-计算机网络基础与应用

计算机网络基础与应用,电力出版社,网络由什么组成？,你在我们教室看到了什么？或者你家里有什么和网络有关的？学生回答！,网络的组成（看得见的硬件）,通信设备、线路（通信子网）,通信设备：集线器、交换机、路由器、ADSLModem，包括程控交换机等通信线路：双绞线、电话线、光纤、无线电波等,资源子网中的硬件,硬件：主机、服务器、工作站、终端等,网络的组成（还有看不见的东西）,网络操作系统等软件,网络的组成（还有Protocol),返回,通信协议的一个比喻,要完成的任务通信：杭州的老总A要告诉北京的老总B：货已发出。A用中文写好信；把信交给秘书；秘书把信投进邮筒；邮局根据收信人地址选择好信件的传递路线；把信件打包后交给火车站；火车站负责把信件运输到北京；北京的火车站收到信件后，以后的步骤是什么？B怎么收到信息？,分析上述例子,目的：通信是怎么完成的通信？每个人遵守一定的规则A按一定的格式写好信秘书在信封上填好地址邮局根据邮件的处理方法发送邮件铁路有自己的运作方式以上每个人协同工作，相互依赖，完成同一件事：通信,每个人又相互独立明确分工秘书只需要知道把信投到邮筒就行了邮递员不需要会开火车,分析上述例子,图2-1邮政系统分层模型,分析上述例子,计算机网络的体系结构,计算机网络的目的是实现网络系统中的资源共享，所以网上各系统之间要不断地进行数据交换，但不同的系统可能使用完全不同的操作系统，或采用不同标准的硬件设备等，差异很大。为了使不同厂家、不同结构的系统能够相互通信，通信双方必须遵守共同、一致的规则和约定，如通信过程的同步方式、数据格式、编码方式等，否则，通信是毫无意义的。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。,由于通信功能是分层实现的，因而进行通信的两个系统就必须具有相同的层次结构，如图所示。,两个不同的系统上的相同层称为同等层或对等层。通信在对等层上的实体之间进行，双方实现第n层功能所遵循的共同规则，被称为第n层协议。计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。,计算机网络的体系结构,计算机通信协议（Protocol）,目的：完成计算机通信（communicate）什么是协议：为了计算机能通信而制定的一组规则规则规定了不同设备应该如何协同工作以保证把数据传输到对方,有什么通信协议？,TCP/IPIPX/SPXNetBEUIAppleTalk、你也可以制定一个！,OSI模型,描述了通信过程中不同设备的功能实际上也规定了不同设备之间如何协同由ISO（国际标准化组织）提出确定网络设备的标准,分层通常是解决复杂问题的好方法分层意味着分工分层的3大优点：各层之间独立，一层变化不影响其他层易于实现和维护有利标准化：不同厂家的设备可以共存,分层,物理层（Physical）,负责0和1的传送:使用什么传输介质？0和1在线路上如何表示？线的接头是什么样的？机械、电气、功能特性等。,比喻：信是用火车拉还是汽车拉？,数据链路层（DataLink）,介质访问控制,帧的封装:将传输数据增加同步信息、校验信息及地址信息后封装成数据帧。差错检测检错，不纠错循环冗余校验：一种算法而已介质访问控制方法同一线路有多台计算机要访问，要避免冲突,比喻：邮局会在信上盖上邮戳,网络层（Network）,定址：数据是谁发送的、发给谁？如何表示不同的计算机？例如：IP地址（类似我们的通信地址）。选择最佳路径将信息从最合适的路径传送到接收端。,比喻：信从什么线路送到北京？,从A到C有什么路径？,传输层（Transport）,提供可靠（或者不可靠）的端到端服务。流量控制。,比喻：秘书发现对方没收到信，会再发一封？,会话层（Session）,允许用户在设备之间建立、维持和终止会话。管理会话。举例：元首之间的会晤，先派人谈好议事规则,会话层（Session）,表示层（Presentation）,对数据进行编码数据压缩数据的加密,比喻：信用中文还是英文写？,应用层（Application）,实际的协议：http、ftp,作为用户应用程序与网络间的接口。使用户的应用程序能够与网络进行交互式联系。,数据封装,对等层通信,数据协议单元(PDU)：应用层、表示层、会话层：数据（Data）传输层：段（Segment）网络层：包（Packet）数据层：帧（Frame）物理层：位（Bit）,TCP/IP参考模型（DOD模型）,应用层,传输层,网际层,网络访问层,TCP/IP是互联网上事实上的标准协议,DOD：美国国防部,OSI七层模型和DOD四层模型对比,TCP/IP协议集（一组协议）,物理层,传输介质物理层的设备（中继器、集线器）,数据链路层,解决介质访问冲突：采用CSMA/CD帧的封装,冲突,冲突产生的原因：因为大家共享介质产生冲突的解决办法：CSMA/CD,CSMA/CD的工作原理,先听后发边听边发冲突等待随机重发,CSMA/CD详细流程,帧的封装,Preamble：同步位Destination：目的MACSource：源MACType：帧的类型Data：数据FCS：帧校验位,安装抓包软件ethereal,选择网卡开始抓包,查看帧（Frame）,网络层的知识,IP地址路由器,IP地址的作用,IP地址的作用：如同电话号码，标识不同的计算机Internet上的计算机IP地址要惟一共32bit10000000000010110000001100011111有谁能记住？,IP地址表示法：点分十进制记法,首先将32Bits的IP地址分成4段：例：10000000000010110000001100011111将各段的二进制数值转化为十进制写成：1计算机世界网址：是不是容易一些了？,层次型的地址：和电话号码的区号类似，否则无法寻址网络地址：位于IP地址的前段，用来识别所属网络，相当于电话号码的区号。主机地址：位于IP地址的后段，用来识别网络上的不同设备，相当于市内的电话号码。,IP地址的组成,IP地址的组成,问题：哪一部分是网络地址、主机地址？解决问题的方法：分类IP地址分类：A、B、C、D、E类等。我们只介绍A,B,C类，其余的在高级课程介绍,IP地址的分类,ClassA：以0开头的IP地址范围:(网络地址和主机地址不能全部为0或全部为1)00000001.00000000.00000000.0000000101111111.11111111.11111111.11111110即到54网络数量：全世界只有126个（1-126）？每个网络的主机数量：224-2=16777214,A类IP地址,ClassB:以10开头的IP地址范围:(网络地址和主机地址不能全部为0或全部为1)10000000.00000000.00000000.0000000110111111.11111111.11111111.11111110即到54网络数量：21416384每个网络的主机数量：216-2=65534,B类IP地址,ClassC:以110开头的IP地址范围:(网络地址和主机地址不能全部为0或全部为1)11000000.00000000.00000000.0000000111011111.11111111.11111111.11111110即到54网络数量：2212097152每个网络的主机数量：28-2=254,C类IP地址,快速判断IP地址的类型：A类:1-126（127也被保留了，）B类:128-191C类:192-223,IP地址类别的判定,特殊的IP地址,1、主机地址全零代表整个网络代表网络本身2、主机地址全1代表网络上的全部设备，也称广播地址553、网络地址与主机地址全1也称为广播，指世界上所有主机。554、私有地址555555,IP地址规划与子网划分当我们在网络层采用IP协议组建一个IP网时，必须要为网络中的每一台主机分配一个唯一的IP地址，这就必然要涉及网络规划网络规划步骤：首先分析网络规模；其次确定使用公用地址还是私有地址，并根据网络规模确定所需要的网络号类别；最后根据可用的地址进行主机IP地址的分配。,IP地址与子网,子网划分的基本概念为解决IP地址资源短缺，同时也为了提高IP地址资源的利用率，引入了子网划分技术。子网划分：是指由网络管理员将一个给定的网络划分为若干和更小的部分，即子网。为了创建子网，网络管理员需要从原有的IP地址的主机位中借出连续的高若干位作为子网络标识,IP地址与子网,子网划分的方法：首先要明确划分后所要得到的子网数量和每个子网中所要拥有的主机数，然后才能确定需要从原主机位借出的子网标识位数,IP地址与子网,子网掩码引入子网划分技术后，带来的一个问题就是主机或路由设备如何区分一个给定的IP地址是否已被进行了子网划分，从而能正确地从中分离出有效的网络标识。有类别的IP地址：未引入子网划分技术无类别的IP地址：引入了子网划分技术,IP地址与子网,子网掩码子网掩码通常与IP地址成对出现子网掩码使用与IP地址相同的编址格式在子网掩码中，与IP地址中的网络位部分对应的位取值为“1”，而与IP地址主机部分对应的位取值为“0”。通过将子网掩码与相应的IP地址进行求“与”操作，就可以决定给定的IP地址所属的网络号。,IP地址与子网,例子：对C类子网进行划分后的子网掩码：划分位数：2、3、4、5、6子网掩码：192、224、240、248、252,IP地址与子网,C类子网表子网数量主机数量掩码子网位数主机位数262922663051414430636222,IP地址与子网,为表达方便，在书写上我们还可以采用“X.X.X.X/Y”的方式来表示IP地址与子网掩码，其中每个X表示与IP地址中的一个8位组对应的十进制值，Y表示子网掩码中与网络标识对应的位数。如：//,IP地址与子网,IP地址只是在网际范围内标识主机的逻辑地址，不能直接利用他们在物理上发送分组。为了在物理上实现IP分组的传输，需要在网络互连层提供从主机IP地址到主机物理地址的映射功能。ARP：地址解释协议，AddressResolutionProtocol。,ARP与RARP,图：,ARP与RARP,网络3：,主机18,主机19,网络1：,网络2：,主机1,主机2,主机3,主机4,主机5,主机6,,,,,情况1：主机1向主机3发送数据包以自己的IP地址封装了一个IP数据包主机1通过将IP地址与掩码地址“与”操作判断源与目标在同一网络中主机1查找本地的ARP缓存，以确定主机3的地址映射若无，则主机1以广播帧形式向同一网络中所有节点发送一个ARP请求，只有主机3会以自己的MAC地址信息为内容给主机1发出一个ARP回应，主机1收到回应后，首先将其中的MAC地址信息加到本地ARP缓存中。启动相应帧的封装和发送过程,ARP与RARP,情况2：主机1向主机4发送数据包以自己的IP地址封装了一个IP数据包主机1通过将IP地址与掩码地址“与”操作判断源与目标不在同一网络中采用代理ARP方案，即发给源主机的缺省网关主机1查找本地的ARP缓存，以确定缺省网关的地址映射若无，则主机1以广播帧形式向同一网络中所有节点发送一个ARP请求，只有缺省网关会以自己的MAC地址信息为内容给主机1发出一个ARP回应，主机1收到回应后，首先将其中的MAC地址信息加到本地ARP缓存中。启动相应帧的封装和发送过程,ARP与RARP,RARP用来解决从MAC地址到IP地址的映射RARP的实现采用客户机-服务器工作模式,ARP与RARP,路由器：路径选择,路径选择,路由：是指对到达目标网络进行的最佳路径选择。路由是网络层最重要的功能在网络层完成路由功能的设备被称为路由器。路由器：是专门设计用于实现网络层功能的网络互连设备。路由模块：在交换机里集成带网络层功能的模块。软件路由：在操作系统所中实现的路由功能。软件路由的前提是安装相应操作系统的主机必须具有多宿主功能。,路由与路由协议,路由表：路由器将所有有关如何到达目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来，这种专门用于存放路由信息的表被称为路由表。路由表的不同表项可以给出到达不同目标网络所需历经的路由器接口信息。正是路由表才使基于第三层地址的路径选择最终得以实现,路由与路由协议,路由器的“路由”与“交换”过程首先进行帧的拆分以分离出IP分组提取目标网络号在路由表中查找匹配路径，若有则封装帧并转发；否则则将相应的IP分组丢弃。路由器的“路由”：查找路由表以获得最佳路径信息路由器的“交换”：将从接收端口进来的数据在输出端口重新转发出去,路由与路由协议,静态路由：网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项。动态路由：路由协议通过自主学习而获得的路由信息，通过在路由器上运行路由协议并进行相应的路由协议配置即可保证路由器自动生成并维护正确的路由信息。,路由与路由协议,路由协议：在网络层中用于动态生成路由表信息的协议被称为路由协议。路由协议有时又被称为主动路由协议路由协议的核心是路由选择算法按照作用的范围和目标的不同，路由协议还可被分为内部网关协议和外部网关协议。,路由与路由协议,路由器在网络互连中的作用提供异构网络的互连实现网络的逻辑划分实现VLAN之间的通信,路由与路由协议,Codes:C-connected,S-static,I-IGRP,R-RIP,M-mobile,B-BGPD-EIGRP,EX-EIGRPexternal,O-OSPF,IA-OSPFinterareaN1-OSPFNSSAexternaltype1,N2-OSPFNSSAexternaltype2E1-OSPFexternaltype1,E2-OSPFexternaltype2,E-EGPi-IS-IS,L1-IS-ISlevel-1,L2-IS-ISlevel-2,ia-IS-ISinterarea*-candidatedefault,U-per-userstaticroute,o-ODRP-periodicdownloadedstaticrouteGatewayoflastresortisnotsetR/16120/2via,00:00:21,Serial0/0120/2via,00:00:06,Serial0//16issubnetted,4subnetsR120/1via,00:00:21,Serial0/0Cisdirectlyconnected,Serial0/1Cisdirectlyconnected,Serial0/0R120/1via,00:00:06,Serial0/1C/24i