PROFIBUS基础与组网应用-项目三 计算机网络

目录Contents13.1计算机网络概述23.2计算机网络的分类33.3介质访问与串行总线接口43.4计算机网络体系结构与TCP/IP协议簇53.5以太网63.6网络互连设备学习目标了解计算机网络的概念及其组成、结构。了解计算机网络体系结构，熟悉网络体系结构层次功能。了解计算机网络重要协议及其作用。了解以太网分类及其特点。了解重要的网络互连设备。养成独立学习、自主解决问题的学习习惯。能按照学习要求完成学习任务，具有敬业精神。3.1计算机网络概述3.1.1计算机网络的定义3.1.2计算机网络的组成3.1.3网络传输介质13.1.1计算机网络的定义计算机网络是通讯技术与计算机技术紧密集合的产物。计算机网络是特殊的数字化的通讯网络。计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。互连：指计算机之间能够实现互联互通。自治：指这些计算机都是独立的计算机，没有主从关系。集合：指至少需要两台计算机。主机通信链路3.1.2计算机网络的组成计算机网络由计算机网络硬件系统和计算机网络软件系统组成。具体包括终端计算机、网络设备、传输介质、网络通信软件、网络设备软件。3.1.2计算机网络的组成终端计算机：处于网络最边缘的计算机（主机）。网络设备：网络的中继设备，是网络最核心的部分。传输介质：用于连接和数据传输的物理介质就是传输介质，也可以称为通信链路、信道。物理介质既包括有线的物理介质，也包括无线的物理介质。网络通信软件：安装在终端设备中的软件。可以是操作系统软件，也可以是网络应用软件。网络设备软件：使网络设备计由通信连接的作用的软件。3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）1、结构双绞线是一种以铜制成的电线，是最常见的传输介质。为减少导线之间的信号干扰，两根绝缘铜导线遵循相关国家标准，按螺旋形相互缠绕绞合在一起，形成一个线对。3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）1、结构多对双绞线封装在一起后就构成了大对数电缆。大对数电缆的线对同4线对双绞线一样，每个线对也有线对编号。每根导线也是用不同颜色进行标识。电缆色谱组成分序由10种颜色组成，由5种主色（白、红、黑、黄、紫）和5种次色（蓝、橙、绿、棕、灰），5种主色和5种次色又组成25种色谱。不管电缆对数多大，通常大对数电缆都是按25对色为一小把标识组成。3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）2、分类（1）按照性能指标分类超5类线缆6类线缆3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）2、分类（2）按照屏蔽层分类屏蔽双绞线（ShieldedTwisted-Pair，STP）非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted-Pair，UTP）优点：无屏蔽外套，直径小，占用空间少，成本低；重量轻，易弯曲，易安装；具有阻燃性；具有独立性和灵活性。优点：抗干扰性能更好；安全性更高。3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）3、双绞线专用连接器专用连接器包含两部分：水晶头、信息模块。（1）水晶头RJ11系列：6针连接器件RJ11RJ14RJ25RJ11：2个触点，6P2CRJ14：4个触点，6P4CRJ25：6个触点，6P6C宽度9.5mm触点数量不同3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）3、双绞线专用连接器专用连接器包含两部分：水晶头、信息模块。（1）水晶头RJ45：8针连接器件；宽度12mm；用于连接电脑、路由器、交换机等各种网络设备；使用时，两端必须都安装RJ45插头。3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）3、双绞线专用连接器（1）水晶头RJ22：4针连接器件；宽度7.5mm；用于连接电话机底座和手柄听筒。专用连接器包含两部分：水晶头、信息模块。3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）3、双绞线专用连接器（1）水晶头RJ11、RJ22、RJ45的区别:专用连接器包含两部分：水晶头、信息模块。3.1.3网络传输介质一、双绞线（Twisted-Pair，TP）3、双绞线专用连接器专用连接器包含两部分：水晶头、信息模块。（2）信息模块信息模块又被称为“信息插座”，是与水晶头连接的物理接口。8芯线针打线柱线序色标4芯线针打线柱线序色标3.1.3网络传输介质二、同轴电缆(CoaxialCable)1、结构同轴电缆由内导体、外屏蔽层、绝缘层及外部保护层组成。内导体铜芯线外导体屏蔽层绝缘层塑料保护外层外导体屏蔽层的作用:

作为信号的公共地线为信号提供电流回路。

作为信号的屏蔽网，抑制电磁噪音对信号的干扰。绝缘层的作用：

决定电缆的传输特性。

有效保护中间的导线。3.1.3网络传输介质二、同轴电缆(CoaxialCable)2、分类（1）按照带宽分类基带同轴电缆：一般仅用于数据数字信号传输。屏蔽层采用铜丝做成的网状。RG-8（粗缆）：适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高。RG-58（细缆）：比较简单，造价较低，接头较多时容易产生接触不良的隐患。宽带同轴电缆：通常用于传输模拟信号。屏蔽层采用铝冲压而成。RG-59：有线电视网中使用的标准传输线缆。3.1.3网络传输介质二、同轴电缆(CoaxialCable)2、分类（2）按特征阻抗分类50欧同轴电缆：又称为基带同轴电缆，在通信里用得很多，用于基带数字信号传输，速率为10Mbps。75欧同轴电缆：主要用于天线，如卫星电视。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆1、光纤（OpticalFiber，OF）（1）结构区分不同光纤的主要方法之一就是查看纤芯的直径和包层的直径。纤芯：折射率较高，传送光。包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件。涂覆层：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。典型的光纤结构自内向外由纤芯、包层和涂覆层组成。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆1、光纤（OpticalFiber，OF）（1）结构白

色

圆：纤芯，直径62.5μm深蓝色圆：包层，直径125μm光

纤

名：62.5/125光纤3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆1、光纤（OpticalFiber，OF）（2）分类①按照制作材料分类石英光纤：由掺杂石英的纤芯和包层组成。损耗低、强度和可靠性较高，应用广泛。全塑光纤：纤芯和包层都由塑料制成。损耗大、纤芯粗、成本较低，适合于较短长度的应用。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆1、光纤（OpticalFiber，OF）（2）分类②按照传输模式分类单模光纤：当光纤直径较小时，只允许传输单一频率的光。多模光纤：当光纤直径较大时，可以传输多种频率的光。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆（2）分类②按照传输模式分类50倍以上1、光纤（OpticalFiber，OF）信号衰减率最低，传输速率最大。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆1、光纤（OpticalFiber，OF）（2）分类③按照折射率分布方式分类阶跃型光纤：纤芯和包层的折射率均匀分布，相互有折射率差。渐变型光纤：纤芯折射率是不均匀的，按一定规律连续变化。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆2、光缆（OpticalCable，OC）（1）结构由光纤、高分子材料、金属—塑料复合带及金属加强件等共同构成的传输介质。光缆种类很多，但是不论它的具体结构如何都是由光纤芯线、护套和加强部件组成。光纤芯线：经过涂覆的光纤称为光纤芯线。护套：护套对光纤芯线有机械保护和环境保护的作用。不同的使用环境和敷设方式对护套的材料和结构有不同的要求。加强部件：加强部件主要是承受着光缆的拉力。通常在缆芯中心，有时会配置在护套中。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆2、光缆（OpticalFiber，OF）（2）分类：光缆可分为四种基本形式：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。层绞式：把松套光纤绕在中心加强部件周围绞合。缆芯制造设备简单，工艺相当成熟，得到广泛应用。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆2、光缆（OpticalFiber，OF）（2）分类：光缆可分为四种基本形式：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。骨架式：把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强部件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内。缆芯抗侧压力性能好，有利于对光纤的保护。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆2、光缆（OpticalFiber，OF）（2）分类：光缆可分为四种基本形式：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。中心束管式：把一次被覆光纤或光纤放入大套管中，加强部件配置在套管周围。加强部件同时起着护套的部分作用，有利于减轻光缆的重量。3.1.3网络传输介质三、光纤与光缆2、光缆（OpticalFiber，OF）（2）分类：光缆可分为四种基本形式：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。带状式：把带状光纤单元放入大套管内，形成中心束管式结构；把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。

有利于制造容纳几百根光纤的高密度光缆。3.1.3网络传输介质四、无线传输介质无线传输是利用各种波段的电磁波作为传输介质，向四面八方进行传输。3.1.3网络传输介质四、无线传输介质1、无线电波在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。直线传播反射传播直线传播：沿地面向四周传播。反射传播：大气层中电离层反射传播。3.1.3网络传输介质四、无线传输介质1、无线电波在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。直线传播反射传播低频段：频率越低，损耗越小，距离越远，绕射能力越强。资源紧张，系统容量有限。高频段：频率越高，损耗越高，距离越近，绕射能力越弱。资源丰富，成本高。3.1.3网络传输介质四、无线传输介质2、微波微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。3.1.3网络传输介质四、无线传输介质3、红外线在电磁波谱中，把位于红光之外，频率比可见光低，比微波高的辐射叫做红外线。红外线属于不可见光。红外通信属于方向性极强的直线传播，发送端和接收端之间不能有障碍物阻挡。红外通信被广泛用于短距离通信。3.1.3网络传输介质四、无线传输介质4、激光激光通信是利用激光传输信息的通信方式。激光器发射的激光是朝一个方向射出，光束的发散度极小，接近平行。大气激光通信：在大气空间进行的激光通信。空间激光通信：在大气层外进行的激光通信。3.2计算机网络的分类3.2.1按照覆盖范围分类3.2.2按照拓扑结构分类23.2计算机网络的分类计算机网络最普遍的分类方式是根据计算机网络所覆盖的范围分类，可分为局域网、城域网、广域网、个域网。还可以按照拓扑结构、传输介质、交换技术、网络的使用者……进行分类。3.2.1按照覆盖范围分类一、按照覆盖范围分类按照覆盖范围可分为：广域网、城域网、局域网、个域网。1、广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网覆盖范围通常为几十公里到几千公里，可以覆盖一个国家、地区，甚至横款几个洲。所以，也称为远程网。2、城域网（MetroPolitanAreaNetwork，MAN）城域网所采用的技术基本上与局域网相类似，覆盖范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市,其作用距离为5~50公里。3、局域网（LocalAreaNetwork，LAN）局域网是指范围在几百米到十几公里内，办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。3.2.1按照覆盖范围分类一、按照覆盖范围分类按照覆盖范围可分为：广域网、城域网、局域网、个域网。4、个域网（PersonalAreaNetwork，PAN）个域网是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络。它的覆盖范围大约为10米。3.2.2按照拓扑结构分类二、按照拓扑结构分类不同的连接方式会在各个节点之间形成不同几何构型，这种几何构型就叫做拓扑结构。按照拓扑结构可分为：环形网络、星形网络、总线网络、树形网络。3.2.2按照拓扑结构分类二、按照拓扑结构分类1、环形拓扑由各个节点之间进行首尾连接，一个节点连接着一个节点而形成的一个像环一样的闭合链路。特点：控制简单。有利于分布控制。网络控制权均等。结构封闭。可靠性差。单向传输。3.2.2按照拓扑结构分类二、按照拓扑结构分类2、星形拓扑网络中的各节点通过点到点的方式直接连接到中心节点上。特点：结构简单。控制简单。传输误差低。中心节点负担重。故障诊断、排除容易。共享能力差。3.2.2按照拓扑结构分类二、按照拓扑结构分类3、总线拓扑网络中所有的节点通过相应的硬件接口和电缆直接连接到同一根共享的传输介质上。特点：建网容易。扩充性好。有利于分布控制。传输介质利用率高。易出现总线竞争问题。负载多时，通信效率不高。3.2.2按照拓扑结构分类二、按照拓扑结构分类4、树形拓扑树形拓扑是总线拓扑和星形拓扑的混合体，形状像一棵倒置的树，顶端是树根，称为根节点。树形拓扑各节点都是按层次进行连接的，信息交换主要在上下层进行。它非常适用于分主次、分等级的层次型管理系统。树形拓扑结构多用在广域网中。优点是可靠性高，缺点是控制复杂，子节点对父节点依赖性比较强，线路成本高。3.3介质访问与串行总线接口3.3.1介质访问3.3.2串行总线接口33.3.1介质访问当多个设备同时需要发送信息，都想要使用传输介质时，就会出现总线竞争的问题。当出现总线竞争时就需要采用某种介质访问的控制方式来协调各个节点访问、控制传输介质的秩序，这就是介质访问控制技术。介质访问控制技术：通过介质访问控制协议解决局域网中多用户共享传输资源产生竞争时，如何分配信道使用权的问题，从而使系统容量达到最大，传输资源利用率达到最高。3.3.1介质访问一、载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议，也称作随机型介质访问机制。CSMA/CD的控制过程包含：侦听、发送、检测、冲突处理。3.3.1介质访问一、载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）1、载波侦听多路访问（CSMA）的三种退避算法：非坚持CSMA：发送前侦听，介质空闲则传送，反之则等待一段随机时间，重复侦听。（冲突减少，介质利用率低）1坚持CSMA：发送前侦听，介质空闲则传送，反之则持续侦听直至介质空闲，立即发送；假如发生冲突，则等待一段随机时间，重复侦听。（冲突增加，介质利用率提高）P坚持CSMA：发送前侦听，介质空闲则以P概率传送或以1-P的概率延迟一个时间单位后再侦听；反之则持续侦听直至介质空闲，重复第一步。3.3.1介质访问一、载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）2、冲突检测（CD）每个节点把信息发出去之后，还要继续的监听总线。看看有没有其他节点和自己同时进行了信息的传输，如果有，就要马上中止当前的发送，这就是冲突检测。3.3.1介质访问二、令牌访问在令牌访问方式里，令牌是节点发起通信权利的标志。它有“空闲”与“忙”两种编码标态。

令牌访问有两种方式，令牌环和令牌总线。3.3.1介质访问二、令牌访问1、令牌环（Token-Ring）令牌环是环形局域网采用的一种访问控制方式。令牌环控制方式的优点是能提供优先权服务，有很强的实时性。在重负载环路中，“令牌”以循环方式工作，效率较高。3.3.1介质访问二、令牌访问2、令牌总线（Token-PassingBus）

令牌总线的各个节点不是物理上的前后关系，而是逻辑上约定形成的一个接一个而形成的闭环关系。3.3.1介质访问二、令牌访问优点：各节点对介质的共享权力是均等的；有较好的吞吐能力；

吞吐量随数据传输速率增高而加大；

连网距离较CSMA/CD方式长。缺点：控制电路较复杂、成本高；轻负载时，线路传输效率低。3.3.1介质访问三、轮询（Polling）一个主机作为来主节点周期性地轮流查询各个从节点。各个从节点的信息只能发给主机，且不允许主动发给主节点，只能在主节点查询时才能根据主节点的需要发送。在每个通信周期里，各个从节点至少被查询一次。轮询机制一般会支持双备份，即有一个对主节点进行监测的从节点。四、集总帧（summation-frame）集总帧方式通信网络是主从式环形拓扑结构。在每个通信周期里，主节点会发送一个大的数据帧，里面包含给所有从节点的数据，这个数据帧称为集总帧。集总帧方式是一种高效率的数据通信方式，一次性就把所有数据都传输到总线上去，避免了冲突的出现。3.3.2串行总线接口串行通信是最常用的一种通信技术。使用串行通信时，要求收发双方都采用同一个标准的硬件接口，以便于不同的设备连接在一起。常用的串行总线接口标准有RS-232C、RS-422和RS-485。3.3.2串行总线接口1、RS-232C

RS-232C是EIA制定的串行数据通信的接口标准，是常用的串行通信接口标准之一。RS：推荐标准232：标识号C：RS232的修改版本号RS-232C只允许一对一的通信，采用全双工工作方式，不能实现联网功能。一般应用于计算机与外设的直连，如鼠标、打印机等。RS-232C采用EIA电平：逻辑“1”电平为：-3V～-15V逻辑“0”电平为：+3V～+15V无意义：介于-3～+3V、低于-15V或高于+15V3.3.2串行总线接口1、RS-232CRS-232C标准规定的数据传输速率为:50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。缺点：接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。传输速率较低，不超过20kbps。抗噪声干扰能力差。传输距离有限，最大传输距离15米，适合本地设备之间的传输。3.3.2串行总线接口2、RS-422

RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速度提高到了10Mbps，传输距离延长到了1200米。RS-422有4根信号线，其中发送信号线和接收信号线各2根，实现了收发分离。因此，RS-422可以实现一对多的全双工通信。RS-422采用的是差分信号传输方式，由两根信号线的电位差来表示逻辑“1”和逻辑“0”。3.3.2串行总线接口3、RS-485

RS-485采用差分信号传输，也称为平衡传输。

RS-485只有2根信号线，由发送数据与接收数据共用。因此，RS-485的发送与接收不可同时进行，需进行状态切换。RS-485采用半双工通信，适用于多机通信，可组网构成分布式系统，是现场总线中使用最多的接口。3.3.2串行总线接口3、RS-485MAX3485接口电路MAX3485引脚功能3.3.2串行总线接口3、RS-485RS-485逻辑电平：发送端逻辑“1”电平：VA-VB=+2V～+6V逻辑“0”电平：VA-VB=-2V～-6V接收端逻辑“1”电平：VA-VB>0.2V逻辑“0”电平：VA-VB<0.2V优点：接口信号电平降低，不易损坏接口电路的芯片。在总线上最多可连接128个节点。总线传输距离可达1200米，通信速率可达10Mbps。采用差分信号传输，抗共模干扰能力提高，即抗干扰能力强。3.4计算机网络体系结构与TCP/IP协议簇3.4.1OSI参考模型3.4.2TCP/IP参考模型3.4.3TCP/IP协议簇43.4.1OSI参考模型计算机网络体系结构与网络协议就是实现异种计算机网络相互通信的关键。计算机网络体系结构：计算机网络通信系统的整体设计，它包含了网络硬件、软件、网络协议、存取控制等内容的标准。网络协议：计算机网络中互相通信的对等实体之间交换信息时，事先约定的必须遵守的规则集合。网络协议的组成要素包括：语法、语义、时序。3.4.1OSI参考模型一、OSI参考模型层次划分为了实现不同厂家生产设备之间的互连操作与数据交换，国际标准化组织ISO提出了一个开放系统互联参考模型，即ISO/OSI七层参考模型的草案。OSI参考模型根据开放系统的通信功能，将其划分为七个层次。这七层由下向上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。OSI参考模型3.4.1OSI参考模型二、OSI参考模型各层功能1、物理层物理层是OSI参考模型的最底层，与传输介质相连。

物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械、电气、功能和规程特性，是对节点之间通信接口的描述和规定。主要功能：为一条链路上相邻节点建立一个电气连接。通过物理接口规程实现彼此内部状态的控制和数据比特的传输、变换。3.4.1OSI参考模型二、OSI参考模型各层功能2、数据链路层数据链路层是在不可靠的物理线路的基础上建立数据传输格式和传输控制功能的节点与节点之间的逻辑连接。主要功能：帧同步。数据链路的管理。对介质的访问控制。对数据传输的流量控制。对数据传输的差错控制。相邻节点之间的寻址。3.4.1OSI参考模型二、OSI参考模型各层功能3、网络层网络层主要控制通信子网的运行，即网络与网络之间的通信。网络层实现了数据分组从源主机到目的主机的通信。主要功能：网络节点的标识。路由：网络层通过网络拓扑结构等网络状态，选择选送数据分组的最佳路径。异构网络互连。3.4.1OSI参考模型二、OSI参考模型各层功能4、传输层传输层的主要功能是为上一层进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端的服务。主要的网络传输协是TCP协议、UDP协议。主要功能：传输连接的管理。可靠传输。数据分段与重新组装。3.4.1OSI参考模型二、OSI参考模型各层功能5、会话层会话层定义了两个地址间的信道连接与挂断。会话层的主要功能包括建立连接、维持会话、终结会话。6、表示层表示层决定数据以何种表现形式发出。表示层的主要功能是数据的加密与解密、压缩与恢复。7、应用层应用层是OSI参考模型的最高层，是用户应用程序与网络的接口，它直接面向用户，为用户提供服务。不同的应用进程采用不同的应用层协议。3.4.2TCP/IP参考模型计算机网络体系结构与网络协议就是实现异种计算机网络相互通信的关键。计算机网络体系结构：计算机网络通信系统的整体设计，它包含了网络硬件、软件、网络协议、存取控制等内容的标准。网络协议：计算机网络中互相通信的对等实体之间交换信息时，事先约定的必须遵守的规则集合。网络协议的组成要素包括：语法、语义、时序。3.4.2TCP/IP参考模型一、TCP/IP参考模型的层次划分TCP/IP参考模型里共有4层，从下往上分别是：网络接口层、网络层、运输层、应用层。3.4.2TCP/IP参考模型二、TCP/IP参考模型各层功能1、网络接口层TCP/IP的最底层，对应于OSI七层参考模型的物理层和数据链路层。

网络接口层没有定义具体的协议，支持所有标准的数据链路层和物理层协议，具有很好的兼容性，能适应各种网络类型。3.4.2TCP/IP参考模型二、TCP/IP参考模型各层功能2、网络层对应于OSI七层参考模型的网络层，负责将数据分组从源主机发送到目的主机。

网络层支持多种网络技术互联为一个逻辑网络。反向地址转换协议RARPInternet组管理协议IGMP主要协议：网络互联协议IP因特网控制报文协议ICMP地址解析协议ARP3.4.2TCP/IP参考模型二、TCP/IP参考模型各层功能3、传输层对应于OSI七层参考模型的传输层，处理有关服务质量的事项，为两台主机的进程之间提供端到端的通信。

传输层定义了两种不同服务质量的端到端协议：TCP、UDP。3.4.2TCP/IP参考模型二、TCP/IP参考模型各层功能4、应用层对应于OSI七层参考模型的会话层、表示层、应用层，负责处理特定的应用程序细节。

应用层包含了所有的高层协议为用户提供各种应用服务。远程登录协议Telnet域名系统协议DNS主要协议：文件传输协议FTP简单邮件传送协议SMTP超文本传输协议HTTP3.4.2TCP/IP参考模型二、TCP/IP参考模型各层功能4、应用层应用层协议一般可分为3类：依赖于面向连接的TCP，如文件传输协议、电子邮件协议。依赖于无连接的UDP，如简单网络管理协议。既依赖于TCP又依赖于UDP，如域名系统协议。3.4.3TCP/IP协议簇一、IPIP协议是TCP/IP体系中的核心协议。IP地址的定义和管理是IP协议最主要的内容。IP协议定义了用以实现无连接服务的网络层分组格式，包括IP寻址方式。IP协议是一个不可靠的、面向无连接的协议。3.4.3TCP/IP协议簇一、IP1、IP分组格式IP协议实现的是无连接的数据报服务，IP分组被称为IP数据报。IP数据报首部数据固定部分可变部分20个字节长度可变3.4.3TCP/IP协议簇一、IP2、IP地址IP地址由32位的二进制数构成，在IP协议中用来标记每台网络设备的协议地址。IP地址会随着网络设备所处网络位置的不同而变化。标准的IP地址由网络号和主机号两部分组成。网络号：主机所属的网络的编号。主机号：该主机在本网络中的位置编号。IP地址可以有两种表示形式：二进制、点分十进制。3.4.3TCP/IP协议簇一、IP2、IP地址（1）IP地址分类3.4.3TCP/IP协议簇一、IP2、IP地址（2）保留IP地址网络地址：例：

用于标识网络。格式：实际网络号+全部为“0”的主机号直接广播地址：例：55——网络ID为B类网络中的直接广播地址——A类网络，该网络的网络号为51——B类网络，该网络的网络号为128.2用于向网络中的所有设备广播分组。格式：实际网络号+全部为“1”的主机号3.4.3TCP/IP协议簇一、IP2、IP地址（2）保留IP地址有限广播地址：用于一个本地物理网络的广播。格式：当前子网的广播地址用全“1”的IP地址表示，即55当前主机：全零地址表示当前主机，即3.4.3TCP/IP协议簇（2）保留IP地址私有地址：供用户在自己内部实现IP网络时使用。1个A类地址段（～55）16个B类地址段（～55）256个C类地址段（～55)注意：私有地址为目的地址的IP数据报不能被送至公共网络。以私有地址作为逻辑标识的主机需要访问外面的因特网，必须采用网络地址转换或应用代理的方式。一、IP2、IP地址3.4.3TCP/IP协议簇3、子网与子网掩码（1）子网子网：对一个网络进行进一步划分的过程，将一个大的网络划分为多个较小的子网。子网IP地址：三级IP地址，由网络号、子网号、主机号三部分构成。一、IP3.4.3TCP/IP协议簇一、IP3、子网与子网掩码（1）子网子网划分原则：子网所在局域网对外仍然表现为一个网络。子网号是借用网络主机号的部分位来表示。其他网络发送到子网的IP数据报可找到连接在局域网上的路由器，按目的网络号和子网号找到目的子网。3.4.3TCP/IP协议簇一、IP3、子网与子网掩码（2）子网掩码IP地址通常与子网掩码成对出现，通过子网掩码分辨IP地址里的网络号、子网号和主机号。子网掩码与IP地址格式相同，采用32位二进制或点分十进制表示。子网掩码的格式：与IP地址的网络号、子网号对应的位取值为1，与IP地址主机号部分对应的位取值为0。3.4.3TCP/IP协议簇一、IP3、子网与子网掩码（2）子网掩码如何通过子网掩码获得子网IP地址？将子网掩码与相应的IP地址进行逻辑与操作，就可得到给定的IP地址所属的网络号与子网号。IP地址与子网掩码按位与之后，所得结果就是它所在的网络地址：。3.4.3TCP/IP协议簇二、ICMP1、ICMP的作用和规范ICMP协议是为弥补IP协议的缺陷而设计的。ICMP报文装在IP数据报中，作为其中的数据部分，使用IP协议进行信息传递，向数据报中的源节点提供发生在网络层的错误信息反馈。五大报文类型：诊断报文（类型8，代码0；类型0，代码0）目的不可达报文（类型3，代码0～15）重定向报文（类型5，代码0～4）超时报文（类型11，代码0～1）信息报文（类型12～18）3.4.3TCP/IP协议簇二、ICMP2、ICMP的应用（1）Ping命令检测分析网络连接的状况，即检测目标主机是否可连通。工作过程：发送一个ICMP回应请求报文给接收端，等待回应的ICMP应答，并显示回应报文。Ping得到的结果包括字节数、反应时间以及生存时间。3.4.3TCP/IP协议簇二、ICMP2、ICMP的应用（1）Ping命令Ping地址可连通Ping地址不能连通3.4.3TCP/IP协议簇二、ICMP2、ICMP的应用（2）Tracert命令追踪路径的程序。可以显示信息到达目的主机所经过的路径，并显示到达每个节点的时间。3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP传输控制协议（TCP）是传输层的重要协议。它是一个面向连接的协议，提供有序、可靠、全双工虚电路传输服务，它保证了IP环境下的数据的可靠传输。TCP协议可向上层提供面向连接的服务，确保所发送的数据报被可靠完整地接收，其通信开销较大。3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP1、TCP协议提供的服务面向连接点对点通信传输可靠性全双工通信流接口可靠的连接建立连接终止3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP2、TCP用户数据报（1）TCP的分段和重组TCP或UDP创建的数据单元称为段或用户数据报。TCP的分段：TCP在进行通信时，源主机的TCP将传输数据划分为更小的数据单元，同时将每个数据单元重新组装成段。TCP的重组：目的主机的TCP收集每个到来的段，并根据段内提取的序列号进行数据的重组。3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP2、TCP用户数据报（2）TCP用户数据包格式TCP段首部数据固定部分可变部分20个字节选项填充部分3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP3、端口号计算机的外部设备都有一个端口地址。端口地址对于TCP或UDP的应用程序，都有标识该应用程序的端口号，即端口号用于区分各种网络应用。端口号的长度是16位，所以可提供216=65536个不同的端口号。端口号1～255作为公共端口，是保留号。端口号1024～65536作为本地分配号。HTTP：80FTP：21Telnet：23SMTP：25DNS：53UNIX服务：256～1024同一端口号可以同时为TCP和UDP提供服务。常用端口号：3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP4、套接字套接字地址：由一个IP地址加上一个TCP端口号组成。IP地址通信时可根据套接字让一个进程和另一个进程进行对话。端口号唯一唯一套接字地址唯一3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP5、TCP工作流程（1）第一步：建立连接TCP在建立连接的过程使用三次握手的方式，握手的目的是为了传递消息。3.4.3TCP/IP协议簇三、TCP5、TCP工作流程（2）第二步：数据传输

A进程的TCP从它的上层协议接收数据后，以递增序号的方式将数据分段封装并发送到B进程。B进程通过将序号加1的确认数据报来确认该报文。（3）第三步：连接释放

TCP连接释放过程和建立连接过程类似，同样使用三次握手方式进行释放。TCP为了保证可靠，除了面向连接，还有确认重传机制和拥塞控制等。3.4.3TCP/IP协议簇四、UDP

UDP提供的是不可靠的、无连接的服务。UDP只充当数据报的发送者或接收者。数据传输速率较高，对于简单的请求-应答查询以及快速递交比精准递交更为重要的场合，UDP是一种最有效的工作方式。UDP对应用层递交的报文既不合并，也不拆分。3.4.3TCP/IP协议簇四、UDP1、UDP用户数据报结构3.4.3TCP/IP协议簇四、UDP2、UDP工作流程（1）第一步：构造数据报源主机的UDP先构造一个用户数据报，然后将它交给IP。（2）第二步：匹配端口目的主机的UDP先判断所收到的数据报的目标端口号是否与当前使用的端口号匹配。匹配：将数据报放入相应的接收队列。不匹配：丢弃数据报，并向源主机发送“端口不可到达”的报文。3.4.3TCP/IP协议簇五、万维网万维网又称为Web或3W，是基于客户端/服务器方式的信息发现技术和超文本技术的集合，是一个分布式超媒体系统，是互联网上的重要组成部分。浏览器是用户通向万维网的桥梁和获取万维网信息的窗口。万维网技术主要包含：超文本和超链接HTML语言超文本传输协议HTTP浏览器web服务器主页URL动态网页技术3.4.3TCP/IP协议簇五、万维网1、超文本和超链接超文本：一种信息管理技术，是利用超链接技术，将各种不同空间的文字信息组织在一起的，可以交叉索引的网状文本，是一种全局性的信息结构。超链接：万维网上的一种链接技术，可以内嵌在文本或图像中。超链接是是Web页面区别于其他媒体的重要特征之一。3.4.3TCP/IP协议簇五、万维网2、超文本标记语言HTML

HTML是由HTML命令组成的描述性文本。万维网的网页文件是用超文本标记语言HTML编写，并在超文本传输协议HTTP的支持下运行的。HTML独立于平台，可以在不同终端显示，也可以和其他格式文档间相互转换以及搜索文本数据库。3、超文本传输协议HTTP

HTTP是一个简单的请求-响应协议，也是应用层最重要的协议之一。它提供了访问超文本信息的功能。HTTP允许用户通过浏览器向Web服务器发出访问请求，Web服务器通过HTTP协议给用户返回其请求访问的超文本文件。3.4.3TCP/IP协议簇五、万维网4、浏览器浏览器是一个客户端程序，其主要功能是使用户获取互联网上的各种资源，让用户与这些资源产生交互。浏览器最基本的功能是将HTML语言描述的网页源文件翻译成用户便于接受的页面，供用户浏览。5、Web服务器

Web服务器是安装了专门的Web服务器软件的计算机。Web服务器可以解析HTTP。3.4.3TCP/IP协议簇五、万维网6、主页主页是一个网站的起始页，网站的信息资源都以网页的形式存储在Web服务器中。主页是访问一个网站的默认页。7、统一资源定位符URL

URL被称为统一资源定位器，也被称为网页地址，是互联网上标准的资源地址，是任何一个信息资源在万维网上的唯一的地址。URL的格式：通信协议：//服务器域名或IP地址/路径/文件名3.4.3TCP/IP协议簇六、SMTP简易邮件传输协议SMTP仅规定了在两个相互通信的STMP进程之间应如何交换信息。电子邮件系统由用户代理、邮件服务器以及邮件发送协议三部分组成。用户代理：用户与电子邮件系统的接口，是运行在主机里的应用程序。邮件服务器：负责收发邮件的设备，同时还要向发件人报告邮件的传送结果。邮件发送协议：SMTP协议就是邮件服务器使用的其中一种协议。邮件的传输分为3个阶段：连接建立、邮件传送和释放连接。

SMTP不使用中间的邮件服务器，TCP连接总是在发送方和接收方这两个邮件服务器之间直接建立。3.4.3TCP/IP协议簇七、SNMP简单网络管理协议SNMP可以帮助网络管理员及时收集全部被管理网络设备的运行情况。发现和解决网络问题以及进行网络发展规划。1、SNMP管理站和SNMP代理SNMP协议主要由管理站和代理两部分构成。SNMP管理站：又称为SNMP管理者，一般是运行SNMP客户程序的独立设备。SNMP代理：被管理的网络设备运行上的SNMP服务器程序。SNMP管理站和SNMP代理之间的通信是通过UDP协议完成的。3.4.3TCP/IP协议簇七、SNMP简单网络管理协议SNMP可以帮助网络管理员及时收集全部被管理网络设备的运行情况。发现和解决网络问题以及进行网络发展规划。1、SNMP管理站和SNMP代理SNMP有三种方式管理：GAT：管理站通过请求收集代理的信息，可以检查代理的情况。Set：管理站可通过在代理的数据库中重新置值，来强制代理执行某一项任务。Trap：代理可通过向管理者发送被管设备的状况。3.4.3TCP/IP协议簇七、SNMP简单网络管理协议SNMP可以帮助网络管理员及时收集全部被管理网络设备的运行情况。发现和解决网络问题以及进行网络发展规划。2、网络管理组件SNMP的网络管理体系除了SNMP，还需要另外两个协议协作完成：管理信息结构SMI和管理信息库MIB。MIB：虚拟的信息存储库，存储了能够被管理进程查询和设备的信息，是管理者可以管理的所有对象网络信息的集合。SMI：一种语言，用于存储在MIB中的管理信息的语法和语义。它是网络管理中的一个组件。3.5以太网3.5.1以太网的概述3.5.2以太网的分类53.5.1以太网的概述以太网的发展：1980年：以太网蓝皮书。1995年：发布了100Mbps快速以太网，速度是标准以太网的10倍。1999年：开发了使用双绞线的千兆以太网。以太网是总线拓扑结构的局域网，采用CSMA/CD总线技术。以太网每一个节点都有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。一、标准以太网标准以太网：使用CSMA/CD技术，只有10Mbps的共享式以太网。

IEEE802.3标准中的以太网有多种标准：

如10Base-5Ethernet、10Base-TEthernet。数字

：该种标准以太网的传输速度，其单位是bps。Base：传输方法采用基带传输。5：单段网线长度，一般以100m为基准单位。T：拓扑结构为星型。1、标准以太网概念3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。一、标准以太网（1）粗缆以太网（10Base-5Ethernet）使用50Ω粗同轴电缆，单段最大段长为500m。当用户节点间距超过500m时，可通过中继器将几个网段连接在一起。但中继器的数量最多为4个，网段的数量最多为5段，因此网络的最大长度可达2500m。单段电缆最多支持100个节点。2、标准以太网的组网方式（2）细缆以太网（10Base-2Ethernet）使用50Ω细同轴电缆，单段最大段长不超过185m。若超过185m，则需使用支持BNC头的中继器。在细缆以太网中，中继器的数量最多只能为4个，网段的数量最多为5段，因此网络的最大长度为925m。单段电缆最多支持30个节点。3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。一、标准以太网（3）双绞线以太网(10Base-TEthernet）采用非屏蔽双绞线，组网的关键设备是集线器。由于非屏蔽双绞线传输质量较差，当使用非屏蔽双绞线进行网络连接时，最大的电缆长度为100m。2、标准以太网的组网方式3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。二、交换式以太网许多对节点同时通信，每个节点可以独占传输通道和带宽。利用“分段”的方法，将一个大型的以太网分割成两个或多个小型的以太网。每个段使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信。段与段之间通过以太网交换机将接收到的信息，经过简单的处理转发给另一段。1、交换式以太网概念3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。二、交换式以太网（1）结构2、交换式以太网的结构和特点交换式以太网的核心设备是以太网交换机。以太网交换机工作在数据链路层，其外形与集线器相似。以太网交换机有多个端口，每个端口可以单独与一个节点连接，并且每个端口都能为与之相连的节点提供专用的带宽，这样每个节点就可以独占通道，独享带宽。3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。二、交换式以太网（2）特点2、交换式以太网的结构和特点独占通道，独享带宽。多对节点间可以同时进行数据通信。可以灵活配置端口速度。便于管理和调整网络负载的分布。能保护用户的现有投资，可以与现有网络兼容。3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。二、交换式以太网（3）分类2、交换式以太网的结构和特点①快速以太网：快速以太网LAN，又称为100Base-T。100Base-T是由10Base-T发展而来，采用星形拓扑结构，支持双绞线和光纤作为传输介质。快速以太网的速度是通过提高时钟频率和使用不同的编码方式获得的。其传输方案主要有100Base-T，100Base-T包括100Base-T4、100Base-TX和100Base-FX。快速以太网有自动协商的功能，能够自动适应电缆两端最高可用的通信速率。3.5.2以太网的分类以太网有两类：标准以太网、交换式以太网。二、交换式以太网（3）分类2、交换式以太网的结构和特点②千兆以太网：千兆以太网的数据传输速率达到1000Mbps，又被称为吉比特以太网。千兆以太网有两个标准IEEE802.ab和IEEE802.3z，定义了四种以太网标准：1000Base-T、1000Bas