计算机网络技术428

第1章计算机网络概述计算机网络的概念计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统集合。Internet：代表互联网或因特网Intranet：称为企业内网或内联网。3计算机网络的起源计算机网络起源于1969年美国国防部研究计划署的ARPAnet（阿帕网），用于军事研究目的。ARPAnet指导思想：当网络的某一部分失去工作能力时，网络的其他部分应能维持正常的通信工作。4计算机网络的起源最初的ARPAnet由西海岸的4个节点构成。ARPAnet在技术上的重大贡献是TCP/IP协议簇的开发和利用。5计算机网络的发展阶段计算机网络经历了四个发展阶段：面向终端的计算机网络阶段多计算机互连阶段标准开放的第三代计算机网络阶段高速智能的第四代计算机网络阶段6计算机网络的发展阶段第一阶段：面向终端的计算机网络阶段特点：除了一台中心计算机外，其余的终端设备都没有自主处理的功能。7计算机网络的发展阶段第二阶段：多计算机互连阶段特点：开创了“计算机—计算机”通信的时代，缺点是各个公司推出的网络体系机构和相应的软、硬件产品没有统一的网络体系结构，难以实现互连。8计算机网络的发展阶段第三阶段：标准开放的第三代计算机网络阶段出现在20世纪80年代，特征是网络体系结构的形成和网络协议的标准化。按照ISO提出的OSI参考模型构建的第三代计算机网络是计算机网络的“成熟”阶段，主要特点：·网络体系结构的形成和网络协议的标准化。·建立全网统一的通信规则。·TCP/IP协议的推广推动了计算机网络的高速发展。·使计算机网络对用户提供透明服务。9计算机网络的发展阶段第四阶段：高速智能的第四代计算机网络阶段出现在20世纪90年代，Internet、高速通信网络技术、接入网、网络和信息安全技术得到了极大发展。10计算机网络系统的组成从计算机网络拓扑结构上看，由网络节点和通信链路构成。1．网络节点网络节点分为访问节点、转接节点和混合节点。·访问节点又被称为端节点，如用户主机和终端等。·转接节点又被称为中间节点，如交换机、路由器等。·混合节点是指既可以作为访问节点又可以作为转接节点的网络节点，如服务器等。11计算机网络系统的组成2．通信链路指两个网络节点之间传输数据的线路，分为物理链路和逻辑链路。·物理链路指点到点的物理线路，没有任何交换节点。·逻辑链路指在逻辑上起作用的物理链路，具有传输控制能力。12计算机网络系统的组成从逻辑功能上看，通信链路由通信子网和资源子网构成。13计算机网络分类（一）按地理覆盖范围划分按地理覆盖范围分为局域网、城域网、广域网。1．局域网（LocalAreaNetwork，LAN)覆盖范围一般在几公里以内。2．城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN)覆盖范围几公里到几十公里。3．广域网（WideAreaNetwork，WAN)覆盖范围一般是几十公里到几千公里。14计算机网络分类（二）按实现技术划分以太网（Ethernet）：实现局域网通信的一种技术。令牌环（Token-Ring）：由IBM公司于20世纪70年代发展起来的，现在这种网络比较少见。FDDI（FiberDistributedDataInterface，光纤分布式数据接口）：20世纪80年代中期发展起来的局域网技术，通常用作骨干网。ATM（AsynchronousTransferMode，异步传输模式）：在分组交换基础上发展的一种交换技术。15网络拓扑结构常见的网络拓朴结构：总线型、环型、星型、扩展星型、树型、网状型、完全网状型。总线型环型星型扩展星型树型网状型完全网状型16各种网络拓扑结构特点环型：拓扑结构简单、易于实现、传输时延确定，但维护与管理复杂。总线型：拓扑结构简单、易于实现，但可靠性和灵活性差、传输时延不确定。星形：拓扑结构简单、管理方便、可扩充性强、组网容易，整个网络的性能取决于中心节点。

17各种网络拓扑结构特点扩展星型：结构减少了链路与设备的投资，使得网络更加具有层次化，从而可隔离某些网络流量。树型：网络拓扑结构属于层次结构。18各种网络拓扑结构特点网状型：网络拓扑结构的优点是多条链路提供了冗余连接，可靠性高。缺点是结构复杂。完全网状：优点是多条链路提供了冗余连接，提高了可靠性。缺点是链路随着节点数目的增加呈指数增长。19第1章计算机网络概述结束作业：完成课后习题第2章数据通信基础模拟信号和数字信号模拟信号数字信号信号幅度连续变化信号不连续，跳变22物理信道和逻辑信道传送信号的通道称为信道。物理信道：是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输介质及其附属设备组成。逻辑信道：是在物理信道基础上通过节点设备内部的连接实现信号传输。23码元与码字

码元（码位）：是二进制数字中的每一位的通称。码字：由若干码元序列表示的数据单元代码。例如，二进制数字1000001为一个码字，在ASCII码中表示字母A。24数据通信方式分为：单工通信、半双工通信、全双工通信数据只可按一个固定的方向传送。单工通信数据可以双向传输，但不能同时进行，采用分时间段传输。半双工通信25数据通信方式

全双工通信可同时双向传输数据26数据传输方式分为基带传输、频带传输和宽带传输1．基带传输基带（Baseband）：原始电信号固有的基本频带。基带信号：是未经载波调制的信号。数字基带信号：由0和1组成的数字信号。基带传输：在信道中直接传输基带。基带传输一般用在近距离的数据通信中，如计算机局域网采用基带传输方式。27数据传输方式2．频带传输是利用模拟信道传输数字信号的技术。实现过程：将数字信号调制成模拟信号，再进行传输，当到达接收端时，再把模拟信号解调为原来的数字信号。典型设备有调制解调器。3．宽带传输宽带是指比声频更宽的频带。宽带传输信道容量大，传输距离长。28数据交换技术数据交换（DataSwitching）是指在多个数据终端设备（DTE）之间为任意两个终端设备建立数据通信的过程。数据交换可以分为电路交换、报文交换和分组交换。29数据交换技术1．电路交换两个通信站点之间建立一条物理的固定传输通路，直到通信完毕后再拆除。特点：线路利用率低，但时延小，适合传输实时性高和批量大的数据。30数据交换方式2．报文交换报文是指计算机一次性要发送的数据块。实现原理：发送端将要发送的报文作为一个整体发往本地交换中心存储起来，当本地交换中心的输出口有空时，就将整个报文转发到下一个交换中心，最后由收信端的交换中心将报文传递到接收用户。优点：线路利用率比电路交换高。缺点：报文大小不一，容易造成缓冲区管理复杂，而且出错后整个报文需要重发。31数据交换方式3．分组交换又称为包交换（PacketSwitchingTechnology），它将报文划分为较短的、固定长度的分组，每个分组的前面加上首部，用以指明该分组发往何处。

32数据交换方式分组交换特点：线路利用率高，时延小，目前广域网大都采用分组交换方式。

分组交换两种实现方式：数据报方式和虚电路方式。数据报方式下，每个分组称为一个数据报，各个分组独立到达目的地。虚电路方式下，通信双方在收发数据前，先建立一条逻辑链路，数据按顺序到达目的地。33差错控制1．奇偶校验规则：在发送的数据块后附加1位校验位，该位的取值由原数据块中“l”的个数之和决定，把数据中的“l”的个数凑成偶数称为偶校验，把数据信息中的“1”的个数凑成奇数称为奇校验。例如，传输的数据“1011000”，偶校验时，校验位l，码字是“10110001”；奇校验时，校验位0，变为“10110000”。缺点：校验能力低，它只能检出“l”有奇数个错误，不能确定是几个奇数错误，优点：其设备简单，容易实现。34差错控制2．循环冗余校验（CyclieRedundancyCheck）简称CRC校验码，是一种相当强的检错、纠错码。原理：原信息码为n位的M(x)，约定的生成多项式为k+1位的G(x)，将M(x)左移k位后再除以G(x)得到的余数称为校验位，该校验位拼接在原信息码后面构成循环冗余校验码，一同发送出去。35差错控制例：原信息码M(x)为101011；约定的生成多项式为G(x)=x4+x+1，即10011，共5位（即k=4），故需要将M(x)左移4位，相除，得到余数为0100，最后产生的CRC校验码为1010110100，发送给接收方。36差错控制接收端对接收的CRC校验码用同样的生成多项式相除，若余数为0，则没有错误；若余数不为0，则说明出错。余数不为0时，通过选择恰当的多项式，将余数和出错位置对应起来，找到出错位取反实现纠错。37有线传输介质包括双绞线（TwistedPair，TP）、同轴电缆和光纤。1.双绞线：双绞线和RJ45水晶头连接在一起双绞线的排线顺序分为T568A标准和T568B标准38有线传输介质双绞线连通状态测试方法双绞线测试时常见的故障现象及原因：·某灯不亮，即该灯对应线路不通。·多灯同时亮，即为对应多线短路。·不按顺序亮，即水晶头的排线顺序不对。39有线传输介质根据排线的不同，双绞线分为直通线和交叉线：·直通线：两头都采用568B排线，用于异种设备的链接，如PC机对交换机。·交叉线：一头是568A排线，另一头是568B排线，用于同种设备的链接，如PC对PC。40常用设备间的连接线类型连接设备连接线类型PC-PC交叉线PC-交换机直通线交换机-交换机交叉线交换机-路由器直通线路由器-路由器交叉线宽带猫-PC直通线41有线传输介质按有无屏蔽层，双绞线分为以下几种类型：（1）UTP（UnshieldedTwistedPair）：非屏蔽双绞线。（2）STP（ShieldedTwistedPair）：屏蔽双绞线，外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听。FTP是采用铝箔屏蔽的网络线。（a）非屏蔽双绞线（b）屏蔽双绞线（c）双屏蔽双绞线42有线传输介质（3）SFTP:双屏蔽双绞线，即在FTP/STP的基础上，再加一层镀锡铜编织网，可大大减少外界干扰，减少内部信号的衰减。（a）非屏蔽双绞线（b）屏蔽双绞线（c）双屏蔽双绞线43有线传输介质常用的双绞线有五类线、超五类线、六类线、超六类线、七类线、八类线。（1）五类线五类线传输带宽100Mbps，网线外表皮标注的是“CAT5”标识，CAT即Category，代表类别。44有线传输介质（2）超五类线超五类线传输带宽100-1000Mbps，标识CAT5e。图中，24AWG代表导线厚度（以英寸计），约为0.511mm，4pr表示四对导线。注：AWG(AmericanWireGauge)是美制电线标准的简称。45有线传输介质超五类线与五类网线的主要区别：·五类线采用两对铜芯线缆传输数据；超五类线采用四对铜芯线缆传输数据。·五类线的有效传输距离不超过100m，超五类线的通信距离最长可达300m。46有线传输介质（3）六类线六类线传输带宽1000Mbps，外表皮标注“CAT6”，增加了十字骨架的设计，隔离效果更好，应用在千兆网络当中。（4）超六类线超六类线也称6A网线，标注“CAT6e”，可支持万兆网络。47有线传输介质（5）七类线七类线用于万兆以太网，传输速率可达10Gbps。在七类线缆中，每一对线都有一个屏蔽层，四对线合在一起还有一个公共大屏蔽层。48有线传输介质（6）八类线传输速率40Gb/s，但传输距离短，一般用做跳线，用于短距离设备的连接，如数据中心的服务器、交换机等设备的连接。49有线传输介质2．同轴电缆：由外导体、内导体和绝缘层构成。根据直径大小不同，同轴电缆分为：粗同轴电缆（简称粗缆）细同轴电缆（简称细缆）。按特性阻抗数值的不同，同轴电缆分为：（1）50Ω同轴电缆：在数据通信中传输基带信号。（2）75Ω同轴电缆：模拟传输系统（CATV）。50有线传输介质3．光纤利用“光的全反射”原理实现光的传输。光纤由纤芯、包层和保护层构成，纤芯的折射率高，包层的折射率低，从而实现光的全反射。

51有线传输介质3．光纤按传输模式不同，光纤分为多模光纤和单模光纤。·多模光纤：以同时传输多路不同波长的光信号。·单模光纤：只能传输单一波长的一路光信号。光在单模光纤中沿直线传播，无反射，所以传播距离比多模光纤要长。

通常，黄色的光纤线一般是单模光纤，橘红色或者灰色的光纤线一般是多模光纤。52有线传输介质光缆由一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，外层加以钢丝、填充物和护套等几部分构成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。

53数据通信主要指标1．数据传输速率数据传输速率通常指单位时间内通信线路传输的比特数（bit），单位为bit/s，常记作b/s（比特每秒），或Kb/s（千比特每秒）、Mb/s（兆比特每秒）、Gb/s（吉比特每秒），也记作bps（bitpersecond）、Kbps、Mbps、Gbps。54数据通信主要指标常说的网络带宽即指数据传输率，如100Mb/s表示每秒传输100M个bit。另外，常用Byte/s或B/s即每秒传输字节数来表示上网速度，如10MB/s表示每秒上传或下载10兆字节。两者关系是1Byte/s＝8bit/s，例如100M的带宽理论上相当于12.5MB/s，即100Mb/s

÷8＝12.5MB/s。

55数据通信主要指标2．误码率指信息传输的错误率，是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。3．传播时延信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间称为传播时延。这个时间与信源端和信宿端的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。

56数据通信主要指标4．信道带宽指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大。57第2章数据通信基础结束作业：完成课后习题第3章计算机网络体系结构计算机网络体系结构计算机网络体系结构是计算机之间相互通信的层次以及各层中的协议和层次之间接口的集合。世界上第一个网络体系结构：SNA（SystemNetworkArchitecture）网络协议网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。网络协议的三要素是语法、语义、时序。语法：指数据与控制信息的结构、编码及信号电平等。语义：指对构成协议的协议元素含义的解释。时序：也称为同步，规定了事件的执行顺序。OSI参考模型开放系统互联（OpenSystemInterconnection，OSI）参考模型·应用层：OSI参考模型中的最高层，用于为应用程序提供服务。·表示层：提供各种应用层数据的编码和转换功能，确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别，主要包括数据格式变换、数据的加密与解密、数据压缩与恢复等功能OSI参考模型·会话层：负责通信中两个节点之间的会话连接的建立、维护和断开，以及数据的交换。·传输层：为用户提供端到端的服务，处理报文错误、报文次序错误等传输问题。OSI参考模型·网络层：为网络上的不同主机提供通信服务，包括路由选择、拥塞控制、网络互连等功能。数据链路层：在物理层提供服务的基础上，在通信的实体间建立数据链路连接，传输以帧为单位的数据包，并为网络层提供差错控制和流量控制服务。OSI参考模型·物理层：利用传输介质为通信的网络节点之间建立、维护和释放物理连接，实现比特流的透明传输，进而为数据链路层提供数据传输服务。传输介质计算机1AP1计算机25432176AP15432176应用程序数据H7应用程序数据H6H7应用程序数据H5H6H7应用程序数据H5H6H7应用程序数据H4H5H6H7应用程序数据H4H3H5H6H7应用程序数据H4H3H2H5H6H7应用程序数据H4H3H2H1应用层表示层会话层传输层数据链路层网络层物理层应用层表示层会话层传输层数据链路层网络层物理层OSI参考模型数据传输过程TCP/IP协议TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP与OSI参考模型的对应层次关系TCP/IP协议1．应用层应用层功能是定义数据格式并按照对应的格式解读数据。应用层的主要协议有：Telnet（远程登录协议）FTP（文件传输协议）SMTP（简单邮件传输协议）SNMP（简单网络管理协议）HTTP（超文本传输协议）DNS（域名解析协议）。TCP/IP协议2．传输层传输层的主要功能是定义端口，标识应用程序身份，实现端到端的通信。传输层的主要协议有TCP和UDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）。（1）TCP协议。TCP是一种可靠的面向连接的协议，能够提供可靠的数据传输，主要任务是进行数据分组、确认收到的分组、设置超时时间等。TCP/IP协议2．传输层UDP协议是一种不可靠的无连接协议，负责把数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，不进行差错检验，不能保证数据一定被送达目的主机。TCP/IP协议3．网络层网络层的主要功能是定义网络地址、区分网段、MAC寻址、对不同子网的数据包进行路由。网络层的主要协议有IP、ICMP和IGMP。（1）IP协议。是一个无连接的协议，任务是为每个网卡分配一个IP地址，将数据包从一个网络转发到另一个网络。TCP/IP协议（2）ICMP即网际控制报文协议（InternetControlMessageProtocal），任务是为IP协议提供差错报告，如网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。（3）IGMP即网际组管理协议（InternetGroupManagementProtocol），负责把UDP数据包多播到多台主机。TCP/IP协议4．链路层链路层主要功能是对电信号进行分组并形成具有特定意义的数据帧，然后以广播的形式通过物理介质发送给接收端。链路层主要协议有ARP、RARP。ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）协议是根据IP获取对应的MAC地址。RARP（ReverseAddressResolutionProtocol，反向地址解析协议）协议是根据MAC地址获取对应的IP。TCP/IP数据封装过程注意：在网络层可以看到IP地址，在链路层只能看到MAC地址而看不到IP地址。TCP/IP数据封装过程数据包在不同的协议层有不同的称谓：在传输层叫报文或者段（segment）在网络层叫数据报（datagram）在链路层叫帧（frame）IP地址表示方法IPv4（InternetProtocolversion4）即网际协议版本4，IP称为逻辑地址。IPv4采用32位二进制数表示，即用4个字节表示，常用点分十进制记法表示，例如IPv4地址10000000000010110000001100011111用点分十进制表示为1。MAC地址MAC地址（MediaAccessControlAddress，媒体访问控制地址）也叫物理地址（PhysicalAddress）或硬件地址，用于在网络中唯一标识一个网卡，一台设备如果有一个或多个网卡，则每个网卡都需要有一个唯一的MAC地址。MAC地址的长度为48位（6个字节），通常表示为12个16进制数，如00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址，MAC地址全球具有唯一性。查看IP地址和MAC地址的方法在命令行提示符下运行ipconfig/allMAC帧发送过程IP地址是按照区域划分的，数据链路传送的是MAC帧，由MAC地址完成下层的实际转发。到路由节点后，会从MAC帧中解析出IP数据包，获取到IP地址，来判断目的IP是属于哪个区域的，再找到目的IP对应的MAC地址，然后再将MAC地址重新封装到新的MAC帧。发送过程中源和目的IP地址不变，变化的是源和目的MAC地址。TCP/IP数据封装过程【例3-1】网络站点A发送数据包给B，在数据包经过路由器转发的过程中，封装在数据包1中的目的IP地址和目的MAC地址分别是什么？封装在数据包1中的目的IP地址为70目的MAC地址为00d0.63c3.3c41

IPv4数据报结构IPv4数据报结构版本：占4位，IPv4对应的是0100。首部长度：占4位，对应的十进制数值×4即为IP首部字节数。4位可表示的最大数值是15，因此IP首部的最大长度为15×4=60字节。服务类型：占8位，一直没用。IPv4数据报结构数据报总长度：占16位，指首部和数据之和的总长度，单位为字节，216-1=65535，因此数据报的最大长度为65535字节，并且总长度还不能超过最大传送单元MTU（MaximumTransmissionUnit）值。IPv4数据报结构标识：占16位，是计数器，用来产生数据报标识。IPv4数据报结构分片标志：占3位，但只有2位有效。最低位为1表示后面还有分片的数据报，为0表示这已是若干数据报片中的最后一个，中间位为0时表示此IP数据报允许分片，为1时表示不允许分片。IPv4数据报结构片偏移：占13位。分片后某片在原分组中的相对位置，片偏移以8字节为偏移单位，除最后一个分片外，其他分片的长度是8字节的整数倍。IPv4数据报结构TTL是跳数，每经过一个路由器，就把TTL值减1。当TTL值为0时，就丢弃这个数据报。数据报在网络上经过的路由器的最大数值是255。若把TTL的初始值设为1，表示这个数据报只能在本局域网中传送。

IPv4数据报结构协议：占8位。用于指出此数据包携带的数据使用的协议类型，以使目的主机IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。首部检验和：占16位。用于检验数据包的首部。可选部分：很少使用。IPv4地址分类

主机号全0的IP地址称为网络地址或网段，全1代表广播地址，因此全0和全1的主机号不能用。组播地址只能用于目的地址，不能用于源地址。IPv4地址分类

由于127.*.*.*用作本机回送地址，因此A类网络号中的01111111，即127也不能用。全0的网络号00000000也不能用，故A类网络数为27-2。主机号全0用作网络地址标识（也称网络号），全1代表广播地址，故全0和全1的主机号不能用，可供分配的地址数要减2。1677721465534254IP组播

IP组播是将IP数据包传输到一个组播组（MulticastGroup）的主机集合。IP组播允许主机子集跨越互联网上任意的物理网络。子网划分与子网掩码

子网划分是指把网络划分为更小的网络，通过缩小网络规模来提高网络效率。IPv4地址采用固定分类的弊端

1677721465534254处于同一广播域IPv4地址采用固定分类的弊端

1677721465534254处于同一广播域解决方法：把网络划分更小的网络，通过缩写网络规模来提高网络效率。划分后的子网通过子网掩码来区分主机位和网络位。

子网掩码(subnetmask)为长度32位的二进制数，从左边开始，用连续的1来指明IP地址中的网络位，用连续的0来指明IP地址中的主机位。标准A类地址中网络号占1个字节，主机号占3个字节，因此其对应的子网掩码为：11111111.00000000.00000000.00000000，对应十进制为。标准B类地址网络号占2个字节，主机号占2个字节，对应的子网掩码为：11111111.11111111.00000000.00000000，对应十进制为。标准C类地址网络号占3个字节，主机号占1个字节，对应的子网掩码为：11111111.11111111.11111111.00000000，对应十进制为。子网划分与子网掩码

子网掩码不能单独存在，必须与IP地址一起使用。将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，可以得到IP地址的网络地址。逻辑“与”运算规则为：0&0＝0，0&1＝0，1&1＝1。【例3-2】某主机的IP地址为，子网掩码为92，该主机所在的网络地址是多少？子网划分与子网掩码

【例3-3】某单位申请到了C类网络地址，现要将其划分为4个子网供4个部门使用，试计算各子网的子网掩码、可以主机分配使用IP地址数、网络地址、广播地址、IP地址范围。解：C类地址的网络号为24位，主机号为8位，划分4个子网时，因22＝4，因此需从8位主机号中借2位作为子网的网络号，剩余的6位作为子网的主机号，划分后的4个子网的子网掩码为：1111111111111111

1111111111000000，十进制为92，借的2位与原来的24位网络号一起组成26位子网网络号。子网划分与子网掩码

划分后的4个子网的主机号为6位，共有26＝64个地址，但全0和全1的主机号不能分配给主机使用，所以4个子网中可供主机分配的IP地址数为26-2＝62个。从主机号中借的2位取值分别为：00、01、10、11。子网划分与子网掩码

划分后的4个子网的主机号为6位，共有26＝64个地址，但全0和全1的主机号不能分配给主机使用，所以4个子网中可供主机分配的IP地址数为26-2＝62个。从主机号中借的2位取值分别为：00、01、10、11。网络前缀法表示掩码

CIDR（ClasslessInter-DomainRouting，无类别域间路由或无分类编址）网络前缀法表示掩码，即：IP地址/<网络地址位数>。例如IP地址的子网掩码为92，采用网络前缀法表示为：/26。注解：掩码92对应二进制为11111111.11111111.11111111.11000000共连续26个1，即网络号为26位，所以网络前缀法表示为“/26”子网划分与子网掩码

子网划分与子网掩码

私有IP地址

A、B、C三类私有IP地址的范围如下：A类：～55B类：～55C类：～55公有IP在Internet范围内不允许重复，而私有IP在不同局域网内是可以重复使用的。用户规模很大，推荐使用A类私有地址，小规模的局域网，如家庭局域网，可以C类私有地址私有IP地址

通过流量上网时分配的私有IP地址：通过家庭WIFI上网时分配的私有IP地址：私有IP地址

A、B、C三类私有IP地址的范围如下：A类：～55B类：～55C类：～55私有IP地址在公网（互联网）上不能被识别，或者说私有IP在Internet上是无效的，这样可以很好地隔离局域网和Internet。但可以通过NAT技术将私有IP地址转换成公有IP地址，从而实现私有IP地址的终端访问互联网。第3章计算机网络体系结构结束作业：完成课后全部习题第4章网络传输设备网络传输设备网络传输设备包括：中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关。110中继器中继器（Repeater）是对数据信号进行放大后重新发送，从而扩大网络传输的距离。中继器工作在OSI模型中的物理层，用于相同网络的连接。光纤中继器111中继器中继器分为有线中继器和无线中继器。112集线器集线器（HUB）属于物理层设备，它对接收到的信号仅进行信号整形放大，以扩大网络的传输距离。集线器相当于多端口的中继器。113集线器集线器的基本功能是信息分发，把从一个端口接收的信号向所有端口（主机）转发，不是一对一转发。114集线器集线器缺点：（1）数据向所有节点发送，容易被他人截获。（2）集线器采用共享带宽方式，例如，两台设备连接10M的集线器，那么每台设备只有5Mbps带宽。（3）集线器在半双工模式下工作，通信效率低。115网桥网桥（Bridge）也叫桥接器，工作在OSI参考模型的数据链路层，用来连接不同网段。网桥分为有线网桥和无线网桥。转发过程：网桥接收网络1发送的数据包，检查数据包中的地址，如果地址属于网络1，它就将其放弃，如果属于网络2的地址，就将它发送给网络2，从而实现两个网络隔离的目的。116无线网桥无线网桥工作在2.4G或5.8G，该频段属于免申请的无线频段。117交换机交换机（Switch）能够为接入的任意两个网络节点提供独享带宽的电信号通路。例如，一个100M的交换机，每个端口的带宽都是100Mbps，如果该交换机有24个端口，则该交换机的总线带宽为100Mbps×24。118交换机交换机能够实现端口一对一的数据转发。源主机H4向目的主机H6发送数据时，交换机根据记录的MAC地址和交换机端口的对应关系，将H4的数据发送至H6的MAC地址对应的fa0/6端口，其它端口都不会转发H4数据。119交换机交换机建立MAC地址表过程如下：（1）当交换机从某个端口收到一个数据包时，它先读取包头中源MAC地址，由此知道源主机MAC地址与交换机端口的对应关系；（2）再去读取数据包中的目的MAC地址，并在交换机MAC地址表中查找目的MAC地址相连的端口，如果找到，则把数据包直接发送到该端口上；（3）如果找不到，则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机则记录这一目的MAC地址与哪个端口对应，下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。不断的循环这个过程，就可以记录将与交换机相连的各主机MAC地址。120交换机的分类根据工作层次的不同，交换机分为二层交换机、三层交换机和四层交换机。121两层交换机二层交换机工作在OSI模型的第二层数据链路层，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址将数据转发到对应端口。二层交换机只能实现同一网段内的数据转发，不能实现不同网段的数据转发。两层交换机122三层交换机三层交换机工作在OSI模型的第三层网络层，是二层交换机和路由器的结合，能够识别数据包中的IP地址和MAC地址信息，既具有数据交换功能，也具有路由功能。三层交换机123四层交换机四层交换机工作于OSI模型的传输层，直接面向具体应用，支持TCP/UDP第四层以下的所有协议。四层交换机是一类以软件技术为主，以硬件技术为辅的网络管理交换设备，它不仅能够根据MAC地址或源/目标IP地址交换数据，还能够根据TCP/UDP（第四层）应用端口号来传输数据，确定或限制它的交换流量。124交换机的基本操作

（1）用户模式查看交换机的软、硬件版本信息，并进行简单测试。用户模式提示符为Switch>（2）特权模式对交换机的配置文件进行管理，查看交换机的配置信息，进行网络的测试和调试等特权模式提示符为Switch#由用户模式进入特权模式的方法：Switch>enable!简写为enSwitch#125交换机的基本操作

（3）全局模式配置交换机的全局性参数。全局模式提示符为Switch(config)#由特权模式进入全局模式的方法：Switch#configureterminal!简写为conftSwitch(config)#126交换机的基本操作

（4）端口模式对交换机的端口进行参数配置。端口模式提示符为Switch(config-if)#由全局模式进入端口模式方法：Switch(config)#interface[端口标识]!

interface简写int以太网的端口标识为“ethernet

面板号/端口号”，ethernet简写为e，例如“e0/1”表示0号面板的1号以太网端口。快速以太网的端口标识为“fastethernet

面板号/端口号”，fastethernet简写为f，例如“f1/2”表示1号面板的2号快速以太网端口。127交换机的基本操作

吉比特以太网的端口标识为“gigabitethernet

面板号/端口号”，gigabitethernet简写为g，例如“g0/1”表示0号面板的1号吉比特以太网端口。例如进入0号面板的3号快速以太网端口的命令为：Switch(config)#

intf0/3128交换机端口设置IP地址

为交换机端口设置IP地址的方法是：Switch(config-if)#ipaddress[IP地址][IP地址对应掩码]

注意：address可简写为addSwitch(config-if)#noshutdown!简写noshut或nosh，激活端口，关闭端口用shut例如为交换机f0/1端口设置IP地址：Switch(config)#intf0/1

!进入f0/1端口Switch(config-if)#ipaddSwitch(config-if)#noshut

!激活端口129交换机的基本操作

（5）返回命令exit命令是退回到上一级操作模式。end命令是指用户从特权模式以下级别直接返回到特权模式。130路由器

路由器（Router）工作在OSI模型的第三层网络层，对不同网段的数据包进行转发。131路由器

路由器IP的配置原则配置端口IP和相应路由协议之后才能工作。相邻路由器连接端口的IP需在同一网段

同一路由器的不同端口必须为不同网段

132路由器基本操作

路由器命令行操作模式包括：用户模式、特权模式、全局配置模式、端口模式。（1）用户模式查看路由器的软、硬件版本信息，进行简单测试。用户模式提示符为Router>

（2）特权模式对路由器的配置文件进行管理，查看路由器的配置信息，进行网络的测试和调试等。特权模式提示符为Router#。由用户模式进入特权模式方法：Router>enable!

简写为enRouter#133路由器基本操作（3）全局模式配置路由器的全局性参数。全局模式提示符为Router(config)#。由特权模式进入全局模式的方法：Router#configureterminal!简写为conft，进入全局配置模式Router(config)#134路由器基本操作（4）端口模式对路由器的端口进行参数配置。端口模式提示符为Router(config-if)#

由全局模式进入端口模式方法：Router(config)#interface[端口标识]!interface简写int以太网的端口标识为“ethernet

面板号/端口号”，ethernet简写为e，例如“e0/1”表示0号面板的1号以太网端口。快速以太网的端口标识为“fastethernet

面板号/端口号”，fastethernet简写为f，例如“f1/2”表示1号面板的2号快速以太网端口。135路由器基本操作吉比特以太网的端口标识为“gigabitethernet

面板号/端口号”，gigabitethernet简写为g，例如“g0/1”表示0号面板的1号吉比特以太网端口。例如进入0号面板的3号快速以太网端口的命令为：Router(config)#

intf0/3

136为路由器端口设置IP地址为路由器端口设置IP地址的方法是：Router(config-if)#ipaddress[IP地址][IP地址对应掩码]

注：address可简写为add端口设置完成后需要激活，命令为：Switch(config-if)#noshutdown!简写noshut或nosh,关闭端口用shut例：为路由器f0/3端口设置IP地址

Router(config)#

intf0/3!进入f0/3端口Router(config-if)#

ipadd

Router(config-if)#noshut!激活此端口137为路由器端口设置IP地址（5）返回命令exit命令是退回到上一级操作模式。end命令是指用户从特权模式以下级别直接返回到特权模式。138网关

网关（Gateway）又称网间连接器、协议转换器，是一种充当转换重任的计算机系统或设备，是传输层及以上功能层的互联设备。TCP/IP协议里的网关是一个网络通向其他网络的IP地址，具体来说就是网络连接的路由器的端口地址。139第4章网络传输设备结束作业：完成课后习题第5章交换和路由技术局域网和以太网局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是指将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。以太网（Ethernet）是一种总路线型局域网，是目前应用最普遍的局域网技术，在局域网市场中已取得了垄断地位，几乎成了局域网的代名词，我们平常所用局域网一般都是以太网。142局域网特性主要特点：网络覆盖区域较小，一般在几十米到几千米之间。数据传输速率高误码率低，一般在10-11～10-8范围内。局域网的特性影响因素：传输介质网络拓扑结构媒体访问控制方法143LLC子层和MAC子层数据链路层定义了两个子层，即逻辑链路控制子层（LogicalLinkControl，LLC）和媒体访问控制子层（MediumAccessControl，MAC）。LLC子层规定了三种类型的链路服务：（1）无连接服务：发送的数据不能保证接收方一定能接收成功。（2）面向连接服务：支持可靠数据传输，提供了四种服务，即连接的建立、确认和承认响应、差错恢复、滑动窗口。（3）无连接应答响应服务：提供有确认的数据包，但不建立连接。144LLC子层和MAC子层MAC子层用于实现数据帧的封装和卸装、介质的访问控制、数据帧的寻址和识别、数据帧的接收与发送、链路的管理、数据帧的差错控制（数据帧校验序列的产生和检验）等。145CSMA/CD协议

以太网采用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection，即载波监听多路访问/冲突检测）介质访问控制方法。CSMA/CD内容包括：（1）载波监听（CarrierSense）：任一站要发送信息时，首先要监测总线，用来判决介质上有否其他站的发送信号。如果介质状态忙，则继续检测，直到发现介质空闲。如果检测介质为空闲，则可以发送。146CSMA/CD协议

（2）多路访问（MultipleAccess）：意思是网络上所有主机收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的。（3）冲突检测（CollisionDetection）：每个站在发送帧期间，同时具有检测冲突的能力。一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通报总线上各站已发生冲突。147以太网的层次设计·接入层：实现本地以太网中主机的连接。·分布层：实现本地以太网之间的连接。·核心层：分布层设备之间的高速连接。148以太网的层次设计（1）接入层终端通过集线器或二层交换机连接至接入层。冲突域：一个主机向另一个主机发出信号时，除目的主机外，其它有多少主机能收到这个信号，这些主机就构成一个冲突域。冲突域发生在OSI参考模型的物理层

149以太网的层次设计广播域：接入层中一个主机发出广播数据后能接收到这个信号的范围称为广播域。所谓广播数据即数据包目的IP地址主机标识段全为1，例如网段/24，主机标识段占8位，因此其广播地址为55，255代表8位主机标识全为1。广播域基于OSI参考模型的数据链路层，一个网段是一个广播域。集线器所有端口都在同一个广播域和冲突域内。交换机所有端口都在同一个广播域内，而每一个端口单独是一个冲突域。150以太网的层次设计（2）分布层一个本地网络分成多个接入层网络，一个接入层为一个网段，各接入层通过路由器连接，形成分布层。151以太网的层次设计（3）核心层核心层负责在多个网络之间数据的高速传输。核心层设备通常采用三层交换机。152虚拟局域网VLAN

VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）是由局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。同一VLAN如同在同一个网段中一样通讯。不同VLAN相互隔离。一个VLAN是一个广播域，VLAN限制了接收广播信息的主机数，降低产生广播风暴的风险。153VLAN划分方法

（1）基于端口的VLAN：将交换机端口划分到不同VLAN。这种方式下VLAN只与交换机端口（即接入的物理位置）有关，与主机MAC、IP无关。154VLAN划分方法（2）基于MAC的VLAN：将主机MAC地址划分到不同VLAN。这种方式下VLAN只与主机MAC地址有关，与主机接入VLAN的交换机端口（物理位置）和IP地址无关。（3）基于IP地址的VLAN：将各主机IP地址划分到各VLAN。这种方式下VLAN只与主机IP地址有关，与主机接入VLAN的交换机端口（物理位置）和MAC地址无关。155VLAN划分方法（4）基于组播的VLAN：用于解决路由器为不同VLAN重复复制多份数据的问题。传统组播方式

组播VLAN方式

156创建VLAN

创建VLAN

在交换机全局模式下创建VLAN，命令如下：Switch(config)#vlan[VLAN号]Switch(config-vlan)#name[VLAN名称]!命名VLAN注意：交换机默认内置了VLAN1，所有端口默认都属于VLAN1。例：为交换机创建2号VLANSwitch(config)#vlan2Switch(config-vlan)#157交换机Access端口和Trunk端口

（1）Access端口（访问端口）Access端口用于交换机与计算机的连接，一个Access端口只能转发一个VLAN的数据。将交换机端口设置Access端口的命令：Switch(config)#int[端口标识]!进入要划分端口Switch(config-if)#switchportmodeaccess!将端口定义为access，可以简写为swmoacc例：将交换机f0/3端口设置为Access：Switch(config)#intf0/3!进入f0/3端口Switch(config-if)#switchportmodeaccess注：交换机的端口默认为Access端口。158交换机Access端口和Trunk端口

（2）Trunk端口（汇聚端口）Trunk端口用于交换机之间的连接，所有VLAN都可以通过此Trunk端口。·将交换机端口设置为Trunk端口的命令：Switch(config)#int[端口标识]!进入要划分端口Switch(config-if)#switchportmodetrunk!将端口设置为Trunk端口，trunk可以简写为tr例：将交换机f0/5端口设置为Trunk：Switch(config)#intf0/5!进入f0/5端口Switch(config-if)#switchportmodetrunk159交换机Access端口和Trunk端口

·为Trunk端口定义允许放通的VLAN：Switch(config-if)#switchporttrunkallowedvlanadd[VLAN号]

注意：该命令执行时先删除之前所有的VLAN放通设置，然后再添加指定VLAN号的VLAN放通。例：若VLAN1和2原来放通，命令switchporttrunkallowedvlanadd2执行后，VLAN1将不能通过Trunk端口，只有VLAN2能通过Trunk端口。160交换机Access端口和Trunk端口

例：switchporttrunkallowedvlan

add2,3

执行后，即只让VLAN2、3通过Trunk端口，其他的均不能通过。为Trunk端口定义不允许放通的VLAN：Switch(config-if)#switchporttrunkallowedvlan

remove[VLAN号]注意：此命令不改变原来其它VLAN的放通。例：switchporttrunkallowedvlan

remove1,5执行后1号和5号不能通过Trunk端口161VLAN设置IPVLAN可当作交换机的虚接口设置IP，完成后需要开启此虚接口，方法如下：Switch(config)#int

vlan

[VLAN号]

!进入某一VLANSwitch(config-if)#ipaddress[IP地址][IP地址对应掩码]

注：address简写为addSwitch(config-if)#noshutdown!简写noshut，开启此虚接口例：为2号VLAN设置IP地址Switch(config)#

int

vlan2!需先创建2号VLANSwitch(config-if)#ipaddSwitch(config-if)#noshut162单交换机配置VLANf0/1、f0/2属于VLAN2，f0/3、f0/4属于VLAN1，配置完成后，PC0和Laptop0可以相互拼通，PC1和Laptop1可以相互拼通，但PC0和Laptop0拼不通PC1和Laptop1。163单交换机配置VLAN164跨交换机配置VLAN（1）Switch0和Switch1均要建立VLAN2；（2）f0/1端口要划分到Switch0的VLAN2；（3）f0/2端口要划分到Switch1的VLAN2；（4）两台交换机的级联端口，即Switch0的f0/3和Switch1的f0/3，均需设置为Trunk类型端口。PC0和Laptop1跨交换机Switch0和Switch1划分到VLAN2实现通讯。方法如下：165跨交换机配置VLAN166跨交换机配置VLAN配置后，Switch1的f0/3端口会自动协商为trunk类型

167跨交换机配置VLAN168路由技术路由（routing）是数据分组从源到目的所需要的路径选择。路由工作在OSI参考模型第三层网络层。169路由分类路由分为直连路由（DirectRouting）、静态路由（StaticRouting）和动态路由（DynamicRouting）1．直连路由与路由器接口相连的网段称为直连路由。170路由技术2．静态路由静态路由是指通过手工配置的固定路由。171静态路由配置静态路由配置命令：router(config)#iproute[目标网络号][目标网络子网掩码][数据发给本地路由器接口序号或者下一跳路由器接口IP地址]

左侧网络访问右侧网络时RA的静态路由配置命令为：iproute

serial0

或：iproute

172静态路由配置右侧网络访问左侧网络时RB的静态路由配置命令为：iproute

serial0或：iproute

删除上述静态路由的命令如下。no

iproute

serial0173路由技术3．缺省路由缺省路由是一种特殊的静态路由，用在stub网络中（即末端网络或存根网络），stub网络是只有1条出口路径的网络。174路由技术4．动态路由动态路由通过路由信息的交换自动生成并维护路由信息。当网络拓扑结构改变时动态路由协议可以自动更新路由表，并负责决定数据传输最佳路径。175路由技术自治系统

路由管理距离（可信度）是路由协议的重要指标，管理距离值越低，路由越可信。静态路由优先于动态路由。采用复杂量度的路由协议优先于采用简单量度的路由协议。176自治系统

自治系统AS（AutonomousSystem）是指处于一个管理机构控制之下的路由器和网络群组，它是一个单独的网络单元（例如一所大学或者一个企业）。177自治系统

一个自治系统称为一个路由选择域（RoutingDomain），它会分配一个全局唯一的16位自治系统号（ASN）。178RIP路由协议

RIP即RoutingInformationProtocol(路由信息协议)是一种简单的内部网关协议，用于规模较小的网络。RIP是基于距离矢量（Distance-Vector）算法的协议，它通过UDP报文进行路由信息的交换，使用的端口号为520。179RIP路由协议

在RIP协议中，每经过一个路由器，距离值加1。（从一个路由器到直连网络的距离定义为1）180RIP路由协议

RIP认为一个好的路由是它通过的路由器数目少，即距离短，RIP允许一条路径最多包含15个路由器，因此RIP只适用于小型互联网。RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由，它会选择一个具有最少路由器的路由（即最短距离），即使存在另一条高速、低时延、但路由器较多的路由也不会选择。181RIP路由协议

RIP有两个版本：RIPV1(有类别路由协议，ClassRoutingProtocol

)RIPV2(无分类路由协议，ClasslessRoutingProtocol

)RIPv1只支持以广播方式发布协议报文，而且报文中没有掩码信息，只能识别A、B、C三类自然网段的路由，无法支持路由聚合，也不支持不连续的子网。182RIP路由协议

RIPv2的优势：（1）支持外部路由标记，可以在路由策略中根据标记对路由进行灵活控制。（2）报文中携带掩码信息，支持路由聚合和无分类编址。（3）支持指定下一跳，在数据包被转发到RIP之外的网络时提供一个可用的下一跳地址。（4）支持使用组播方式发送更新报文，只有RIPv2路由器才能收到协议报文。（5）支持对协议报文进行验证，并提供明文验证和MD5验证两种方式，从而增强安全性。183RIP路由协议

RIP协议的配置命令如下：Router(config)#routerrip!启用RIP协议Router(config)#version[版本号]!指定RIP版本Router(config)#network[网段号1]!宣告配置RIP协议的网段号...…Router(config)#network[网段号n]

184RIP路由协议

左侧路由器Router0连接的网段为和，其配置RIP协议命令：185RIP路由协议

右侧路由器Router1连接的网段为和，其配置RIP协议命令：

186RIP路由协议

配置完成后可以通过showiproute命令查看Router0的路由信息：

187RIP路由协议

配置完成后可以通过showiproute命令查看Router1的路由信息：

188OSPF路由协议OSPF（OpenShortestPathFirst，开放最短路径优先）是基于链路状态的内部网关协议。IPv4协议使用的是OSPFVersion2，IPv6协议使用的是OSPFVersion3。OSPF的主要特性是没有路由跳数的限制，支持大规模网络，支持掩码，不会形成自环路由，支持到同一目的地址的多条等价路由等，所以OSPF广泛应用在互联网中。189OSPF路由协议OSPF报文直接封装在IP数据包中传输。190OSPF路由协议网络中包含多个区域时，OSPF必须有一个序号为0的区域，即Area0，骨干区域，它处于区域的中心，所有区域都必须与骨干区域物理或逻辑上相连。区域号用十进制整数或点分十进制数表示，如2。例如区域ID为0和相同。191OSPF路由协议配置OSPF协议的命令：

Router(config)#router

ospf

[OSPF进程号]

!启用OSPF协议，指定进程号，进程号为1～65535，即216-1

Router(config-router)#network

[网段1][网段1的反掩码]

area

[区域号]

!宣告配置OSPF的网络号

...…

Router(config-router)#network

[网段n][网段n的反掩码]

area

[区域号]

反掩码即子网掩码按位取反，用十进制计算时，255减去一个数就是这个数的反掩码，例如的反掩码为55，48的反掩码是。192OSPF路由协议配置OSPF协议的命令：

Router(config)#router

ospf

[OSPF进程号]

!启用OSPF协议，指定进程号，进程号为1～65535，即216-1

Router(config-router)#network

[网段][网段的反掩码]

area

[区域号]删除OSPF协议中已宣告网段的命令：Router(config)#router

ospf

[OSPF进程号]Router(config-router)#nonetwork[网段][网段的反掩码]area[区域号]193OSPF路由协议Router0和Router1均配置OSPF协议，规划好IP地址后，两个路由器需要宣告配置OSPF的网段。194Router0配置OSPF命令：195Router1配置OSPF命令：196Router0的路由信息：197Router1的路由信息：198BGP路由协议BGP（BorderGatewayProtocol）：边界网关协议，是运行于TCP上的一种自治系统的外部路由协议。BGP报文通过端口号179封装在TCP报文中传输。199BGP路由协议配置BGP时，每一个自治系统需选择至少一个路由器作为该自治系统的BGP发言人，如图中的R1、R2和R3。200BGP路由协议配置BGP协议的命令如下：

Router(config)#router

bgp

[本自治系统号]!启动BGP协议，指定自治系统号

Router(config-router)#neighbor

[邻居网络相连接口IP]

remote-as

[邻居自治系统号]

!指定邻居网络...…BGP配置完成后，域间自治系统还需要宣告本自治系统的网络信息，命令如下：

Router(config-router)#network

[本自治系统网络号]

mask

[本自治系统子网掩码]

201BGP路由协议配置BGP协议的命令如下：

Router(config)#router

bgp

[本自治系统号]!启动BGP协议，指定自治系统号

Router(config-router)#neighbor

[邻居网络相连接口IP]

remote-as

[邻居自治系统号]

!指定邻居网络...…删除BGP协议的命令如下：Router(config)#router

bgp[本自治系统号]Router(config-router)#noneighbor

[邻居网络相连接口IP]

remote-as

[邻居自治系统号]202BGP路由协议自治系统AS100配置BGP协议命令：Router(config)#router

bgp

100

!启动BGP，指定自治系统号100Router(config-router)#neighbor

remote-as200

!指明邻居网络Router(config-router)#network

mask