计算机网络技术及应用NetUnit02--计算机网络

山东大学计算机科学与技术学院郝兴伟hxw,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,2,课程简介,课程定位计算机基础教学公共核心基础课程授课对象非计算机专业本科生教学目标了解现代电子通信系统的基本概念，理解信号、通信媒体、模拟通信与数字通信系统的组成及基本工作原理。掌握计算机网络的基本知识，包括网络模型、网络协议等。了解计算机网络的基本组成，了解常用网络设备，包括网卡、交换机、路由器等网络设备的基本工作原理。掌握基本网络管理、常用网络服务的安装和配置方法；理解计算机网络系统安全的相关概念，掌握计算机系统安全的设置方法。掌握利用互联网进行信息获取、信息发布等常用的网络应用能力。,第1章现代电子通信基础第2章计算机网络第3章网络操作系统第4章网络管理基础第5章常用网络服务及其配置第6章互联网及其应用第7章网络与信息安全,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,3,第2章计算机网络,2.1计算机网络概述2.2网络模型与网络协议2.3网络硬件和网络设备2.4局域网技术2.5广域网技术2.6网络设计与网络架设2.7网络管理与VLAN技术,知识要点计算机网络，资源共享，网络基础设施，局域网，广域网，城域网，计算机网络拓扑结构，物理拓扑结构，逻辑拓扑结构。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,4,U2.1计算机网络概述,计算机网络的概念计算机网络的分类局域网广域网城域网网络拓扑结构,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,5,计算机网络的概念,什么是计算机网络将分布在不同地理位置的计算机，通过通信线路连结在一起，以实现计算机之间的通信和资源共享。计算机网络通信资源共享硬件共享硬盘，打印机软件共享各种应用服务器数据共享,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,6,计算机网络的分类,局域网局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是指地理分布范围较小的计算机网络，一般用于短距离内的计算机通信。特点由于地理位置相对较近，计算机之间的连接通常采用直接架线或部署无线，而不需要通过电信部门的通信服务，使用成本低可靠性高、安装方便和管理方便广域网广域网（WideAreaNetwork，WAN）就是在一个更大的地理范围内建立的计算机通信网，广域网通常使用电信运营商提供的设备和通信线路作为信息传输平台，从而将分布在不同地区的计算机系统或网络连接起来，实现计算机之间的通信和资源共享。广域网通常使用电信运营商提供的设备和通信线路作为信息传输平台,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,7,计算机网络的分类（续）,城域网城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）是界于局域网与广域网之间，在地域上覆盖一个城市，用来将分布在城市各地的计算机系统或网络连接起来的计算机通信网。MAN与LAN和WAN的不同LAN和WAN有明确的服务对象MAN重点是通信,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,8,网络拓扑结构,计算机网络拓扑结构计算机网络中各设备之间的物理和逻辑连接方式称为计算机网络拓扑结构计算机网络物理拓扑结构计算机网络物理拓扑结构用于描述计算机网络中计算机之间的位置关系，定义结构化网络布线时设备的连接结构，总线拓扑、星形拓扑、环形拓扑和树形拓扑等形式。计算机网络逻辑拓扑结构计算机网络逻辑拓扑结构用于描述数据在网络中的传输方式总线型逻辑拓扑结构环型逻辑拓扑结构,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,9,总线拓扑,网络布线方式10Base210Base5特点总线拓扑只需要电缆和T型头、BNC接头等连接器，不需要专用的网络设备，具有结构简单，布线容易，造价低的特点。由于没有中心节点，当网络发生故障时（如某个节点连接松动），将导致整个网络瘫痪，故障点的查找也比较困难。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,10,星形拓扑,星形拓扑结构常见的是10BaseT网络和快速以太网中枢设备HUB，共享媒体交换机，多端口桥，有效扩大了网络带宽特点采用了中枢设备，能够实现集中管理，当网络发生故障时，故障点的查找比较容易，一个节点发生故障，不影响网络中其它机器的使用中枢设备一旦发生故障，整个网络将不能使用,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,11,扩展星型拓扑结构,设备级联，从而使更多的计算机连接到网络中网络管理问题广播域,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,12,总线型逻辑拓扑结构,在总线型逻辑拓扑结构中，数据的传输采用广播方式。在广播通信中，处于相同物理网络的所有主机都将接收到相同的数据包，计算机根据数据包中所包含的目标地址决定是否接收该数据包典型的总线广播传输机制为CSMA/CD总线型逻辑拓扑是一种冲突的、不可靠传输机制。随着网络中计算机数量的增加，冲突的机率增加，数据重传的机率迅速增加，网络性能迅速降低。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,13,环型逻辑拓扑结构,环型逻辑拓扑结构又称令牌环逻辑拓扑结构，他是一种无冲突可靠传输的通信方式当有一个节点有数据帧要发送时，它首先检测令牌是否有空，如果有空，它得到令牌并将其数据帧附在令牌上。携带数据帧的令牌继续环行，后面的每个节点都校验数据帧，并根据数据帧中所包含的目的地址，设备决定是否接收数据当携带数据的令牌到达一个节点时，如果数据帧的目的地址和该节点地址相同，则该节点接收数据帧，并将一个收据信号附在令牌上。随后令牌继续环行。当源设备收到数据信号后，根据所附加的信息可以判定数据是否已经可靠的传输到接收方，然后解除令牌忙状态，令牌自由环行，继续传输下面的数据。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,14,第2章计算机网络,2.1计算机网络概述2.2网络模型与网络协议2.3网络硬件和网络设备2.4局域网技术2.5广域网技术2.6网络设计与网络架设2.7网络管理与VLAN技术,知识要点OSI参考模型，网络协议，数据封装，数据解封装，TCP/IP模型，TCP/IP协议族,TCP段格式，窗口，流量控制，可靠传输，IP报头段格式，IP地址，子网掩码，广播，直接广播，本地广播，ARP协议段格式，ARP广播，ARP代理。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,15,U2.2网络模型与网络协议,OSI参考模型TCP/IP模型网络协议TCP协议IP协议ARP协议,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,16,OSI参考模型,国际标准化组织ISO于1984年发布开放系统互联参考模型（OpenSystemInterconnectReferenceModel，OSI），定义了异质系统互联的七层框架OSI参考模型,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,17,OSI参考模型各层功能定义,应用层（ApplicationLayer）提供用户应用软件和网络之间的接口服务表示层（PresentationLayer）网络环境的异构性，不同的硬件和软件平台所表示的数据格式不同。表示层提供通用的数据格式，以便在不同系统的数据格式之间进行转换，保证通信双方数据的可识别。会话层（SessionLayer）为通信双方提供提供建立、维护和结束会话连接的功能传输层（TransportLayer）分段（Segment），负责数据的可靠传输和流量控制网络层（NetworkLayer）将传输层生成的数据分段封装（Encapsulate）成数据包（Packet）网络层为传输层数据提供了端到端的网络数据传送功能，使得传输层摆脱路由选择、交换方式、拥挤控制等网络传输细节。数据链路层（DataLinkLayer）将网络层的数据包封装成数据帧（Frame）数据链路层关心的问题包括：物理地址、网络拓扑、错误通告、数据帧的有效传输和流量控制。物理层（PhysicalLayer）提供机械、电气、功能和过程特性数据帧对应的比特流被转换成媒体易于传输的电、光等信号，并在媒体中传输。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,18,数据封装与解封装,数据封装在OSI参考模型中，信源方从应用程序产生数据（第七层、六层和五层），经过传输层，传输层的协议将上层数据分割成数据段（Segment）；数据段到达网络层，网络层协议在数据段上封装上逻辑地址（如：IP地址），变成数据包（Packet），逻辑地址用于网络寻址（路由）；然后传给下层，即数据链路层，数据链路层将物理地址（MAC地址）添加到数据包中，形成数据帧（Frame），数据帧在网络中传输，计算机根据数据帧的目的MAC地址决定是否接收数据。解封装（Deencapsulation）封装后的数据帧经过通信线路进行传输，到到信宿，在信宿端，信息从一层到七层经过一个和数据封装相反的过程，即解封装（deencapsulation）,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,19,数据封装与解封装(Cont.),图示,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,20,数据封装过程演示,数据帧,数据包,应用层位于OSI模型的最高层，提供直接支持用户网络应用程序的服务，如：电子邮件(SMTP)、Web访问(HTTP)、文件传输(FTP)、远程登录（TELNET）等。,表示层提供数据编码的格式化和数据转换服务。同时，表示层还具有数据压缩与数据加密功能。,会话层在应用程序之间建立、维持和终止会话。也就是在数据真正进行传送之前进行协商并建立好连接。即定义连接的请求和结束传送和接收状态的设定等动作。,传输层在主机应用程序之间定义端到端的连接。包括四种基本服务：将上层数据分段，建立端到端操作，发送数据段，保证数据的可靠性。,网络层负责在网络之间查找路由，即根据数据包的逻辑地址将数据包从一个网络发送到另一个网络。,数据链路层接收来自于网络层的数据包，并且把信息打包成数据帧，然后下传给物理层进行传输。数据链路层还将在数据包中增加控制信息，如帧类型、寻址及错误控制信息等，确保帧的可靠传输。,物理层用于定义网络设备物理接口的电子的、机械的、过程的和功能的技术规范。物理层的基本功能就是传输数据，不同的传输媒体采用不同的信号编码。,数据流（DataStream),数据流（DataStream),数据流（DataStream),数据流,数据段,数据段,数据段,源IP地址,目的IP地址,数据包,源Mac地址,目的Mac地址,数据包,11101010101110.,数据帧,比特流,数据段,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,21,数据封装与解封装演示,动画演示,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,22,TCP/IP模型,TCP/IP模型将网络分成四层,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,23,网络协议,网络协议（Protocol）是网络上所有设备之间通信规则的集合，这些设备包括网络服务器、计算机、交换机、路由器、防火墙等。协议是运行在各种网络设备上的程序或协议组件应用软件服务组件协议组件通信时特定的数据格式。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,24,常见网络协议,NetBIOS与NetBEUINetBIOS协议，即网络基本输入输出系统，最初由IBM提出。NetBEUI（NetBIOSEnhancedUserInterface）即NetBIOS增强用户接口，它是微软在IBM公司协议的基础上更新的协议。NetBEUI协议用广播方式通信，其传输速度很快，是不可路由协议，只能用于局域网内部计算机之间的通信IPX/SPXIPX/SPX（InternetPacketExchange/SequencedPackedExchange）即互联网分组交换/顺序交换协议，是由Novell公司开发的应用于局域网的高速协议，是NovellNetWare网络操作系统的核心IPX负责为到另一台计算机的数据传输编址和选择路由SPX位于IPX的上一层，在IPX的基础上，保证分组顺序接收，并检查数据的传送是否有错。NWLinkNWLink是用于WindowsNT的IPX，它与NetWare服务器互连，实现平台间的过渡。TCP/IP协议（Internet协议）TCP/IP早期是UNIX操作系统使用的协议，现在广泛用于网络互联。可路由协议，广域网通信的有效协议,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,25,TCP协议,TCP协议及其功能TCP段格式TCP连接的建立TCP连接的释放缓冲、流控与窗口可靠传输与自适应重发,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,26,TCP协议及其功能,传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）是TCP/IP协议系列中主要的传输协议，他工作在TCP/IP模型的传输层，主要功能数据分段流量控制为应用程序提供可靠传输服务可靠传输就是要控制数据的丢失、重复和乱序问题，这是数据通信中必须要解决的问题,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,27,TCP通信,TCP被称作一种端对端（end-to-end）协议，这是因为它提供一个直接从一台计算机上的应用程序到另一远程计算机上的应用程序的连接。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,28,TCP段格式,TCP连接是一种可靠的、可流控的、全双工的流传输服务，这些功能需要通过TCP段结构的设计来实现。TCP使用段（Segment）来指明一个消息，TCP段包括12个字段,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,29,TCP段格式字段含义及功能1,源端口（SourcePort），发送数据的应用程序所使用的端口号。目的端口（DestinationPort），指出接收方计算机上的哪一个端口对应的应用程序负责接收数据。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,30,TCP段格式字段含义及功能2,序列号（SequenceNumber），指的是输出数据，它给出了段中所携带的用户数据的序号。接收方利用这一序号来重排乱序到达的段并利用这一序号计算确认号。确认号（AcknowledgementNumber），接收方收到发送方的数据段后，需要发一个确认数据段给发送方，确认号就是指接收方收到的数据的序号。确认号和要发送的数据一起发送出去，发送数据方根据该确认信息决定对数据是否重传或继续发送下面的数据。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,31,TCP段格式字段含义及功能3,报头长度（HLEN，4bit），给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段时HLEN=5，即TCP头部长度为5个32比特，即20个字节。TCP头部长度最多可以有60个字节。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,32,TCP段格式字段含义及功能4,保留域（Reserved，4bit），可设置为0。控制字段（CodeBits，8bit），控制功能，比如会话的建立或终止。标志位字段占8比特URG：紧急指针（Urgentpointer）有效。ACK：确认序号有效。PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。RST：重建连接。SYN：发起一个连接。FIN：释放一个连接。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,33,TCP段格式字段含义及功能5,窗口大小（Window），和确认号类似，当一台计算机接收一个段的时候，窗口指定了该计算机还剩多少缓冲，单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。在发送数据的同时，发送窗口消息，可以通知另一方，接收方的数据接收和处理能力，从而进行流量控制。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,34,TCP段格式字段含义及功能6,校验和（Checksum），对整个TCP段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。紧急指针（UrgentPointer），它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。选项（Option），包括“窗口扩大因子”、“时间戳”等选项，如果数据不是16位的倍数，则必须填充，使其成为16的倍数。数据（Data），上层协议数据，即要传送的用户数据。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,35,TCP连接的建立,TCP连接是指在进行通信之前，通信双方必须建立连接才能进行通信，而在通信结束后终止其连接。三次握手TCP连接的建立是通过三次握手来实现的，TCP会话通过三次握手来初始化。三次握手的目标是使数据段的发送和接收同步。同时也向其他主机表明其一次可接收的数据量（窗口大小），并建立逻辑连接三次握手过程源主机发送一个同步标志位（SYN）置1的TCP数据段。目标主机发回确认数据段，此段中的同步标志位（SYN）同样被置1，且确认标志位（ACK）也置1,表明目标主机期待收到源主机下一个数据段的序号源主机再回送一个数据段，同样带有递增的发送序号和确认序号。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,36,TCP连接的三次握手图示,（1）客户发送第一个报文，这是一个SYN报文，在这个报文中只有SYN标志置为1。这个报文的作用是使序号同步。（2）服务器发送第二个报文，即SYN+ACK报文，其中SYN和ACK标志被置为1。这个报文有两个目的。首先，它是一个用来和对方进行通信的SYN报文。服务器使用这个报文同步初始序号，以便从服务器向客户发送字节。服务器还使用ACK标志确认已从客户端收到了SYN报文，同时给出期望从客户端收到的下一个序号。另外，服务器还定义了客户端要使用的接收窗口的大小。（3）客户发送第三个报文。这仅仅是一个ACK报文。它使用ACK标志和确认号字段来确认收到了第二个报文。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,37,TCP连接的释放,当需要结束TCP会话时，要释放TCP连接，因为TCP是全双工的，一个连接具有两个方向的数据传输，因此连接释放需要分别释放两个方向。释放过程当一方的应用程序通知TCP已无数据需要发送时，TCP关闭此方向的连接，这时此方向只能接收对方的数据，而不能发送其它数据了（除了释放连接的消息）。然后发送一个FIN位被设置的消息通知接收方没有数据发送。接收方响应确认。同时，接收方通知应用程序释放连接，发送回连接释放消息，最终释放整个连接。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,38,TCP连接的释放图示,（1）当客户端想关闭TCP连接时，它发送一个TCP报文，把FIN标志位设置为1。（2）服务器端在收到这个TCP报文后，把TCP连接即将关闭的消息发送给相应的进程，并发送第二个报文FIN+ACK报文，以证实从客户端收到了FIN报文，同时也说明，另一个方向的连接也关闭了。（3）客户端发送最后一个报文以证实从TCP服务器收到了FIN报文。这个报文包括确认号，它等于从服务器收到的FIN报文的序号加1。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,39,缓冲、窗口与流控,缓冲，当一个连接建立时，连接的每一端都建立两个数据缓冲区，一个用于发送数据，一个用于接收数据。窗口，数据到达时，接收方发送确认，其中包含了自己剩余的缓冲区尺寸。剩余的缓冲区空间的大小被称为窗口（Window），通过调整窗口大小，可以实现数据流控制。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,40,可靠传输与自适应重发,重发源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。当接收方TCP收到数据时，它要回发给发送方一个确认（Acknowledgement）段。TCP协议中有一个重传记时器（RTO），当源主机发送IP包即开始记时，如在超时之前收到确认信号，则记时器回零；如果记时器超时，则说明该IP包已丢失，源主机将重传上次的数据，从而保证数据传输的可靠性。重发时间固定的重发延迟时间，即协议的设计者或管理者为可能的延迟选择的一个足够大的值。自适应,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,41,IP协议,IP的功能IP段格式,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,42,IP协议及其功能,IP协议互联网协议（InternetProtocol，IP）是TCP/IP协议族中最为核心的协议，工作在网络层，实现路径选择。IP协议的功能将上层协议，如TCP、UDP、ICMP、IGMP数据封装成IP数据包。负责路由（路径选择），提供不可靠、无连接的服务，不负责保证传输可靠性，流控制，包顺序等其它对于主机到主机协议的服务。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,43,IP头部（报头）格式,IP头部,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,44,IP头部各数据段含义及功能-1,版本字段，用来表明IP协议实现的版本号，当前一般为IPv4，即0100。报头长度（InternetHeaderLength，IHL）字段，头部占32比特的数目，即该报头长度有多少个32比特。普通IP数据报（没有任何选项），该字段的值是5，即报头长度为532=160比特，即20字节。此字段最大值为60字节。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,45,IP头部各数据段含义及功能-2,服务类型（TypeofService，TOS）字段1-3bit，优先权子字段4-7bit，延迟、吞吐量、可靠性和花费8bit，保留未用总长度字段，指明整个数据报的长度（以字节为单位），最大长度为65535字节。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,46,IP头部各数据段含义及功能-3,标志字段，用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文，它的值会加1。标志位字段，标志一份数据报是否要求分段。段偏移字段，如果一份数据报要求分段的话，此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,47,IP头部各数据段含义及功能-4,生存期（TimetoLive，TTL）字段，用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通常为32、64、128等。每经过一个路由器，其值减1，直到0时该数据报被丢弃。协议字段，指明IP层所封装的上层协议类型，以便于接受方解封装。如ICMP的协议字段值为1、IGMP为2、TCP为6、UDP为17等。头部校验和字段，根据IP头部计算得到的校验和码。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,48,IP头部各数据段含义及功能-5,源IP地址、目标IP地址字段,用于路由。可选项字段，用来定义一些任选项，如：记录路径、时间戳等。最后是上层数据,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,49,IP地址,网间网IP地址IP地址的格式为：网络标识.主机标识,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,50,IPv4,IP地址的表示A类B类C类,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,51,A，B，C类网络属性表,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,52,广播地址和私有地址,广播，就是当一个数据包中的接收方的IP地址为广播地址时，将有多于一台的主机接收到相同的数据包。直接广播（Directbroadcast）是针对某个指定网络的广播，直接广播地值是一个有效的网络地址，以及主机位全为“1”的地址。本地广播（Localbroadcat）就是针对发送方所在的局域网的广播，32位全部为“1”的地址为本地广播地址。私有地址（Privateaddress）或专用地址,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,53,子网编址,子网编址的原因主机数量问题网络安全问题子网编址模式下的地址结构网络号.子网号.主机号子网掩码向主机位借位例如，一个C类网络，如果子网掩码为：11111111111111111111111111000000子网掩码为：92,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,54,IPv6,IPv6是IP协议的新版本，标准化工作始于1991年，主要部分在1996年完成。它的地址长度为128位（16个字节），长度是IPv4的4倍，可分配的地址数量为3.41038个，每人可拥有的地址数量为51028。IPv6的地址格式是，将128个比特分成32个16进制数,每4个一段，共有8段，段与段之间以“：”分隔，每个段中的前导位0可以不写，在同一个地址中，若干个连续的为0的段可以简写为“：”例如:2031:0000:130f:0000:0000:09c0:876a:132031:0:130f:0:0:09c0:876a:130b2031:0000:130f:09c0:876a:130b,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,55,ARP协议,ARP的功能ARP段格式,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,56,ARP协议及其功能,ARP协议地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）是一个位于TCP/IP协议栈中的低层协议，负责将某个IP地址解析成对应的MAC地址MAC地址表arpa，显示计算机内存中的MAC地址表arpd，删除计算机内存中的MAC地址表,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,57,ARP广播过程,举例在一个以太网中，主机A要与主机B通信，例如在主机A上Ping主机B,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,58,ARP段格式,ARP段,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,59,ARP协议报文各个字段的含义及功能,硬件类型，表明ARP实现在何种类型的网络上。协议类型，代表解析协议（上层协议），一般是0800，即IP。硬件地址长度，MAC地址长度，此处为6个字节，即48比特。协议地址长度，IP地址长度，此处为4个字节，即32比特。操作类型，ARP数据包类型。0表示ARP请求数据包，1表示ARP应答数据包。源MAC地址，发送端MAC地址，共48比特。源IP地址，代表发送端协议地址（IP地址），共32比特。目标MAC地址，目的端MAC地址（待填充），共48位。目标IP地址，代表目的端协议地址（IP地址），32比特。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,60,ARP代理,ARP广播不能跨越路由器，此时需要使用代理ARP（ProxyARP）,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,61,课程目录,Web基础Web服务器的架设和管理HTML和XML标记语言网页设计与制作客户端编程服务端编程,第2章计算机网络,2.1计算机网络概述2.2网络模型与网络协议2.3网络硬件和网络设备2.4局域网技术2.5广域网技术2.6网络设计与网络架设2.7网络管理与VLAN技术,知识要点网卡，媒体访问控制MAC中继器，集线器，桥连接器，交换机，交换机的分类，路由器,路由表,虚拟局域网VLAN，宽带路由器,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,62,U2.3网络硬件和网络设备,网卡中继器集线器桥连接器交换机路由器宽带路由器,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,63,网卡,网卡及其功能网卡的基本构造数据的发送和接收网卡的分类,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,64,网卡及其功能,网卡（NetworkInterfaceCard，NIC）是插入到计算机主板总线插槽上的一个硬件设备，负责将计算机连接到网络中。在OSI参考模型中，网卡属于数据链路层设备，完成数据帧的封装。同时，网卡又完成了计算机到网络的物理层连接，具有物理层的功能。因此，网卡又称为一、二层设备,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,65,网卡的基本构造,硬件、固件程序、EPROM、缓存物理层的芯片，称之为PHY数据链路层的芯片，MAC控制器网络接口RJ45BNCAUI信号灯显示目前网络的连线状态，通常具有tx和rx两个信号灯。tx代表正在发送数据，rx代表正在接收数据，若看到两个灯同时亮则代表目前是处于全双工通信工作状态。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,66,数据的发送和接收,发送数据当计算机发送数据时，通过计算机的PCI总线，将数据传到网卡的MAC控制器，MAC将数据发往网卡的PHY。对PHY来说，没有帧的概念，只是数据流，而不管数据是地址还是CRC。每4bit增加1bit的检错码，然后把并行数据转化为串行流数据。按照物理层的编码规则对数据进行信号编码（10Based-T采用NRZ编码，100Based-T采用曼彻斯特编码），将信号送到媒体中进行传输了。侦听介质上是否有载波（载波由电压指示）接收数据在接收方，数据信号通过网线进入网卡的PHY，网卡收到通过媒体传输来的数据，网卡内的程序先接收数据头的目的MAC地址，根据计算机上的网卡驱动程序设置的接收模式决定是否接受该数据。如果不接收该数据，网卡将丢弃不管。如果要接收数据，则产生中断信号通知CPU，CPU得到中断信号产生中断，操作系统就根据网卡驱动程序中设置的网卡中断程序地址调用驱动程序接收数据，驱动程序接收数据后放入信号堆栈让操作系统处理。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,67,网卡的分类,根据网络技术分类以太网卡令牌环网卡FDDI网卡根据总线和接口分类16位ISA总线网卡，32位EISA总线网卡、32位VESA总线网卡、32位MCA总线网卡32位PCI总线网卡RJ45接口（连接双绞线），AUI接口（连接粗缆），BNC接口（连接细缆）根据传输速度分类10Mbps网卡、100Mbps网卡、10Mbps/100Mbps自适应网卡、1000Mbps千兆位网卡,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,68,中继器,信号在传输介质中的传输衰减噪音中继器的功能信号放大物理层设备,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,69,5-4-3-2-1规则,Repeaterdelay：2ms/repeaterCabledelays：0.55ms/100mNICdelay：1ms/NIC10BaseT，bittime=1/100Mbps=1/100000=10-5s=0.1ms（微秒）=100ns（纳秒）1millisecond（毫秒）=10-3秒1microsecond（微秒）=10-6秒1ns=1.010-9秒最小帧：64字节=512bits,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,70,集线器,集线器又称Hub，也属于网络物理层互联设备，其功能和中继器类似，可以说是多端口的中继器（Multi-PortReapter）增大了冲突域，降低了网络的整体效率，平均带宽降低,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,71,桥连接器,网桥（Bridge）是一个网段与另一个网段之间建立连接的桥梁，是一种数据链路层设备。网桥端口读取每一个数据帧，根据源MAC地址和目的MAC地址决定是否转发到另外一个网段，这在一定程度上提高了网络的有效带宽。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,72,交换机,交换机（Switch）是一种能够在通信系统中完成信息交换功能的设备。交换技术避免了传统广播技术所带来的数据冲突传统交换机一般是指基于MAC地址识别的二层交换机,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,73,交换机的硬件组成,硬件组成总线、处理器模块、交换模块、接口和管理模块，处理器模块和交换模块之间通过PCI总线相连。接口以太网接口、快速以太网接口、千兆以太网接口、FDDI/CDDI接口、令牌环接口、ATM接口，以及用于进行交换机的配置和管理的console通信端口。缓存技术共享缓存，共享缓冲池基于端口的缓存,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,74,交换机的功能与工作原理,交换机的基本功能就是数据交换，本质上是具有流量控制能力的多端口网桥。网络帧的处理方式存储转发，要求交换机在收到全部数据包后再决定转发方式，这样可以在转发数据包以前检查数据的完整性和正确性，减少不必要的数据转发。直通交换，提供线速处理能力，交换机根据数据帧的类型，只读出网络帧的前部分字节，根据目的MAC地址将网络帧传送到相应的端口上，实现数据交换。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,75,三层交换机,测验：在一台普通交换机（二层交换），连接两台Windows计算机，IP地址分别为：，202.294.9.1，在计算机A上ping计算机B，结果是什么？四个包的时间，丢包率等信息TimedoutDestinationunreachable三层模块（路由模块）工作原理，A、B通信过程为例A、B在同一网络（网络地址同）ARP广播，获取B的MACA、B在不同网络A要向其TCP/IP协议属性中配置的“缺省网关”发ARP（地址解析）请求若三层交换模块在以往的通信过程中已得到B的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址否则三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP请求，B得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A以后，当再进行A与B之间数据包转发时，将用最终的目的站点的MAC地址封包，数据转发过程全部交给第二层交换处理，而不再需要经过第三层路由系统处理，从而消除了路由选择时造成的网络延迟，提高了数据包的转发效率，解决了网间传输信息时路由产生的速率瓶颈。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,76,交换机的分类,按交换机端口带宽划分对称式交换机非对称式交换机根据交换机端口结构划分固定端口交换机,固定端口交换机所带有的端口是固定的，不能扩展模块化交换机,模块化交换机可选择不同数量、不同速率和不同接口类型的模块根据应用层次划分企业级交换机部门级交换机工作组交换机桌面型交换机根据交换机工作的协议层划分二层交换机三层交换机四层交换机，直接面对具体应用，设立虚IP地址,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,77,路由器,路由器（Router）属于网络层互联设备，用于连接多个逻辑上分开的网络。功能根据数据包的目标IP地址负责将数据包从一个网络转发到另一个网络隔离网络、隔离广播、路由转发以及防火墙,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,78,路由器的硬件组成,ROM（只读存储器）中存放加电自测试（PowerOnSelftest,POST）诊断所需的指令、自举程序和操作系统软件。RAM/DRAM（随机访问存储器）中存储路由表，地址解析协议（ARP）高速缓存，快速交换（Fast-switching）高速缓存，分组缓冲（共享RAM），分组保持队列（Packethold）、配置文件等Flash（闪存）是可擦除、可编程的只读存储器（EPROM）。Flash中存有操作系统的映像和微代码。NVRAM（非易失性随机存取存储器）中存储了路由器的备份和启动配置文件配置寄存器是路由器中一个特殊的寄存器，它决定路由器的许多启动和正在运行的选项，包括路由器如何找到IOS镜像以及配置文件。Interfaces（接口）主要用于网络连接，通过接口可以接入或接出路由器，接口可以固化在主板上，也可以连在单独的接口模块中。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,79,路径选择与路由表,路由器的基本功能-路径选择路由表是一个“目标网络/下一跳”对照表，存储了路由器中可到达的目标网络，以及要到达该目标网络下一跳的路由器端口。静态路由动态路由,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,80,宽带路由器,具有ADSL/Cable/FTTx+LAN连接能力的路由器称为宽带路由器或宽带网关。宽带路由器一般具有一个10Mbps或10/100Mbps的广域网口（WAN），多个(48)个10/100Mbps的局域网口（LAN），通过网络地址转换（NetworkAddressTranslation，NAT）以实现多用户的共享接入。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,81,第2章计算机网络,2.1计算机网络概述2.2网络模型与网络协议2.3网络硬件和网络设备2.4局域网技术2.5广域网技术2.6网络设计与网络架设2.7网络管理与VLAN技术,知识要点局域网，以太网，CSMA/CD，IEEE802.3局域网标准，快速以太网，令牌环技术，FDDI局域网技术，无线局域网。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,82,U2.4局域网技术,以太网与CSMA/CD令牌环技术FDDI局域网技术无线局域网技术IEEE局域网标准,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,83,以太网技术,以太网的发展CSMA/CD技术以太网数据帧以太网与IEEE802.3局域网标准快速以太网,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,84,以太网的发展,1972年底，施乐（Xerox）公司的PaloAlto研究中心（Parc）的鲍勃.梅特卡夫（BobMetcalfe）和其他研究人员一起完成了一个试验性的3MbpsPcLAN的开发。1979年，Metcalfe为了开发个人电脑和局域网离开了Xerox，成立了3Com公司1980年9月30日，推出了以太网标准,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,85,CSMA/CD技术,CSMA/CD，载波侦听多重访问/碰撞检测（CarrierSenseMultipleAccessWithCollisionDetection)发送数据传输前侦听如果电缆忙则等待传输并检测冲突如果冲突发生，重传前需要等待重传或夭折接收数据浏览收到的包并校验包是否为碎片校验目标地址，如果不是碎片，节点将进一步校验数据帧的目标地址。如果目标地址不是本节点地址、广播地址，或是被认可的多站地址，则丢弃。判断帧校验序列是否有效，若无效则传输出错，丢弃判断类型/长度是否正确，若正确，接收成功,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,86,以太网数据帧,OSI的数据链路层在网络层数据包上添加帧头和帧尾，构成可由数据链路层识别的数据帧。以太网帧格式类型，以太网帧所封装的上层数据类型0 x0800代表IP协议数据，0 x809B代表AppleTalk协议数据，0 x8138代表Novell类型协议数据数据，存储被封装的上层数据FCS，帧校验序列（FrameCheckSequence，FCS）,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,87,举例,假设在局域网内有两台计算机A和B，在计算机A上执行ping命令，在计算机A上捕捉到的以太帧数据,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,88,IEEE802.3局域网标准,1980年，IEEE发布了IEEE802.3规范，给出了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。定义了三种布线不同的布线方式，分别是10Base2、10Base5和10BaseT,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,89,快速以太网,快速以太网（FastEthernet）是指网络传输速度达到100Mbps的Ethernet网络。FastEthernet沿用10BaseT的双绞线，所以一般称为100BaseT。网络结构标准于1993年提出，已经通过IEEE802的审查，命名为IEEE802.3u，数据传输权取得方法为CSMA/CD。IEEE802.3u定义了以下三种不同的物理层标准100Base-TX，使用2对5类双绞线，由于这种规格的双绞线的制作和联接方法和在10BaseT中的方法一样，因此100BaseTX成为最流行的100Mbps网络。100Base-T，使用4对UTP3类线或5类线，它使用3对线同时传送数据，用1对线用作冲突检测的接收信道。100Base-FX，使用2对光纤，其中一对用于发送，另一对用于接收。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,90,千兆位以太网,1996年3月成立的IEEE802.3z工作组，专门负责千兆位以太网的研究，98年制定了相应标准。物理层协议包括1000Base-SX，1000Base-LX，1000Base-CX和1000Base-T等标准,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,91,万兆以太网标准,2000年3月，IEEE专门成立了IEEE802.3ae特别工作组，负责制定10G以太网，即万兆以太网标准。2002年7月，万兆以太网标准最终发布。万兆标准内容包括10GBase-X、10GBase-R和10GBase-W三种类型。万兆以太网标准不仅将以太网的带宽提高到10Gbps，同时也将通信距离提高到数十公里甚至上百公里。,计算机网络技术及应用（第3版），郝兴伟编著.北京：高等教育出版社,92,令牌环技术,令牌环局域网技术是由IBM公司于20世纪80年代初开发的局域网技术，数据传输速度为4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌环网速度可达100Mbps，他是和以太