第章局域网组建基本知识PPT课件.ppt

局域网组建 管理与维护 杨威等编著 人民邮电出版社 Construction AdministrationandMaintenanceofLocalAreaNetwork 21世纪高等院校网络工程规划教材 山西师范大学网络信息中心 1 2020 3 18 局域网组建 管理与维护 强调网络构建理论基础突出系统集成技术实践重视案例学习兴趣激发 2020 3 18 学习目标 了解局域网的发展 理解局域网的概念 功能与特点 掌握网络系统结构与协议的基本知识 会使用OSI参考模型与TCP IP体系结构对比分析实际网络体系结构 理解IPv4与IPv6的要点与使用规范 熟练掌握IPv4子网地址设置与子网掩码设置 基本掌握IPv6地址表示方法与配置方法 理解IPv4向IPv6过渡的途径与方法 理解局域网的组成结构 理解对等网络 客户机 服务器网络及浏览器 服务器网络结构的特点与区别 基本掌握局域网各种结构的使用范围 第1章局域网组建基本知识 2020 3 18 重点知识 网络系统结构与协议OSI与TCP IP体系结构IPv4子网地址设置与子网掩码设置IPv6地址表示与配置方法局域网的组成结构与使用范围难点知识 IPv4可变长子网与掩码IPv4向IPv6过渡途径与方法 第1章局域网组建基本知识 2020 3 18 计算机局域网概述概念功能特点发展网络体系结构与协议概念原理OSI模型TCP IP拓扑结构IPv4协议IPv6协议局域网组成结构对等网Client ServerBrowser Server 第1章局域网组建基本知识 2020 3 18 1 1计算机局域网概述 计算机应用需求的增长和计算机成本的不断降低 使用计算机的用户数量在不断上升 人们希望能够将一个局部范围 如一个办公室 一栋写字楼 一个学校 一个企业的计算机通过一定的方法连接起来 以实现计算机之间数据交换 共享网络硬件和软件资源 这样 计算机局域网 LocalAreaNetwork LAN 技术得到了广泛的应用和发展 2020 3 18 1 1 1局域网的概念 体现应用目的的定义 以相互共享资源方式连接起来 并且各自有独立功能的计算机系统之集合 体现物理结构的定义 在网络协议的控制下 由一台或多台服务器 若干台终端机 PC 数据传输设备 集线器 交换机 以及终端机与服务器间 终端机与终端机间 服务器与服务器间进行通信设备所组成的计算机复合系统 2020 3 18 1 1 2局域网的发展 1969年 世界上最早的广域网ARPANET的研制成功 展现了计算机网络的广阔应用前景 1974年英国剑桥大学计算机研究室研究成功了著名的剑桥环局域网络 Cambridge Ring 1976年美国Xerox公司PaloAlto研究中心利用夏威夷大学ALOHA无线电网络系统原理成功开发了以太网 Ethernet 使之成为第一个共享总线式局域网 1980年美国DEC公司 Intel公司和Xerox公司联合公布了局域网DIX标准 即以太规范 使局域网的典型代表以太网进入规范阶段 1980年2月 IEEE学会下属的802局域网络标准委员会宣告成立 并相继提出了若干802局域网络协议标准 1984年IBM公司推出它的IBMPCNETWORK宽带局域网产品 遵循以太规范 可以用来连接已经有广泛用户的环形局域网产品 20世纪80年代中后期到90年代 具有较高水平的局域网操作系统 NOS 也得到了很大发展 2020 3 18 进入20世纪90年代 局域网技术主要朝着两个方面发展 互联和高速 在网络高层协议和操作系统支持下 已实现了LAN LAN互联和LAN WAN的互联 互联扩大了局域网的应用范围 从某种意义上来说 局域网已不再是 局域 的了 另一方面随着局域通信技术光纤化的趋势 出现了多种新的光以太网通信技术 例如10Gbps以太网 使局域网正朝着高速率 大容量的方向发展 局域网上传输的信息也不再是文本数据 而是融合话音 数据和视频的多媒体信息 局域网速度已经从共享式10Mbps升级到交换式100Mbps 1000Mbps 目前最快的以太网交换机带宽可达到10Gbps 1 1 2局域网的发展 2020 3 18 1 1 3局域网的功能 资源共享 共享网络中的各种硬件和软件资源 使网络中的资源互通有无 分工协作 从而避免了不必要的投资浪费 大大提高了资源的利用率 负载均衡与分布处理 将局域网任务分布在多台主机 均衡网络负载 将任务分散到不同的计算机上进行分布式处理 充分利用各地的计算机资源进行协同工作 信息快速传输和集中处理 局域网可以实现客户机与客户机之间 客户机与服务器之间 服务器与服务器之间快速可靠的信息传输 并可根据实际需要对信息进行分散或集中管理 综合信息服务 企事业局域网可提供数字 语言 图形 图像等各种信息传输 实现电子邮件 电子会议 网上办公 网上学习等 2020 3 18 1 1 4局域网的特点 局域网地理范围一般在0 01km 20km之间 这样的地理范围可以是一个跨城市的集团组织或是一个集团的建筑楼群 也可以是一栋楼或一个办公室 可见局域网联网非常灵活 甚至两台计算机就可以连成一个对等的局域网 局域网是专用网 一般由一个部门专有 不需要使用公共通信设施连网 专线使得局域网具有较好的信道质量 局域网的数据传输率高 误码率低 数据传输率一般在10Mbps 10Gbps 而误码率却在10 9左右 局域网使用共享信道技术 具有独特的介质访问控制方式 例如 以太网的总线结构和基于CSMA CD的介质访问控制 局域网价格低廉 组网容易 使用方便 2020 3 18 1 2网络体系结构与协议 网络协议由三个要素构成 语法 语义和时序 语法确定通信双方之间 如何讲 由逻辑说明构成 确定通信时采用的数据格式 编码 信号电平及应答结构等 语义确定通信双方之间 讲什么 由通信过程的说明构成 要对发布请求 执行动作及返回应答予以解释 并确定用于协调和差错处理的控制信息 时序确定事件的顺序以及速度匹配 排序等 1 2 1基本概念与原理 2020 3 18 1 2 1基本概念与原理 体系结构 为了完成计算机间的协同工作 把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次 规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务 将这些同层次进程通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构 分层特点 独立性强 功能简单 适应性强 易于实现和维护 2020 3 18 1 2网络体系结构与协议 体系结构服务定义协议规格 1 2 2OSI模型 2020 3 18 1 TCP IP协议 1 协议集 1 2 3TCP IP体系结构 FTP 文件传输协议 HTTP 超文本传输协议 SMTP 简单邮件传输协议 DNS 域名解析服务系统 TFTP 一般文件传输协议 SNMP 简单网络管理协议 TCP 文件传输控制协议 UDP 用户报文协议 IP 网际互连协议 2020 3 18 TCP IP模型 TCP IP起源于美国国防部高级研究规划署 DARPA 的一项研究计划 实现若干台主机的相互通信 现在TCP IP已成为Internet上通信的标准 TCP IP模型包括4个概念层次 应用层 application 传输层 transport 网际层 internet 网络接口 networkinterface 2020 3 18 TCP IP与OSI参考模型的对应关系 2020 3 18 TCP IP的应用层 应用层协议支持了文件传输 电子邮件 远程登录 网络管理 Web浏览等应用 2020 3 18 TCP IP的传输层 传输层的两项主要功能 流量控制 通过滑动窗口实现 可靠传输 由序号和确认来实现 传输层提供了TCP和UDP两种传输协议 TCP是面向连接的 可靠的传输协议 它把报文分解为多个段进行传输 在目的站再重新装配这些段 必要时重新发送没有收到的段 UDP是无连接的 由于对发送的段不进行校验和确认 因此它是 不可靠 的 2020 3 18 面向连接的 TCP无连接的 UDP 传输层提供了两种传输协议 2020 3 18 TCP UDP端口号 TCP和UDP都用端口 socket 号把信息传到上层 端口号指示了正在使用的上层协议 FTP SMTP TFTP DNS Telnet SNMP 21 23 25 53 69 161 TCPUDP 应用层 传输层 保留的端口号 255 公共应用255 1023 公司 1023 未规定 2020 3 18 TCP IP网际层的四个主要协议 TCP UDP 6 17 IP 传输层 网际层 IP数据报的协议域确定目的端的上层协议 2020 3 18 网际控制报文协议 ICMP ICMP消息被封装在IP数据报里 用来发送差错报告和控制信息 ICMP定义了如下消息类型 目的端无法到达 Destinationunreachable 数据报超时 Timeexceeded 数据报参数错 Parameterproblem 重定向 Redirect 回声请求 Echo 回声应答 Echoreply 信息请求 Informationrequest 信息应答 Informationreply 地址请求 Addressrequest 地址应答 Addressreply 2020 3 18 最常用的是 目的无法到达 和 回声 消息 A B 发数据给Z 到Z的数据 我不知道如何到达Z 用ICMP通知A 目的端无法到达 路由器用ICMP通知目的地不可达的示意图 2020 3 18 A B B可以到达吗 ICMP回声请求 可以 我在这里 ICMP回声应答 用PING命令产生的回声及其应答示意图 2020 3 18 地址解析协议 ARP AddressResolutionProtocol ARP用于将一个已知的IP地址映射到MAC地址 方法 1 检查ARP高速缓存表 2 若地址不包含在表中 就向网上发广播来寻找 具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应 ARP只能用于具有广播能力的网络 A C 我需要10 1 0 5的MAC地址 IP 10 1 0 5MAC 我就是 这是我的MAC地址 IP 10 1 0 5MAC 0800 0020 2C0A B 10 1 0 1 10 1 0 5 10 1 0 2 2020 3 18 反向地址解析协议 RARP ReversedARP RARP用于将一个已知的MAC地址映射到IP地址 RARP要依赖于RARP服务器 该服务器中有一张MAC地址与IP地址的映射表 需要查找自己IP地址的站点向网上发送包含有其MAC地址的RARP广播 RARP服务器收到后将该MAC地址翻译成IP地址予以响应 RARP同样只能用于具有广播能力的网络 A C 我的IP地址是什么 MAC 0800 0020 2C0AIP 我听到广播了 这是你的IP地址 MAC 0800 0020 2C0AIP 10 1 0 5 B RARPServer 2020 3 18 1 网络接口层 该层是整个体系结构的基础部分 负责接收IP层的IP数据报 通过网络向外发送 或接收处理从网络上来的物理帧 抽出IP数据报 向IP层发送 2 网络互联层 该层是整个体系结构的核心部分 负责处理互联网中计算机之间的通信 向传输层提供统一的数据报 3 传输层 该层是整个体系结构的控制部分 负责应用进程之间的端到端通信 传输层定义了两种协议 传输控制协议TCP与用户数据报协议UDP 4 应用层 该层是整个体系结构的协议部分 它包括了所有的高层协议 并且总是不断有新的协议加入 TCP IP体系结构各层的功能 2020 3 18 1 2 4网络拓扑结构 选择拓扑结构考虑因素 费用 灵活性 可靠性 首选 2020 3 18 目前正在使用的IP协议是第四版的 称之为 IPv4 IPv4地址采用32位 按照IP协议规定Internet上的地址共有A B C D E五类 1 2 5IPv4协议 2020 3 18 IP数据报 IP分组 IP包 版本号 报头长度 服务类型 数据报长度 DF MF 段偏移 037151931 标识 生存时间TTL 协议 报头校验和 源IP地址 目的IP地址 选项和填充 最大为40字节 数据区 2020 3 18 保留的IP地址 11 11 1111 1111 本机 本网中的主机 局域网中的广播 对指定网络的广播 回路 以下这些IP地址具有特殊的含义 一般来说 主机号部分为全 1 的IP地址保留用作广播地址 主机号部分为全 0 的IP地址保留用作网络地址 0000 0000 网络号 网络地址 2020 3 18 子网 Subnet 划分 因特网规模的急剧增长 对IP地址的需求激增 带来的问题是 IP地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长解决办法 从主机号部分拿出几位作为子网号这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分 前提 网络规模较小 IP地址空间没有全部利用 例如 三个LAN 主机数为20 25 48 均少于C类地址允许的主机数 为这三个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费 2020 3 18 子网划分举例 例如 C类网络192 10 1 0 主机号部分的前三位用于标识子网号 即 110000000000101000000001xxxyyyyy 子网号为全 0 全 1 不能使用 于是划分出23 2 6个子网 子网地址分别为 11000000000010100000000100100000 192 10 1 3211000000000010100000000101000000 192 10 1 6411000000000010100000000101100000 192 10 1 9611000000000010100000000110000000 192 10 1 12811000000000010100000000110100000 192 10 1 16011000000000010100000000111000000 192 10 1 192 2020 3 18 子网掩码 SubnetMask 子网划分后 如何识别不同的子网 解决 采用子网掩码来分离网络号和主机号 子网掩码格式 32比特 网络号 包括子网号 部分全为 1 主机号部分全为 0 网络号 子网号 部分 主机号 部分 11 1100 00 2020 3 18 子网掩码计算 前面的例子中 网络号24位 子网号3位 总共27位 所以子网掩码为 11111111111111111111111111100000即255 255 255 224缺省子网掩码 A类 255 0 0 0B类 255 255 0 0C类 255 255 255 0 2020 3 18 子网地址计算 子网地址为 202 117 1 192主机号为 15主机之间要能够通信 它们必须在同一子网内 否则需要使用路由器 或网关 实现互联 2020 3 18 子网规划举例 网络分配了一个C类地址 201 222 5 0 假设需要20个子网 每个子网有5台主机 试确定各子网地址和子网掩码 1 对C类地址 要从最后8位中分出几位作为子网地址 24 20 25 选择5位作为子网地址 共可提供30个子网地址 2 检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求 子网地址为5位 故还剩3位可以用作主机地址 而23 5 2 所以可以满足每子网5台主机的要求 3 子网掩码为255 255 255 248 11111000B 248 4 子网地址可在8 16 24 32 240共30个地址中任意选择20个 2020 3 18 DNS用于将主机名转换为IP地址 采用名字来标记一台主机便于记忆 DNS服务主要基于UDP来实现 端口号 53 三个组成部分 域名空间 名字服务器 解析程序域名空间 分布式的 层次型 分级 的树形结构 根没有名字 顶层域由组织域 如org com edu 和国家域 如cn 构成 在往下分还可分为若干层子域 如下页图 通常用点来分隔域的层次 如 域名服务DNS 2020 3 18 根 INT CN MIL NET COM JP IBM intel eng www jack edu net wuyiu www ftp 武夷学院的Web服务器 WWW WUYIU EDU CN 2020 3 18 DNS名字服务器 存放域树结构和主机信息的数据库 为减小查询流量负载 提高可靠性 DNS名字空间被划分成若干不交叉的区域 Zone 分别存放在该区域的DNS服务器中 解析程序 从名字服务器中提取信息把主机域名翻译成IP地址 解析过程为 首先从本地Hosts文件查找 没找到就向本地DNS名字服务器发出请求 若本地DNS服务器也找不到 它就把请求发给负责该域的顶层域名字服务器 然后由顶层域名字服务器把请求传递给相应子域的名字服务器 最后由该名字服务器把域名对应的IP地址按相反的路径传递给发出请求的站点 域名服务DNS 2020 3 18 例如 想要知道的IP地址 则查询过程如下 edu 原始服务器 eng ibm服务器 edu服务器 wuyiu edu服务器 WWW服务器 域名服务DNS 2020 3 18 最本质的改进 几乎无限的地址空间 地址长度由32位增加到128位 移动便捷 MobileIPv6贴身安全 网络层的IPSec认证与加密 端到端安全简单是美 简化固定的基本报头 提高处理效率扩展为先 引入灵活的扩展报头 协议易扩展层次区划 地址格式更具层次性 便于路由聚合即插即用 地址配置简化 自动配置Qos考虑 新增流标记域 海量地址空间 便捷移动 端到端安全是IPv6的最大优势 IPv6带来的好处 1 2 6IPv6协议 2020 3 18 IPv6带来的产业革命 消费者业务 无线移动网络 分布计算等业务要求网络是以IPv6为基础的一体化综合网络 3G第三代移动通信的关键技术主要包括 初始同步与Rake多径分集接收技术 高效信道编译码技术 智能天线技术 多用户检测技术 功率控制技术 2020 3 18 IPv6改变传统的业务模式 Service Server User User User 更多内容 更多用户 更高带宽 内容向用户迁移 内容在服务器上 网络服务强化内容管理 用户控制 大量内容在用户终端上 2020 3 18 IPv6的标准化 IETF成立IPNG工作组 1992 1994 1995 1996 1999 2001 2002 下一代IP协议 IPv6 推荐版本 完成IPv6的协议文本 成立全球IPv6实验床 6BONE IPv6基本协议标准化 IPv6关联协议修订和完善 部分IPv6相关技术还在草案阶段 2020 3 18 IPv6还处于发展阶段 如何保护投资 MPLS 多协议标签交换 的IPv6相关标准还处于草案阶段网管部分的IPv6特性部分缺乏部分原有RFC依赖IPv4 需要修改 标准在不断更新 设备也需要频繁升级支持平滑升级的设备才能保护工程投资 2020 3 18 全球IPv6发展现状 日本NTTCom JapanTelecom和KDDI等日本的主要运营商和ISP几乎都已经提供IPv6商业化接入服务 日本全国利用IPv6的环境正日益完善 韩国第一阶段 2001年以前 建立IPv6试验网 开展验证 运行和宣传工作 第二阶段 2002年 2005年 建立IPv6岛 与现有IPv4大网互通 在IMT2000上提供IPv6服务 欧洲欧洲在互联网方面落后于美国 但在移动通信方面领先于美国已经建立了Euro6IX和6NET等IPv6试验网络进行有关推广部署IPv6的准备 欧洲各大厂商也都加快了IPv6开发和产品化进程 各种试验项目正逐步成熟 美国目前既没有地址短缺的忧虑 又很不愿意改动花费大量资本构建的IPv4商业网络体系 所以目前主要是以世界IPv6研究 协调中心的面目出现的 研究和开发IPv6的主要组织如IETF 6BONE等都在美国 中国2004年CNGI正式开通 下一步在各地进行驻地网的建设 进一步建立新型的下一代Internet网 2020 3 18 使中国网络未来的发展冲破地址资源匮乏的樊篱世界上人口最多的国家只有不到2000万个IP地址 而中国网民已经达到9000万 居世界第二位 网络地址的希缺与网络规模的大发展形成了鲜明的对比 采用IPv6将完全改观这种局面 IPv6将推动我国信息产业的发展IPv6将带来中国在互联网领域赶超其他国家的重大机遇 对于设备商 运营商 家电商 甚至最终用户 抓住机遇都将带来充满生机的变化 使中国赢得从引进技术转变到引导技术发展的机会IPv6作为一个新的IP核心技术 将带动信息通信乃至其他产业的信息化发展 获得战略性竞争优势 真正需要IPv6的不是欧美日 而是中国 中国发展IPv6的驱动力 2020 3 18 一个IPv6的IP地址由8个地址节组成 每节包含16个地址位 以4个十六进制数书写 节与节之间用冒号分隔 其书写格式为x x x x x x x x 其中每一个x代表四位十六进制数 IPv6的地址结构 除了128位的地址空间 IPv6还为点对点通信设计了一种具有分级结构的地址 这种地址被称为可聚合全局单点广播地址 AggregateGlobalUnicastAddress 开头3个地址位是地址类型前缀 用于区别其它的地址类型 其后依次为13位TLAID 32位NLAID 16位SLAID和64位主机接口ID 分别用于标识分级结构中自顶向底排列的顶级聚合体 TLA TopLevelAggregator 下级聚合体 NLA NextLevelAggregator 位置级聚合体 SLA SiteLevelAggregator 和主机接口 2020 3 18 IPv6的地址配置 IPv6继承了IPv4的这种自动配置 DHCP 服务 并将其称为全状态自动配置 除了全状态自动配置 IPv6还采用了一种被称为无状态自动配置的服务 在无状态自动配置过程中 主机首先通过将它的网卡MAC地址附加在链接本地地址前缀1111111010之后 产生一个链接本地单点广播地址 IEEE已经将网卡MAC地址由48位改为了64位 若主机采用的网卡的MAC地址仍是48位 那么IPv6网卡驱动程序会根据IEEE的一个公式将48位MAC地址转换为64位MAC地址 接着主机向该地址发出一个被称为邻居探测 NeighborDiscovery 的请求 以验证地址的惟一性 如果请求没有得到响应 则表明主机自我设置的链接本地单点广播地址是惟一的 否则 主机将使用一个随机产生的接口ID组成一个新的链接本地单点广播地址 然后 以该地址为源地址 主机向本地链接中所有路由器多点广播一个被称为路由器请求 RouterSolicitation 的数据包 路由器以一个数据包 包含一个可聚合全局单点广播地址前缀和其它相关配置信息的路由器公告来响应该请求 主机用它从路由器得到的全局地址前缀加上自己的接口ID 自动配置全局地址 然后就可以与Internet中的其它主机通信了 2020 3 18 IPv6部署的三个阶段 IPv4 IPv6的过渡技术 2020 3 18 Physical DataLink IPv6 IPv4 TCP UDPv6 IPv6Applications 0 x86dd 0 x0800 TCP UDPv4 IPv4Applications 双栈技术 IPv6过渡技术1 2020 3 18 IPv4网 IPv4网 IPv4网 IPv4网 IPv6网 IPv6网 IPv6网 IPv6网 IPv6User IPv6User IPv6User IPv6User IPv4User IPv4User IPv4User IPv4User 双栈技术 IPv6过渡技术1 2020 3 18 隧道 IPv6过渡技术2 手动配置隧道 Configuredtunnel IPoverIP v6overv4 v4overv6 v4overv4 v6overv6 GRE GenericRoutingEncapsulation MPLSVPN自动隧道 AutomaticTunnel 将IPv4地址嵌入在IPv6地址中 利用这个IPv4地址来决定隧道的源地址和目的地址6to4 6over4 ISATAP Teredo等MPLSVPN隧道代理 TunnelBroker 2020 3 18 IPv4网 IPv6网 IPv6网 IPv6User IPv6User 隧道 将IPv6包封装为IPv4包 将封装后的解封装 还原为IPv6包 必须运行双栈的方式 V6OverV4 最常用的隧道技术 2020 3 18 ISATAP 另一种隧道技术 IPv6NetworkPrefix 64bits 0 5EFE A B C D IPv4 IPv6Internet ISATAPRouter 10 1 1 1 10 3 1 1 10 2 1 1 ISATAPHost ISATAPHost Intra SiteAutomaticTunnelAddressingProtocol 站内自动隧道寻址协议 2020 3 18 MPLSVPN 另一种常用的隧道技术 CPN MPLS城域网 IPv4网络 叠加IPv6网络 CNGI网络 端局路由器方案不改动现网拓扑和设备部署灵活 满足网络过渡的各个阶段应用 IPv6 IPv6隧道 端局路由器 6PE 端局路由器 6PE 端局路由器 6PE IPv4子网 IPv6子网 IPv6子网 IPv4子网 IPv4 IPv4接入网 2020 3 18 翻译器 IPv6过渡方案之三 网络层翻译器StatelessIP ICMPTranslationAlgorithm SIIT RFC2765 NAT PT RFC2766 BumpintheStack BIS RFC2767 传输层翻译器TransportRelayTranslator TRT RFC3142 应用层翻译器BumpintheAPI BIA RFC3338 SOCKS64 RFC3089