IP的层次结构中并没有对该层做具体的描述 TCP IP协议可以运行在不同的物理网络上 这体现了TCP IP协议的兼容性和适应性 2 网际层 对应于OSI参考模型的网络层 主要功能是使数据报从源主机传送到目的主机 3 传输层 对应于OSI参考模型的传输层 主要功能是提供在应用进程之间的端到端通信 4 应用层 对应于OSI参考模型的会话层 表示层和应用层 该层的主要功能就是规定应用进程在通信时所遵循的协议 TCP IP参考模型与OSI参考模型的对应关系 SMTP FTP HTTP TELNET DNS SNMP TCP UDP ICMP IGMP RARP ARP IP 由底层网络定义的协议 应用程序 OSI层次结构 TCP IP层次结构 几个国际组织 美国国家标准协会 ANSI 电子工业联盟 EIA 电气与电子工程师协会 IEEE 国际电信同盟 ITU CSMA CD载波侦听多路访问 冲突监测技术 1 计算机在发送信息之前 始终在监听网络传输介质上的状态 若线路空闲 可发出信息 若线路被占用 则等待 2 在发送信息过程中若检测到碰撞 即有计算机要发送信息 则立即停止发送 冲突各方退避一个随机时间 微秒级 后再发 3 网络上每个站点都在收听信息 一旦数据包接收地址是自已 立即接收到自己计算机中储存起来 并向发送站回答正确到达 若出错 则要求重发 NetBEUI NetBIOS增强用户接口 NetBEUI NetBEUI协议最初是面向几台到百余台电脑的工作组而设计的 它是Microsoft网络的本地网络协议 通常用于较小的 有1到200个客户部门大小的局域网 在Windows系列的操作系统之间实现数据共享 NetBEUI协议是一种理想的选择 NetBEUI是为部门级网络或网段设计的 单部命名 不可路由NetBEUI每次需要连接时 都要发广播包NetBEUI客户机不需进行配置 占用内存少 NWLink 早期网络使用Netware 协议是IPX SP 即网络包交换 顺序包交换的缩写 NWLink是Novell公司IPX SPX传输协议的微软实现 从Windows2000开始提供了NWLink协议 它具有如下特点 可路由 适合大型网络 尤其NetWare服务器的网络 客户机不需要进行任何配置不使用SAP广播 不会增加此类网络堵塞 如果企业由Novell环境转向微软平台 或两种平台共存 NWLink是最好的选择 TCP IP 传输控制协议 网际协议 TCP IP 是工业界标准的协议组 为跨越局域网和广域网环境的大规模互联网络设计 TCP IP标准是在RFC文档中发布的 RFC是目前仍在发展的描述TCP IP和Internet内部工作的一系列报告 协议的提议以及协议标准 可以从RFCWeb站点 http www rfc editor org 处获得RFC文档 TCP IP协议分层结构 TCP IP协议的组件 应用层 定义了TCP IP应用协议以及主机程序与要使用网络的传输层服务之间的接口 包括Telnet FTP HTTP SMTP SNMP等 传输层 提供主机之间的通讯会话管理 TCP和UDP 网络层 实现IP数据报的路由 IP ICMP ARP RARP 物理接口层 指定如何通过网络物理地发送数据 包括直接与网络媒体接触的硬件设备如何将比特流转换成电信号 使用介质访问协议 如以太网 令牌环 FDDI X 25 帧中继 RS 232 v 35等 为高层提供传输服务 TCP IP实用程序 连接实用程序 用于交互和使用各种主机上的资源 诊断实用程序 用于检测和解决网络问题 TCP IP服务器软件 向Windows2000上基于TCP IP的客户机提供打印和发布服务 IP地址 使用TCP IP协议的互联网有四个等级的地址 物理地址 用于网络接口层 以太网的物理地址直接写在网卡 NIC 上 所以又称为网卡地址或MAC地址 通常有48位 IP地址 用于网际层 IP地址由网络号 类似于长途电话中的区号 和主机号 类似于长途电话中的本地电话号码 两个部分组成 通常使用来标识互联网中的主机 端口号 用于传输层 通常使用端口号来标识一个应用进程 主机名 用于应用层 通常使用主机名来标识一台主机 IP地址 IP地址是使用TCP IP的计算机分配的一个唯一的32位地址 通常将IP地址按每8位分为四段 段与段之间用 隔开 IP地址成为每台计算机唯一的标识 分为五类 即A类到E类 A类用于大型网络 B类用于中型网络 C类用于局域网等小型网络 D类地址是一种组播地址 E类地址保留今后使用 在网络中广泛使用的是A B和C类地址 这些地址均由网络号和主机号两部分组成 规定每一组都不能用全0和全1 通常全0表示本身网络的IP地址 全1表示网络广播的IP地址 IPV4编址 在IPV4协议版本中 IP地址是32位无符号二进制数 通常用 点分十进制 格式表示 即将32位划分为4个字节 每个字节分别用一个十进制数表示 中间用小数点进行分隔 1 IP地址分类2 子网划分3 IP地址配置4 IP地址危机和解决办法 二进制表示 11001010110001000100100100000101点分十进制表示 202 196 73 5 IPV4编址 IP地址分类1 IP地址可以分为5类 A类 B类 C类 D类和E类 一个组织可以从美国因特网编号注册协会 ARIN 获得三种类型的IP地址 A类 B类和C类 通常A类地址用来支持超大型的网络的需求 B类地址用来支持中大型网络的需求 C类地址用来支持小型网络的需求 D类地址用于广播 E类地址用于科研 IPV4编址 IP地址分类2 A类地址 采用二进制格式表示时 A类地址的第1位 最左边 总是0 第一个八位组是由ARIN分配的网络号 剩余的24位则由网管分配 识别A类地址的简单办法是查看IP地址的第一个八位组 它的范围是从1 126 127开头的网络地址有特殊用途 每个A类地址最多为224 2 16777214台设备分配IP地址 B类地址 采用二进制格式表示时 B类地址的头2位总是1和0 头两个八位组是由ARIN分配的网络号 剩余的16位则由网管分配 识别B类地址的简单办法是查看IP地址的第一个八位组 B类地址的范围是从128 0 0 0到191 255 0 0 每个B类地址最多为216 2 65534台设备分配IP地址 C类地址 采用二进制格式表示时 B类地址的头3位总是1 1和0 头三个八位组是由ARIN分配的网络号 剩余的8位则由网管分配 识别C类地址的简单办法是查看IP地址的第一个八位组 C类地址的范围是从192 0 0 0到223 255 255 0 每个B类地址最多为28 2 254台设备分配IP地址 E类地址 采用二进制格式表示时 E类地址的前4位总是1111 识别E类地址的简单办法是查看IP地址的第一个八位组 E类地址的范围是从240到255 E类地址保留用于实验用途 所以不用来为主机或组播组编址 IPV4编址 IP地址分类3 D类地址 采用二进制格式表示时 D类地址的前4位 从左边 总是1110 识别D类地址的简单办法是查看IP地址的第一个八位组 它的范围是从224 239 D类地址不用来为单独的主机编址 而是用来代替主机组或者组播组的一组主机 只有配置了监听D类地址信息的设备才会接收组播信息 IPV4编址 IP地址分类4 第1个位域的取值范围在248 254之间的IP地址保留不用 IP回环地址 一个特殊的IP地址127 0 0 1 这个地址用作回环 发送到127 0 0 1的数据会回送给发送者 而不会通过网络 通常在一台主机上 通过想127 0 0 1发送测试数据来检查主机上安装的IP软件是否正常工作 所有使用TCP IP的主机都使用这个地址来表示他们自身 也就是本地主机 广播地址 是一个主机号全部为1的IP地址 当在网络上发送一个广播包时 网络上的所有设备都会对它进行处理 保留地址 248 0 0 0 254 0 0 0IP回环地址 127 0 0 1广播地址 172 16 255 255 172 16为网络号 CompanyLogo 地址 类别 网络 主机 10 2 1 1 128 63 2 100 201 222 5 64 192 6 141 2 130 113 64 16 256 241 201 10 A10 0 0 00 2 1 1B128 63 0 00 0 2 100C201 222 5 00 0 0 64C192 6 141 00 0 0 2B130 113 0 00 0 64 16不存在 IP地址分类练习 答案 IP地址分类练习 IPV4编址 子网划分 网络管理员经常需要把网络 尤其是比较大的网络划分为一些较小的网络 划分后形成的较小的部分成为子网络 subnetwork 它们能够增加网络寻址的灵活性 子网络简称子网 通常 中等规模和大型组织的网络是由多个子网所构成的网络 对于组织内部 由多个子网构成了内部网络 如校园网 企业内部网络 对于因特网而言 并不关心内部网络的具体结构 而是把整个组织的网络当成一个网络 如图所示 整个企业网A由子网1 子网2和子网3三个子网构成 而对于因特网 只是将一个企业网A接入因特网而已 IPV4编址 子网地址 子网地址包括了A类 B类或C类地址的网络部分 外加一个子网字段和一个主机字段 子网字段和主机字段是在原先整个网络的主机字段上创建的 通过把原来主机字段划分为子网字段和主机字段 为网络管理员提供了地址分配的灵活性 通常采用借位的方法进行子网的划分 通过在主机字段借8位 可以原先的B类网络172 16 0 0划分为从172 16 1 0到172 16 254 0共254个C类子网 子网掩码 一个IP地址由一个主机部分和一个网络部分组成 与子网掩码配合使用 你可以确定这个地址中哪一个部分是网络部分 这个网络有多大和网络开始的地方在哪里 操作系统需要知道这些信息 以便确定本地子网使用什么IP地址以及哪些地址属于外网并需要一台路由器来访问那些地址 相邻的路由器也需要知道这个子网有多大 以便这些路由器仅向这个方向发送合适的通信 一个网络地址中主机部分与网络部分的划分完全是由子网掩码确定的 子网掩码与IP地址一样 长度为32位 有四个八位组 如 A类 255 0 0 0B类 255 255 0 0C类 255 255 255 0非标准 255 255 255 248 IPV4编址 子网掩码 IPV4编址 子网掩码计算 确定一个特定子网IP地址的子网掩码步骤 1 把子网的IP地址以二进制形式表示出来 2 用全1来代替地址的网络部分和子网部分 3 用全0来代替地址的主机部分 4 把二进制表达转化为点十进制的表达 子网掩码 111111111111111111111111 00000000 255 255 255 0 IPV4编址 网络地址计算1 网络地址的主机部分全为0 为了对一个数据分组进行路由选择 路由器首先必须要使用目标主机的IP地址和子网掩码来执行一个 与 运算 从而确定目标网络的网络地址 运算得到的结果就是网络地址 IPV4编址 网络地址计算2 主机A 172 16 2 200 255 255 255 0 向主机B 172 16 3 150 255 255 255 0 发送数据 当数据经过路由器时 路由器执行路由选择计算 把目标IP地址和它的子网掩码进行 与 运算 得出网络地址后 对照路由表就可以得出该数据传递的路由 IP地址 10101100000100000000001110010110子网掩码 11111111111111111111111100000000与运算 10101100000100000000001100000000子网地址 172 16 3 0 CompanyLogo 地址 子网掩码 类别 子网地址 172 16 2 10 10 6 24 20 10 30 36 12 255 255 255 0 255 255 240 0 255 255 255 0 网络地址练习 B172 16 2 0 A10 6 16 0 A10 30 36 0 网络地址练习 IPV4编址 创建子网 采用向主机字段借位 形成子网字段的方法可以实现子网的划分 对一个组织的网络划分子网后 如何能让组织内部的路由器识别这些子网 通过路由选择位 网络字段 可以实现 对于A类 B类或C类地址 这些地址规定了8 16和24位的路由选择位 当划分子网后 子网字段代表了额外的路由选择位 这样路由器通过识别路由选择位就可以区分这些被划分的子网了 IPV4编址 子网划分实例1 学校某栋办公楼共有校办 6台电脑 党办 6台电脑 人事处 10台电脑 财务处 12台电脑 和保卫处 4台电脑 共5个部门 使用C类IP地址段 192 168 1 0 对该办公楼局域网进行子网划分 要求 1 每个部门对应一个子网 2 列出每个部门可以使用的IP地址范围 IPV4编址 子网划分实例2 第一步 将192 168 1 0转化为二进制形式 11000000101010000000000100000000 第二步 采用借位的方法划分子网 借多少位最合适 11000000101010000000000100000000 网络字段 主机字段 11000000101010000000000100000000 网络字段 子网字段 主机字段 借1位 子网掩码 11111111111111111111111110000000 如果只借1位 那么整个网段可以划分为两 21 个子网 192 168 1 0 192 168 1 127 子网掩码为255 255 255 128 192 168 1 128 192 168 1 255 子网掩码为255 255 255 128 每个子网可以容纳的主机数为 27 按主机字段位数 2 头尾两个IP不能使用 126 IPV4编址 子网划分实例3 11000000101010000000000100000000 网络字段 主机字段 11000000101010000000000100000000 网络字段 子网字段 主机字段 借2位 子网掩码 11111111111111111111111111000000 借2位 那么整个网段可以划分为四 22 个子网 192 168 1 0 192 168 1 63 192 168 1 64 192 168 1 127 192 168 1 128 192 168 1 191和192 168 1 192 192 168 1 255 子网掩码为255 255 255 192 每个子网可以容纳的主机数为 26 按主机字段位数 2 头尾两个IP不能使用 62 11000000101010000000000100000000 网络字段 子网字段 借3位 主机字段 子网掩码 11111111111111111111111111000000 IPV4编址 子网划分实例4 子网0使用子网的好处是有代价的 就是每划分一次子网 就会有一些地址不能使用 例如刚才我们做的子网划分 借2位 产生了4个子网 子网0 192 168 1 0子网1 192 168 1 64子网2 192 168 1 128子网3 192 168 1 192划分出来的第一个子网称为子网0 这个子网是不能被使用的 因为它的子网地址会与主网络号相混淆 同样最后一个子网 子网3 也会造成类似的问题 因为该子网的广播地址与网络广播地址是相同的 因此划分出来的4个子网实际上只有2个能用 这意味着有128 一半 个IP地址不能使用 减少划分子网所造成的IP地址浪费方法通过从主机字段借更多的位 划分更多的子网 来减少IP地址的浪费 甚至可以使用CISCOIOS 使用ipsubnet zero命令 来收回第一个子网和最后一个子网所浪费的IP地址 IPV4编址 子网划分实例5 IPV4编址 子网划分实例6 这道题的答案是 1 借4位来划分子网 2 子网1 192 168 1 16 192 168 1 31 子网2 192 168 1 32 192 168 1 47 子网3 192 168 1 48 192 168 1 63 子网4 192 168 1 64 192 168 1 79 子网5 192 168 1 80 192 168 1 95 子网掩码 255 255 255 240剩下的子网 除了子网0和子网15外 作为预留 IPV4编址 IP地址配置 IP地址配置有两种方法 1 手工配置在Windows系统中 通过 本地连接 的属性 TCP IP协议 属性来手工配置IP地址 子网掩码和网关等网络信息 2 自动配置需要动态主机配置协议 DHCP 的支持 DHCP协议允许主机自动获取IP地址 并能够自动获得子网掩码和DNS服务器等网络配置信息 IPV4编址 IP地址配置注意事项 网络号不能为127主机号不能全为0或2550 0 0 0 IPV4编址 私有IP地址 IP地址有公网IP地址和私有IP地址之分 公网IP地址通常是向当地的ISP申请 获取后 可直接在主机上配置 然后通过连接因特网的线路 电话线 光纤等 接入因特网 私有IP地址配置在主机后 不能直接接入因特网 必须要经过地址转换 NAT 转换成为公网IP地址后 才能连上因特网 在绝大多数的企业 单位和公司的内部网络中都使用私有IP地址 私有IP地址是有指定的范围的 私有地址空间 RFC1918中定义了在企业网络内部使用的专用 私有 地址空间 如下 A类 10 0 0 0 10 255 255 255B类 172 16 0 0 172 31 255 255C类 192 168 0 0 192 168 255 255LinkLocal网络地址空间 169 254 0 0 169 254 255 255也属于专用内部地址 IP地址危机 剩余的 尚未分配的IPV4网络地址的耗尽问题 由于因特网的发展 因特网的路由表大小也在迅速大量地增加 威胁到路由器的处理能力 IPv6 IP版本4 使用32位寻址空间 制约了因特网的发展 为此产生了下一代IP协议 目前推出的是IP版本6 IP版本 IPv6 在以下方面解决IP4的存在问题 1 扩展寻址和路由选择能力 2 包头格式的简化 3 服务功能的质量 4 安全性和保密性 5 IP的可移动性 IP6与IP4寻址空间从32位增加到128位 从根本上解决了IP地址的分配问题 IPv6地址有128bit 传统的写法是4位整数 每个整数代表一个16进制数字 IPv6是8个由冒号分隔的16比特整数串 68DA 8909 3A22 FECA 68DA 8909 3122 1111最初应用时不可能用满128比特 一些位置068DA 0000 0000 0000 68DA 8909 8909 3A22简写表示 68DA 0 0 0 68DA 8909 8909 3A2268DA 68DA 8909 8909 3A22IPv6允许IPv4地址如下表示 202 204 25 3 无类间路由 CIDR 传统的IPV4有类别系统是按照IP地址的网络部分来进行分类的 路由器根据地址的前几位的类别位识别网络地址的类别 然后根据这个类别来识别地址的网络字段和主机字段 无类别域间路由 CIDR 的IPV4编址方式忽略传统地址类别 路由器采用被称为无类别域间路由 CIDR 的IPV4编址形式 它是指一个IP地址的网络部分 网络字段 在32位范围内可以是任意位长 而不仅仅受限与8 16 24位长 无类间路由 CIDR 172 16 1 1这个IP地址是什么类别的IP地址 255 255 255 0 172 16 1 0 172 16 1 255 256 255 255 255 252 4 172 16 1 0 172 16 1 3 255 255 255 248 8 172 16 1 0 172 16 1 7 255 255 255 240 16 172 16 1 0 172 16 1 15 255 255 255 224 32 172 16 1 0 172 16 1 31 255 255 255 192 64 172 16 1 0 172 16 1 63 255 255 255 128 128 172 16 1 0 172 16 1 127 无类间路由 CIDR IP地址表示形式 CIDR化的IP地址一般采用斜线记法或前缀记法 又称为CIDR记法 例如 172 16 21 5 24表示32位的IP地址中 前24位是网络前缀 即IP地址中的网络部分占24位 后8位表示IP地址中的主机部分 对于该网络上所有的主机 IP地址的网络前缀部分都是相同的 IP地址前缀记法 通过子网掩码将点分十进制转化为前缀记法 首先将子网掩码用二进制表示出来11111111111111111111111100000000 172 16 21 0255 255 255 0 然后把为1位的数目统计出来 总共有24位为1 最后得出前缀表达式为 172 16 21 0 24 CIDR练习 255 255 255 0 172 16 1 1 24 256 255 255 255 252 4 172 16 1 1 30 255 255 255 248 8 172 16 1 1 29 255 255 255 240 16 172 16 1 1 28 255 255 255 224 32 172 16 1 1 27 255 255 255 192 64 172 16 1 1 26 255 255 255 128 128 172 16 1 1 25 CompanyLogo 地址 类别 网络地址 广播地址 201 222 10 60 255 255 255 248 子网掩码 15 16 193 6 255 255 248 0 128 16 32 13 255 255 255 252 153 50 6 27 255 255 255 128 C201 222 10 56201 222 10 63 A15 16 192 015 16 199 255 B128 16 32 12128 16 32 15 B153 50 6 0153 50 6 127 IP地址练习 域名 域名 主机名 单位名称 单位种类 国家代码 在使用现有的协议的情况下 解决IP地址资源紧缺的问题有两种方法 使用代理服务器使用地址转换 NAT 根本的解决方案是升级到IPv6 实验1 1TCP IP协议配置 添加TCP IP协议设置IP地址设置网关设置DNS和域后缀 计算机网络的分类 按网络覆盖范围分类按拓扑结构分类按服务的提供方式分类按介质访问协议分类 按网络覆盖范围分类 局域网 城域网 广域网 按拓扑结构分类 总线型 环型和星型 按拓扑结构分类 总线型 环型和星型 按拓扑结构分类 总线型 环型和星型 按服务的提供方式分类 对等网络 客户机 服务器网络 服务器 提供网络服务的计算机 需要安装网络操作系统 网络传输协议 网络服务软件等服务端软件 是信息的存储作者或服务的提供者 客户机 申请网络服务的计算机 需要安装客户端软件 是网络传输协议与用户交互的部分 客户机 服务器 Client Server 体系 网络中有一台或多台服务器运行服务端软件提供网络服务 其他的计算机作为客户机运行客户端软件使用这种网络服务的体系结构 分布式计算的英文为DistributedComputing 如果我们说某项工作是分布式的 那么参与这项工作的不只是一台计算机 而是一个计算机网络 在分布式计算中 网络侧重于它的计算功能 而不是通信功能 按介质访问协议分类 以太网 Ethernet 令牌环网TokenRing 光纤分布式数据接口FDDI 令牌总线网 2 1网络传输介质2 2网卡和调制解调器2 3物理层网络互联设备2 4数据链路层网络互联设备2 5网络层网络互联设备 第二章网络传输介质和网络互联设备 2 1网络传输介质 有线传输介质双绞线同轴电缆光纤无线传输介质微波卫星 选择最佳的传输介质时 应如下考虑因素 数据传输速率抗干扰能力适用的网络拓扑结构允许的最大长度线缆及附属设备的成本安装及重新配置的灵活性和方便性 双绞线 非屏蔽双绞线 容易安装 成本低 易受干扰屏蔽双绞线结合了屏蔽 相互抵消和电线扭绞技术 但使用时电缆一端接地 双绞线的规范和终接方式 RJ45接头俗称RJ45水晶头 用于数据电缆的端接 常用的有EIA TIA568 A和EIA TIA568 B两种线序标准 双绞线与网卡的连接器 RJ 45接头 双绞线网线制作和连接 双绞线两端头通过RJ 45水晶头连接网卡和集线器 需在双绞线两端压制水晶头 压制水晶头需使用专用卡线钳制作 下图是已经制作好的双绞线 所需工具 首先 我们要了解一下制作双绞线的材料和工具 双绞线 RJ 45水晶头 压线钳 测线仪 如下图 RJ 45水晶头双绞线 压线钳 测线仪 RJ45接头网线制作 1 准备 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 RJ45接头网线制作 最后对制作好的网线进行测试 RJ45接头网线制作 返回 同轴电缆比双绞线有更远的无中继距离 安装成本高 光纤距离远 不受电磁干扰 价格昂贵 无线传输介质 微波微波连网应用在不易布线 覆盖面积大的地方 不受地域限制 通信卫星通信卫星应用长距离连网 当两地距离超过800公里时 使用卫星联网更经济 微波通信是使用波长为1m至0 1mm的电磁波进行的通信 它具有可用频带宽 通信容量大 传输损伤小 抗干扰能力强 在空间沿直线传播是微波通信的等重要特点 卫星通信是微波通信的一种 它是利用人造地球卫星作为中继站 来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信 具有通信容量大 覆盖面积广 传输损伤小 抗干扰能力强等优点 按运行轨道分为同步轨道通信卫星和低轨道通信卫星 通信卫星是专用的人造天体 在卫星运行过程中 还产生了星食和日凌中断等新的天文现象 对等方式的WaveLAN 数张无线网卡 USB PCI或PCMCIA接口 可以自成网络 无需无线网桥 AP 实现点对点与点对多点连接 这种方式不能连接外部网络 接入方式的WaveLAN 这种模式通过数张无线网卡及一台无线网桥 AP 通过AP实现无线网络内部及无线网络与有线网络之间的互通 中继方式的WaveLAN 采用室外无线网桥进行连接时 网络方式如下图所示 无线局域网传输有效距离 无线局域网 因何尚未流行 安全问题主观原因网络设备价格相对昂贵无线网络高速技术尚未普及各种无线网络新技术都在发展 多处于观望 各种传输介质的比较 2 2网卡和调制解调器 网络接口卡 网络接口卡又称为网络接口适配器 NIC 是构成网络的基本部件 它一方面连接网络中的计算机 另一方面通过连接器件与传输介质相连 实现网络数据格式与计算机数据格式的转换 网络数据的接收与发送等功能 接入主机类型 ISA总线PCI总线PCMCIA接口卡USB接口 接入网络类型 AUI 同轴电缆 粗缆BNC 同轴电缆 细缆RJ45 双绞线 MAC地址 Windows