项目一 1园区网络规划与设计

网络基础知识,.教学目标理解网络各层的功能及特点；理解局域网的主要技术、广域网的主要技术；掌握在层次化网络中各种网络设备的应用场合。,计算机网络是指将若干台地理位置不同，且具有独立功能的计算机，通过通信设备和传输线路相互连接起来，按照一定的通讯规则进行通信，以实现信息传输和网络资源共享的一种计算机系统。,计算机网络概念,局域网：覆盖范围较小，通常限于几公里之内，如一个办公室、几栋楼、一个大院区。传输速率为101000Mbit/s。局域网主要用来构建一个单位的内部网络，如学校的校园网、企业的企业网等。局域网通常属单位所有，单位拥有自主管理权，以共享网络资源为主要目的。局域网的特点是：4传输速度高；4组网灵活；4成本低。,计算机网络分类（一）,局域网主要技术,以太网技术（CSMA/CD)采用总线控制技术及退避算法。当一个站点要发送时，首先需侦听总线以决定介质上是否存在其他站点发送信号。如果介质是空闲的，则可以发送，如果介质是繁忙的，则隔一次间隔后重发。令牌环（TokenRing)令牌环网在逻辑上是环状结构，所有的网络设备均处在这个环上。网络中传递一个很小的帧，称为“令牌”，只有拥有令牌的工作站才有发送信息、令牌的权力光纤分布式数据接口（FDDI）采用光纤电缆的100Mbps双令牌环局域网，FDDI在物理上是两个平行的、相对作反向传输的双环结构，它采用定时的令牌传递协议。FDDI双环结构有非常好的冗余特性，单一环路故障不会造成网络瘫痪。用于建高带宽和长距离传输的主干网，站点连接两种方式：DAS和SAS异步传输模式（ATM）采用定长的53字节的小的帧格式，其中48个字节为信息的有效载荷，另有5个字节为信元头部。主要用于专用网络和核心网络范围内。以太网是最为流行的局域网技术，其优点是设备性价比较高、可扩展性好、能够平滑升级，适应范围广泛及生产厂商众多。,城域网：覆盖范围通常为一座城市，从几公里到几十公里，传输速度为64Kbit/s几Gbit/s。城域网主要指大型企业、ISP、电信部门、有线电视台和市政府构建的专用网络和公用网络。,计算机网络分类（二）,广域网：其覆盖范围很大，几个城市，一个国家，甚至全球。广域网主要指使用公用通信网所组成的计算机网络，如因特网(Internet)。广域网的特点是：4地理范围没有限制；4由于长距离的数据传输，容易出现错误；4可以连接多种局域网；4成本高。,计算机网络分类（三）,广域网通信方式,WAN技术在OSI参考模型的下三层，即物理层、数据链路层和网络层发挥作用。WAN上的通信有三种方式，即点到点连接、电路交换和分组交换。点到点连接称为租用线路，它是由电信运营商为两个用户节点提供专用的连接通道，该连接是被用户长期独占的专用物理通道。DDN、ADSL是点到点连接典型例子。DDN速度可达155Mbps，用户接入需要用户购买基带Modem。ADSL下行带宽可达9Mbps，非常适合于以下午为主的Internet接入技术选型。电路交换是一种WAN交换方式，网络通过介质电路上载波为每个通信会话临时性建立一条专用物理电路，并维持此电路直到通信结束后终止这一连接。PSTN和ISDN是典型电路交换例子。分组交换是另一种WAN交换方式，它通过使用多路复用技术使多路传输共享相应的电路，从而可以实现一点对多点的同时信息传输，如X.25、帧中继和ATM是典型的分组交换方式。,常用广域网技术比较,电信宽带ADSL电话、传真、数据综合业务经济、灵活,文件服务；打印服务；电子邮件服务(E-mail)；信息发布、信息检索等服务。,网络提供主要服务,计算机网络组成,网络工作站：计算机网络的用户终端设备，通常是PC机，主要是完成数据传输、信息浏览和桌面数据处理等功能。网络服务器：被工作站访问的计算机系统，是网络的核心设备，通常是一台高性能计算机，它包括了各种网络信息资源，并负责管理资源和协调网络用户对资源的访问。传输设备：4传输介质：连接发送端和接受端的传输通路，主要有：电缆、光缆、微波等。4网卡(NIC)：用于连接计算机与线缆。网卡的种类很多，主要与传输介质、传输速度有关。,网络外部设备：是网络用户共享的硬件设备之一，如高性能网络打印机、磁盘阵列、绘图仪等。局域网连接设备：将网络工作站、网络服务器、网络外部设备等连接，实现计算机间相互通讯的设备，常用的有交换机、集线器等。网络互连设备：局域网互连：不同类型局域网的互连，可通过网桥和路由器实现。同类局域网的互连，可用中继器实现。局域网与广域网互连：一种是通过数字数据通信网（如ISDN、DDN、X.25、帧中继）互连，常用路由器实现；一种是通过模拟电话网（如PSTN）互连，常使用访问服务器（AccessServer）和调制解调器池（ModemPool）来实现。,网络软件：主要包括以下两种：4网络操作系统：主要是对网络资源进行有效管理。常用有：UNIX、WindowsNT、Netware。4网络应用软件：根据应用而开发的基于网络环境的应用系统。常用的有：办公自动化(OA)、管理信息系统(MIS)、数据库管理系统、电子邮件等。,网络传输概念数据通信：是指通过数据通信系统将数据以某种信号的方式从一处安全、可靠地传送到另一处。数据编码技术：为了便于数据的传输和处理，将数据表示成适当的信号形式。主要的数据编码技术是：数字数据的模拟信号编码；数字数据的数字信号编码；模拟数据的数字信号编码。传输速率：指每秒能传输的位数，用bit/s表示。,通信操作方式：一个通信系统至少由三部分组成：发送器、传输介质、接收器。发送器产生信号，经过传输介质传送给接收器，由接收器接收这个信号就完成信号从一端到另一端的传送。根据信号传输方向时间的关系，可以将通信操作方式分成以下三个：4单工通信：发送器和接收器之间只有一个传输通道，信息单方向从发送器到接收器；如火警，只是将警报发给消防队，而不需要从消防队接收什么消息。再如有线电视和无线广播。,4半双工通信：发送器和接收器之间有两个传输通道，信息只能轮流进行双向的传送，在某一时刻只能沿单方向从发送器到接收器。如大楼内的保安通过对讲机传递消息，一位完成讲话，必须释放对讲机的传送键，以便另一位保安能够发出响应。4全双工通信：发送器和接收器之间有两个传输通道，信息可以同时进行双向的传输。如打电话，交谈的双方任何时候都可以说话。,传输同步方式在计算机通信中，一个最基本的要求是发送端和接收端之间以某种方式保持同步，接收端必须知道它所接收的数据流每一位的开始时间和结束时间，以确保数据接受的正确性。因此，通信双方必须遵循同一通信规程，使用相同的同步方式进行数据传输。同步方式可以分成两个：异步传输：以字符为单位的数据传输，由于每个字符都要附加1位起始位和1位停止位，以标记字符的开始和结束，因此传输效率低。同步传输：以数据块为单位的数据传输，每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标志一个数据块的开始和结束。,网络传输介质：传输介质的分类传输介质是计算机网络最基础的通信设施，其性能好坏直接影响到网络的性能。传输介质可分为两类：有线传输介质（如双绞线、同轴电缆、光缆）和无线传输介质（如无线电波、微波、红外线、激光）。衡量传输介质性能的主要技术指标有：传输距离、传输带宽、衰减、抗干扰能力、价格、安装等。,有线传输介质的特性比较4双绞线：双绞线TP（TwistedPairware）是计算机网络中最常用的传输介质，按其抗干扰能力分为屏蔽双绞线STP（ShieldedTP）、非屏蔽双绞线（UnshieldedTP）。在EIA/TIA568A标准中，UTP共分为15类，计算机网络常用的是3类和5类UTP。如10BASE-T以太网、100BASE-T快速以太网、IBM的令牌网。4同轴电缆：广泛用于有线电视网CATV和总线型以太网。常用的有75和50的同轴电缆。75的电缆用于CATV，总线型以太网用的是50的电缆，分为细同轴电缆和粗同轴电缆。,4光缆：目前广泛应用于计算机主干网，可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤具有更大的通信容量和传输距离。常用的多模光纤是62.5m芯/125m外壳和50m芯/125m外壳。,4物理拓扑：是指组成网络的各部分的几何分布，它不是网络图，只是用图形表述的网络形状和结构；4逻辑拓扑：描述了成对的可通信的网络端点间的可能连接，它描述了哪些端点可以同其他端点通信，以及可通信的端点间是否有直接物理连接。,计算机网络的拓扑结构,常用的物理拓扑和逻辑拓扑三种主要的形式：总线、环型、星型。,总线拓扑,所有连接的设备监听总线传输，并接收与自己地址匹配的分组。如粗、细缆以太网,环型拓扑,星型拓扑,网络上每个工作站有两个连接，分别连接到左右离其最近的邻居，全部网络组成一个物理回路，数据绕环单向传输，每个站作为中继器工作，并接收和响应与其地址相匹配的分组，将其他分组发至下个“下游”站。,网络所有设备都连接到一个网络交换机上，交换机接收信号后，确定转发端口，发送信息到正确的目的地，每个设备都独立访问介质，使用各自的带宽进行通信。,计算机网络通信协议,计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。网络协议(networkprotocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。,网络协议的组成要素,语法数据与控制信息的结构或格式。语义需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。同步事件实现顺序的详细说明。例如：双方什么时候通信，采用什么样的数据格式，数据如何编码，如何处理差错、如何协调发送和接收速度，如何选择数据传输路由等。,关于开放系统互连参考模型OSI/RM,OSI/RM是由ISO定义，目的是规范不同系统的互联标准，提供不同厂商间的接口标准，使它们能够互相通信。共分为七层（见下图）,OSI的核心是两个终端用户在远程通讯网络中的通讯可以分成层，每层有自己的功能集，层与层之间相互独立而又相互依靠，上层依赖于下层，下层为上层提供服务。,4.传输层,2.数据链路层,3.网络层,1.物理层,面向用户应用,面向数据传输,OSI应用层用户接口(如:http,ftp,telnet,dns,dhcp,smtp,pop3,远程教育,在线考试,视频点播),OSI表示层数据在计算机系统中的表示方法(如:ASCII,JPEG，MPEG)以ASCII为例:“A”表示为41H“a”表示为61H数据的编码解码；数据的加密解密,OSI会话层会话的概念:请求方与应答方交换的一组数据流操作系统负责隔离不同的应用数据流SQL查询,物理层主要考虑怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，其主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性，即：机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,物理层,OSI物理层(做线的两种国际标准),1,8,1,EIA/TIA568B,EIA/TIA568A,OSI物理层(互联网络设备),计算机或路由器,Hub或交换机,异种设备之间：直连线,Hub或交换机,同种设备之间：交叉线,Hub或交换机,同种设备之间：交叉线,直连线：568A-568A或568B-568B,交叉线：568A-568B,OSI物理层(HUB工作在物理层)特点:1.所有端口同在一个广播域内2.所有端口共享带宽3.所有端口同在一个冲突域内4.广播式转发数据,A,B,C,D,OSI数据链路层数据链路层（Datalinklayer）的主要功能：数据链路的建立与拆除。数据的检错与纠错。IEEE802模型将OSI的L2进行划分上层:逻辑链路控制子层(LLC)指明上一层所对应的协议底层:媒介访问控制子层(MAC)定义了数据发送的机制,差错检测,Ethernet数据发送机制载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD),OSI数据链路层(DIXEthernetV2的帧格式),数据,源地址,帧检测序列,类型,目的地址,可变,2,6,6,4,XXXXXXXXXXXX,由厂商分配给设备,由IEEE分配给厂商(如:锐捷网络00-D0-F8),前导位,MAC地址,8,单位:字节,OSI数据链路层(数据链路层设备),特点:1.交换机的所有端口都在一个广播域内2.交换机每个端口带宽是独立的3.交换机每个端口都是独立的冲突域4.交换机能够识别L2的控制信息,1,2,3,OSI网络层1、网络层（Networklayer)的功能:为互连网中每个设备分配逻辑地址互连多种数据链路决定数据传输路径(根据路由信息),OSI网络层2、网络层的设备特点:路由器每个端口都是独立的广播域路由器每个端口都是独立的冲突域路由器能够识别L3的控制信息,OSI传输层传输层（Transportlayer）的主要功能:建立端到端的连接将上层应用加以区分(端口号)面向连接的可靠服务(如:TCP,SPX)无连接的不可靠服务(如:UDP),OSI传输层（发送数据：数据封装）,传输层,数据链路层,物理层,网络层,数据,数据,传输层报头,数据,网络层报头,数据,数据链路层报头,0101110101001000010,表示层,应用层,会话层,数据段Segment,数据包Packet,比特Bit,数据帧Frame,OSI传输层（接收数据：数据拆封）,数据,网络层报头+传输层报头+数据,数据链路层报头,传输层报头+数据,网络层报头,数据,传输层报头,0101110101001000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,传输层,Internet层,物理层,数据链路层,TCP/IP协议栈,TCP/IP协议（TCP/IP协议栈功能）,IP数据报的格式,一个IP数据报由首部和数据两部分组成。首部由固定部分和可变部分组成。首部的前一部分是固定部分，其长度是固定的，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。,固定部分,可变部分,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,区分服务,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,数据部分,首部,IP数据报,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,数据部分,首部,IP数据报,固定部分,区分服务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,1.IP数据报首部的固定部分中的各字段,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。标识并不是序号，因为IP是无连接服务，数据报不存在按序接收的问题。数据报超过MTU长度，必须分片。具有相同标识的分片才能重装成为原来的数据报。,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,区分服务,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,标志(flag)占3位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是MF(MoreFragment)。MF1表示后面“还有分片”。MF0表示最后一个分片。标志字段中间的一位是DF(DontFragment)。只有当DF0时才允许分片。,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,生存时间(8位)记为TTL(TimeToLive)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。,区分服务,由发出数据报的源点设置这个字段。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在因特网中兜圈子，白白消费网络资源。,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,首部,0,4,8,16,19,24,31,版本,标志,生存时间,协议,标识,总长度,片偏移,填充,首部检验和,源地址,目的地址,可选字段（长度可变）,位,首部长度,数据部分,固定部分,可变部分,区分服务,网络层-ICMP(网际信息协议)主要用于:1.测试目的端的可达性(ping)2.测试到达目的端的路径(tracert,pathping,traceroute,扩展ping),网络层-ARP(地址解析协议),,以单播回应:IP为的MAC为0800.0020.1111,,以FFFF.FFFF.FFFF询问:IP为的MAC,（1）本地ARP(一个IP网络内),（2）远程ARP(跨越多个IP网络),传输层,TCP(传输控制协议)属于面向连接的网络协议UDP(用户报文协议)属于无连接的网络协议,应用层,传输层,Internet层,物理层,数据链路层,传输层-常见端口号,FTPTCP20，21TelnetTCP23HTTPTCP80DNSTCP,UDP53TFTPUDP69,Well-known端口：0-1023注册端口：1024-49151动态或私有端口：49152-65535,TCP首部,20字节的固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,32位,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,TCP数据部分,TCP首部,TCP报文段,IP数据部分,IP首部,发送在前,TCP报文段的首部格式,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,源端口和目的端口字段各占2字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,序号字段占4字节。TCP连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号，也叫报文段序号。4字节序号字段可对4GB数据进行编号。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,确认号字段占4字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。若确认号=N，则表明：到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,数据偏移（即首部长度）占4位，它指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。实际指出TCP报文段的首部长度。“数据偏移”的单位是32位字（以4字节为计算单位）。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,保留字段占6位，保留为今后使用，但目前应置为0。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,紧急URG当URG1时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)，而不要按原来的排队顺序传送。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,确认ACK只有当ACK1时确认号字段才有效。当ACK0时，确认号无效。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,推送PSH(PuSH)接收TCP收到PSH=1的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,复位RST(ReSeT)当RST1时，表明TCP连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,同步SYN同步SYN=1表示这是一个连接请求或连接接受报文。当SYN=1而ACK=0时，表示是一个连接请求；当SYN=1和ACK=1，连接接受报文。,TCP首部,20字节固定首部,目的端口,数据偏移,检验和,选项（长度可变）,源端口,序号,紧急指针,窗口,确认号,保留,FIN,SYN,RST,PSH,ACK,URG,位08162431,填充,终