信息系统集成-第一章-绪论

信息系统集成吴韶波wushaobo@信息与通信工程学院1.根本概念集成集合、组合、一体化。将各个别离的但有关连的子系统有机的组合成一个整体系统集成在系统工程方法学的指导下，根据用户需求，优选各种技术和产品，将各个别离子系统〔或局部〕连接成为一个完整、可靠、经济和有效的系统的过程。系统集成系统集成是指一个组织机构内的设备、信息的集成，并通过完整地系统来实现对应用的支持。系统集成包括设备系统集成〔智能建筑系统集成、计算机网络系统集成、安防系统集成〕和应用系统集成。2.开展现状2021年中国系统集成行业市场规模为3542.9亿元，其中计算机信息系统集成的收入为2202.9亿元，智能建筑系统集成市场规模为500亿元，安防系统集成〔工程〕市场规模为960亿元。中国系统集成行业市场未来十年中年平均增长率为20%，预计2021年突破2万亿。系统集成开展现状2021年中国系统集成行业进入快速开展的黄金十年。标志性的事件包括国家?鼓励软件产业和集成电路产业开展的假设干政策?〔即软件业“18号文件〞〕的替代文件出台；系统集成开展现状〔续〕物联网强势启动，而物联网的技术已经存在，只是缺少一个整合，这种整合就是广义意义上的系统集成，因此物联网产业崛起必将为系统集成行业带来新的热点和增长点。信息系统集成开展现状2021年，我国软件产业完成软件业务收入9513亿元，同比增长25.6%，其中计算机信息系统集成收入为2202.9亿元,同比增长23.7%。未来计算机信息系统集成市场增长较快的几个行业主要有政府、金融、电信、教育等，另外中小企业信息化建设在未来几年也会迅速增长。年增长25%。信息系统集成开展趋势尽管近年来计算机信息系统集成效劳市场已经涌现了神州数码、华胜天成等大型上市企业，但就行业整体业务水平来说，仍旧停留在较低层级上：至2021年10月份为止通过中国计算机信息系统集成资质的3422家企业中，只有6.3%的企业拥有一级系统集成资质，大量存在的是业务水平较低的三级、四级系统集成商，合并占比到达67.8%。信息系统集成开展趋势2021年－2021年这10年，将是计算机信息系统集成商整合最频繁的十年。因为计算机信息系统集成技术随着IT行业的大势而开展，已日趋成熟。从最初的硬件主导，到今天的硬件软化，再到将来的软件效劳化、效劳产品化，计算机信息系统集成行业开展大势有着一个清晰的演进脉络。信息系统集成开展趋势因此，在整个系统集成领域中，计算机信息系统集成将是产品转型、效劳转型最快、最为彻底的一个局部。未来十年，3000多家计算机信息系统集成商最终整合成不到500家，一些年营业额超过100亿元的系统集成商也将诞生。3.系统集成方法论4.网络系统集成在网络工程中运用系统集成方法，组建一个完整、可靠、经济、平安、高效的计算机网络系统的全过程。主要包括技术集成、产品集成、应用集成4.网络系统集成网络系统集成要解决的问题网络系统集成的作用网络系统集成中的关键技术网络系统集成的原那么网络工程设计与系统集成强调网络设计原理突出系统集成实践案例学习贯穿全书

学习目标了解系统集成的开展和层面，理解网络工程设计和系统集成概念。掌握网络系统结构与协议的根本知识，会使用OSI与TCP/IP比照，分析实际网络体系结构。了解智能DNS工作原理，理解IP协议要点与使用标准。理解域名系统表示与域名解析方法。熟练掌握IPv4子网地址设置与子网掩码设置。了解系统集成体系结构和系统集成步骤，理解网络结构特点与区别。根本掌握网络各种结构的使用范围。第1章绪论本章重点：●网络系统集成内容和步骤●OSI与TCP/IP体系结构和协议●使用OSI与TCP/IP比照，分析实际网络体系结构●IPv4子网划分与子网掩码●本章难点：●IPv4子网划分与子网掩码●智能DNS工作原理第1章绪论1.1.1网络工程概念网络工程〔NetworkEngineering，NE〕是从整体出发，合理规划、设计、实施和运用计算机网络的工程技术。根据网络组建需求，综合应用计算机科学和管理科学中有关的思想、理论和方法，对网络系统结构、要素、功能和应用等进行分析，以到达最优规划、最优设计、最优实施和最优管理的目的。1.1网络工程概述网络工程设计概念网络工程设计是按照用户组网需求，从网络综合布线、数据通信、系统集成等方面综合考虑，选用先进网络技术和成熟产品；为用户提供科学、合理，实用、好用、够用的网络系统解决方案；为网络系统集成提供技术文档和工程实施依据。1.1网络工程概述1.1.2系统集成的概念系统〔System〕的意思是“体系，制度，体制，秩序，规律，方法〞。集成〔Integration〕的意思是“成为整体，组合，综合，一体化〞。集成可以表示将单个元件组装成一台设备或一种结构的过程。例如，将大量的晶体管组成一个“集成〞电路。集成也可以表示由某种规那么的相互作用形式而联结的部件组合体，即有组织的整体。例如，将软件的多个功能模块组合成“一体化〞系统，使整体系统从一个程序到另一个程序能够共享命令和信息流。这种软件被称为是“集成〞软件。1.1网络工程概述

网络系统集成是在信息系统工程方法的指导下，根据网络应用的需求，将网络硬件设备、系统软件和应用软件等产品和技术，系统性地集合在一起，成为满足用户需求的、较高性价比的计算机网络系统。1.1.3网络系统集成的开展网络系统集成主要朝着互联和高速的方向开展LAN-LAN互连和LAN-WAN的互连网络已经具有了“网格〔grid〕〞的雏形网络集成正朝着高速率、大容量的方向开展局域网速度已经从共享式10Mbps升级到交换式100Mbps~1000Mbps，甚至已到达10Gbps。1.网络软硬件产品的集成网络信道采用传输介质〔电缆、光缆〕组成，网络通信平台采用信息交换和路由设备〔交换机、路由器、收发器〕组成，网络信息资源平台采用效劳器和操作系统组成。1.1.4网络系统集成的层面2.网络技术的集成全双工交换式以太网、1000Mbps以太网、10Gbps以太网，第三层交换，虚拟个人网〔VPN，VirtualPrivateNetwork〕，双址〔源地址、目标地址〕路由，双栈〔IPv4、IPv6〕路由，多路〔CPU〕对称处理，网络附加存储〔NAS〕、区域存储网络〔SAN〕，Client/Server模式、Browser/Server模式和Browser/Application/Server模式，分布式互连网应用结构等。3.网络应用的集成DNS，WWW，E-mail，FTP，VOD〔视频点播〕，杀毒软件〔网络版〕，网络管理与故障诊断系统等网络协议语法、语义和时序

体系结构

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效劳1.2.1网络协议与结构1.2网络体系结构与协议1.2网络体系结构与协议体系结构效劳定义协议规格1.2.2OSI模型PDU与数据封装

OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元〔ProtocolDataUnit，PDU〕。传输层及以下各层的PDU有各自特定的名称：传输层——数据段〔Segment〕，网络层——分组数据报文〔Packet〕，数据链路层——数据帧〔Frame〕，物理层——二进制比特流〔Bit〕数据多层封装与拆封

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–域名解析效劳系统；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。

TCP/IP模型TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究方案——实现假设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〕TCP/IP体系结构及功能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。应用层传输层网络接口网际层文件传输

●FTP、TFTP、NFS电子邮件

●SMTP、POP3WWW应用

●HTTP远程登录

●Telnet、rlogin网络管理

●SNMP名字管理

●DNSTCP/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。应用层传输层网络接口网际层面向连接的●TCP无连接的●UDP传输层提供了两种传输协议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。FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP应用层传输层保存的端口号：＜255，公共应用255-1023，公司＞1023，未规定应用层传输层网络接口网际层●IP●ICMP●ARP●RARPTCP/IP网际层的四个主要协议TCPUDP617IP传输层网际层IP数据报的协议域确定目的端的上层协议

〔1〕网络接口层。该层是整个体系结构的根底局部，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局部，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局部，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局部，它包括了所有的高层协议，并且总是不断有新的协议参加。TCP/IP体系结构各层的功能网际控制报文协议〔ICMP〕ICMP消息被封装在IP数据报里，用来发送过失报告和控制信息。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〕……最常用的是“目的无法到达〞和“回声〞消息AB数据网发数据给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ABB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地址解析协议(ARP,AddressResolutionProtocol)ARP用于将一个的IP地址映射到MAC地址。方法：1〕检查ARP高速缓存表；2〕假设地址不包含在表中，就向网上发播送来寻找。具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应。ARP只能用于具有播送能力的网络。AC我需要的MAC地址IP=MAC=???

我就是。这是我的MAC地址IP=MAC=0800.0020.2C0AB反向地址解析协议(RARP,ReversedARP)RARP用于将一个的MAC地址映射到IP地址。RARP要依赖于RARP效劳器，该效劳器中有一张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播送，RARP效劳器收到后将该MAC地址翻译成IP地址予以响应。RARP同样只能用于具有播送能力的网络。AC我的IP地址是什么？MAC:0800.0020.2C0AIP=???我听到播送了。这是你的IP地址MAC=0800.0020.2C0AIP=BRARPServer

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

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协议相关知识类别第一字节范围网络地址长度最大的主机数目适用的网络规模A1～1261个字节16,387,064大型网络B128～1912个字节64,516中型网络C192～2233个字节254小型网络IP数据报〔IP分组、IP包〕版本号报头长度效劳类型数据报长度DFMF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〕数据区保存的IP地址00...000000...000011...111111...1111本机本网中的主机局域网中的播送对指定网络的播送回路00...00主机号1111...1111网络号127任意值以下这些IP地址具有特殊的含义:一般来说，主机号局部为全“1〞的IP地址保存用作播送地址；主机号局部为全“0〞的IP地址保存用作网络地址。0000...0000网络号网络地址子网〔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方法：从主机号局部拿出几位作为子网号这种在原来IP地址结构的根底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。子网划分举例例如：C类网络，主机号局部的前三位用于标识子网号，即：110000000000101000000001xxxyyyyy网络号+子网号新的主机号局部子网号为全“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--211000000000010100000000101000000--411000000000010100000000101100000--611000000000010100000000110000000--2811000000000010100000000110100000--6011000000000010100000000111000000--92子网掩码〔SubnetMask〕子网划分后，如何识别不同的子网？解决：采用子网掩码来别离网络号和主机号。子网掩码格式：32比特，网络号(包括子网号)局部全为“1〞，主机号局部全为“0〞。“网络号+子网号〞局部“主机号〞局部11……1100….00

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：

11111111

11111111

11111111

11100000即255.255.255.224缺省子网掩码：A类：

B类：

C类：子网地址计算子网掩码∧IP地址，结果就是该IP地址的网络号。例如：IP地址07，子网掩码24110010100111010100000001110

01111

∧11111111111111111111111111100000

11001010011101010000000111000000∴子网地址为：92主机号为：15主机之间要能够通信，它们必须在同一子网内，否那么需要使用路由器〔或网关〕实现互联。子网规划举例网络分配了一个C类地址：。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48。〔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。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效劳主要基于UDP来实现，端口号=53。三个组成局部：域名空间、名字效劳器、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。在往下分还可分为假设干层子域，如下页图。通常用点来分隔域的层次，如 xyz域名效劳DNS根INTCNMILNETCOMJP……IBMintelengwwwjackedunetsxtuwwwftp山西师大的Web效劳器：WWW.SXTU.EDU.CNDNS名字效劳器：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名字空间被划分成假设干不交叉的区域〔Zone〕，分别存放在该区域的DNS效劳器中。解析程序：从名字效劳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