計算機網絡技術ppt課件(完整版)

1、計算機網絡技術 Computer network technology 全書共分8章，詳細介紹了計算機網絡技術的基本概念、計算機網絡體系結構、網絡協議、參考模型、IP地址規(guī)劃、無線網絡、網絡規(guī)劃與設計、常用網絡服務與應用、網絡空間安全技術和網絡管理技術，并且介紹了IPv6地址、移動互聯網、智能網絡設備、工業(yè)網絡應用、物聯網、云計算、云機器人等一些網絡前沿技術和應用。計算機網絡技術第 5 章網絡規(guī)劃與設計第 6 章計算機網絡服務與應用第 7 章網絡空間安全第 8 章網絡管理技術第 1 章計算機網絡概述第 2 章網絡體系結構與網絡協議第 3 章IP 地址規(guī)劃技術第 4 章無線網絡和移動網絡第 1

2、章計算機網絡概述1.1 計算機網絡的形成與發(fā)展1.2 計算機網絡的定義與功能1.3 計算機網絡的組成與分類1.4 計算機網絡的拓撲結構011.5 計算機網絡的性能指標和非性能特征1.6 實訓第 1 章計算機網絡概述011.1 計算機網絡的形成與發(fā)展1計算機網絡的形成與發(fā)展計算機網絡是計算機技術與通信技術發(fā)展和融合的產物。1967 年，美國國防部高級研究計劃署提出了 ARPANET 的研究任務。ARPANET 在方案中采取分組交換的思想。ARPANET 分為兩部分：通信子網和資源子網。1.1 計算機網絡的形成與發(fā)展3移動互聯網的形成與發(fā)展移動互聯網是移動通信技術和互聯網技術相融合的產物，無須連接

3、各終端、節(jié)點的網線。移動互聯網繼承了移動隨時、隨地、隨身和互聯網開放、分享、互動的優(yōu)勢，是一個全國性的、以寬帶 IP 為技術核心的，可同時提供語音、傳真、數據、圖像、多媒體等高品質電信服務的新一代開放的電信基礎網絡，由運營商提供無線接入，互聯網企業(yè)提供各種成熟的應用。 2009 年國家開始大規(guī)模部署 3G 移動通信網絡。2014 年又開始大規(guī)模部署 4G 移動通信網絡。2019 年 6 月 6 日，工業(yè)和信息化部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發(fā)放 5G 商用牌照，中國正式進入 5G 商用元年。1.1 計算機網絡的形成與發(fā)展4物聯網的形成與發(fā)展物聯網是在 Internet 技術的基

4、礎上，利用傳感器、無線傳感器網絡、射頻標簽等感知技術自動獲取物理世界的各種信息，構建人與人、人與物、物與物的智能網絡信息系統(tǒng)。2005 年 11 月 17 日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯盟（ITU）發(fā)布了ITU 互聯網報告 2005：物聯網，正式提出了“物聯網”的概念。物聯網的基本特征可概括為整體感知、可靠傳輸和智能處理。物聯網的應用領域涉及方方面面，在工業(yè)、農業(yè)、環(huán)境、交通、物流、安保等方方面面。Internet 實現了人與人的信息共享，物聯網進一步實現了人與物、物與物的融合。1.1 計算機網絡的形成與發(fā)展5計算機網絡的標準化工作及相關組織計算機網絡的發(fā)展和推廣

5、離不開計算機網絡的標準化工作。沒有統(tǒng)一的標準，眾多廠商的硬件和軟件間的相互兼容、連通、互操作都會遇到麻煩。與網絡標準制定相關的組織有：國際標準化組織（ISO）國際電信聯盟（ITU）電氣與電子工程師協會（IEEE）電子工業(yè)聯合會和通信工業(yè)聯合會（EIA&TIA）因特網工程任務組（IETF）1.1 計算機網絡的形成與發(fā)展5計算機網絡的標準化工作及相關組織因特網的所有標準都以 RFC（Request For Comments）的形式在因特網上發(fā)布，但并非每個RFC 都是因特網標準。RFC 要上升為因特網正式標準需經過以下 4 個階段： 因特網草案（Internet Draft）：這個階段還不是 RF

6、C 文檔。 建議標準（Proposed Standard）：這個階段開始就稱為 RFC 文檔。 草案標準（Draft Standard）：將建議文檔放在網上供建議修改，從而形成草案標準。 因特網標準（Internet Standard）：草案標準經 IETF 等機構審核通過后，成為正式的因特網標準。1.2 計算機網絡的定義及功能1.2.1 計算機網絡的定義從整體上來說，計算機網絡是把分布在不同地理區(qū)域的自主計算機或者其他可編程的硬件與專門的外部連接設備用通信線路連接起來，形成一個規(guī)模大、功能強的系統(tǒng)，用來實現資源共享、數據通信等特定的目的。計算機網絡所連接的硬件，不限于一般的計算機，還包括智能

7、手機、打印機、家用電器等。計算機網絡能夠支持很多種應用，如辦公自動化、電子商務、分布式信息處理、遠程教育與 E-learning、遠程音頻和視頻應用等。1.2 計算機網絡的定義及功能1.2.2 計算機網絡的功能資源共享分布式處理信息交換提高可靠性1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.1 計算機網絡的組成最早出現的計算機網絡是廣域網。廣域網的設計目標是將分布在世界各地的計算機互聯起來。從邏輯功能上來看，廣域網由通信子網與資源子網兩部分組成?，F在的 Internet 是由分布在世界各地的廣域網、城域網、局域網通過路由器互聯而成的。Internet 可以分為三層結構：第一層也是網絡結構的最低層，大量

8、的用戶計算機與移動終端設備通過 802.3 標準的局域網、802.11 標準的無線局域網、802.16 標準的無線城域網、無線自組網（Ad hoc）、無線傳感器網絡（WSN）、有線電話交換網絡（PSTN）、無線（4G/5G）移動通信網以及有線電視網（CATV）接入本地的 ISP、企業(yè)網或校園網；第二層，ISP、企業(yè)網或校園網匯聚到作為地區(qū)主干網的寬帶城域網中，寬帶城域網通過城市寬帶出口連接到國家或國際級主干網；最高層是大型主干網，由大量分布在不同地理位置、通過光纖連接的高端路由器構成，提供高帶寬的傳輸服務。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類1按傳輸介質分類傳輸介質又稱通

9、信介質或載體，它是計算機網絡數據傳輸的通道。不同的傳輸介質，其特性也各不相同，它們不同的特性對網絡中數據通信質量和通信速度有較大影響。計算機網絡根據網絡的傳輸介質可以分為有線網和無線網兩種。有線網是采用同軸電纜、雙絞線、光纖等有線介質連接的計算機網絡。無線網是指無須布線就能實現各種通信設備互聯的網絡。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類2按網絡信息交換方法分類可分為電路交換網、報文交換網和分組交換網。（1）電路交換網在數據交換之前，首先在通信子網中建立實際的物理線路連接。通信過程分為 3 個階段：線路建立階段、數據傳輸階段和線路釋放階段。在這種工作模式下，雙方在通信過程中

10、始終占有整個端到端的線路。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類2按網絡信息交換方法分類可分為電路交換網、報文交換網和分組交換網。（2）報文交換網報文交換是以報文為數據交換的單位。報文攜帶有目標地址、源地址等信息，在交換節(jié)點采用存儲轉發(fā)的傳輸方式。報文交換不需要為通信雙方預先建立一條專用的通信線路，不存在連接建立時延，用戶可隨時發(fā)送報文。通信雙方不是固定占有一條通信線路，而是在不同的時間逐段地部分占有這條物理通路，因而大大提高了通信線路的利用率。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類2按網絡信息交換方法分類可分為電路交換網、報文交換網和分組交換網。（1）

11、電路交換網（2）報文交換網（3）分組交換網分組交換仍采用存儲轉發(fā)傳輸方式，但是將一個長報文先分割為若干個較短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地發(fā)送出去。這樣不僅加速了數據在網絡中的傳輸速度，也簡化了存儲管理。無論是報文交換還是分組交換，在傳輸過程中，采用數據報服務時，都有可能出現失序、丟失或重復情況，分組到達目的節(jié)點時，要對分組按編號進行排序等工作，增加了一定的麻煩。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類2按網絡信息交換方法分類可分為電路交換網、報文交換網和分組交換網。若要傳送的數據量很大，且其傳送時間遠大于呼叫時間，則采用電路交換較為合適；當端到端

12、的通路由很多段的鏈路組成時，采用分組交換傳送數據較為合適。從提高整個網絡的信道利用率上看，報文交換和分組交換優(yōu)于電路交換，其中分組交換比報文交換的時延小，尤其適合于計算機之間的突發(fā)式的數據通信。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類3按網絡連接距離和范圍分類按計算機網絡覆蓋范圍的大小，可以將計算機網絡分為廣域網、城域網、局域網和個人局域網。（1）廣域網廣域網（Wide Area Network，WAN）又稱遠程網，可覆蓋一個國家、地區(qū)，甚至橫跨幾個洲，形成國際性的遠程計算機網絡。廣域網將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)、城域網、局域網互聯起來，實現資源共享與信息交互。因特網就是一

13、個最典型的廣域網。早期的廣城網主要用于大型計算機系統(tǒng)與中小型計算機系統(tǒng)的互聯。隨著互聯網應用的發(fā)展，廣域網更多的是作為覆蓋地區(qū)、國家、洲際地理區(qū)域的核心交換網絡平臺。目前，廣域網覆蓋面廣、應用環(huán)境復雜、網絡傳輸介質多樣化、接入技術多樣化，大量的用戶計算機通過局域網或其他接入技術接入到城域網 , 城域網接入到連接不同城市的廣域網，大量的廣域網互聯形成了 Internet 的寬帶核心交換平臺，從而構成了具有層次結構的大型互聯網絡。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類3按網絡連接距離和范圍分類按計算機網絡覆蓋范圍的大小，可以將計算機網絡分為廣域網、城域網、局域網和個人局域網。（

14、2）城域網城域網（Metropolitan Area Network，MAN）位于骨干網與接入網的交匯處，各種業(yè)務和各種協議在城域網匯聚、分流和進出骨干網。寬帶城域網是城域網的典型應用，新一代的寬帶城域網以多業(yè)務的光傳送網為開放的基礎平臺，通過各種網關、接入設備實現各種業(yè)務接入，并與各運營商的長途骨干網相連，形成本地市綜合業(yè)務網絡。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類3按網絡連接距離和范圍分類按計算機網絡覆蓋范圍的大小，可以將計算機網絡分為廣域網、城域網、局域網和個人局域網。（3）局域網局域網（Local Area Network，LAN）的覆蓋范圍一般是方圓幾千米之內，

15、其具備的安裝便捷、成本節(jié)約、擴展方便等特點使其運用廣泛。局域網可以實現文件管理、應用軟件共享、打印機共享等功能。局域網是一種私有網絡，覆蓋范圍有限，一般在一座建筑物內或建筑物附近，如家庭、辦公室或工廠等。局域網的發(fā)展始于 20 世紀 70 年代，至今仍是網絡發(fā)展中的一個活躍領域。LAN 更是在速度、帶寬等指標方面有了更大進展，并且在 LAN 的訪問、服務、管理、安全和保密等方面部有了進一步的改善。1.3 計算機網絡的組成與分類1.3.2 計算機網絡的分類3按網絡連接距離和范圍分類按計算機網絡覆蓋范圍的大小，可以將計算機網絡分為廣域網、城域網、局域網和個人局域網。（4）個人局域網個人局域網（Pe

16、rsonal Area Network，PAN）又稱個域網，是近幾年在短距離（家庭與小型辦公室）無線通信技術領域提出來的新概念。PAN 的核心思想是用新的無線傳輸技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線傳輸技術，實現個人信息終端的智能化互聯，組建個人化的辦公或者家用信息網絡。目前個域網采用的技術主要有：超寬帶（Ultra - Wideband，UWB）、藍牙（Bluetooth）、802.11、IrDA（InfraredData Association）以及 Home RF 等。1.4 計算機網絡的拓撲結構1.4.1 計算機網絡拓撲的定義拓撲是從圖論演變而來的，是一種研究與大小和形狀無關的點、線、面特點的方法。網絡

17、拓撲是拋開網絡中的具體設備 , 把網絡中的計算機、各種通信設備抽象為“點”，把網絡中的通信介質抽象為“線”，從拓撲學的觀點去看計算機網絡，就形成了由“點”和“線”組成的幾何圖形，從而抽象出網絡系統(tǒng)的具體結構。這種采用拓撲學方法描述各個節(jié)點之間的連接方式的圖形稱為網絡的拓撲結構圖。網絡拓撲結構是通過網上的通信線路及網絡設備之間的互相連接的幾何關系來表示網絡結構，反映網絡中各實體之間的結構關系。網絡的基本拓撲結構有星型結構、環(huán)狀結構、總線型結構、樹狀結構、網狀結構等。網絡拓撲結構不同，網絡的工作原理就不同，網絡性能也不一樣。網絡拓撲設計是計算機網絡設計的第一步，也是實現各種網絡協議的基礎，對網絡性

18、能、系統(tǒng)可靠性與通信費用都有重大影響。1.4 計算機網絡的拓撲結構1.4.2 計算機網絡拓撲的分類與特點1總線型拓撲結構總線型拓撲采用單根傳輸線作為傳輸介質，所有的站點都通過相應的硬件接口直接連接到傳輸介質或總線上 。總線型拓撲的優(yōu)點：結構簡單，實現容易；易于安裝和維護；價格低廉，用戶站點入網靈活。總線型拓撲結構的缺點：傳輸介質故障難以排除，并且由于所有節(jié)點都直接連接在總線上，因此任何一處故障都會導致整個網絡癱瘓。對于站點不多（10 個站點以下）的網絡或各個站點相距不是很遠的網絡，采用總線拓撲還是比較適合的，但隨著在局域網上傳輸多媒體信息的增多，目前這種網絡拓撲結構除了在工業(yè)網絡等特殊應用場合

19、以外正在被淘汰。1.4 計算機網絡的拓撲結構1.4.2 計算機網絡拓撲的分類與特點2星型拓撲結構星型拓撲是由中央節(jié)點和通過點對點鏈路接到中央節(jié)點的各站點（網絡工作站等）組成。星型拓撲的優(yōu)點：結構簡單，管理方便，可擴充性強，組網容易。利用中央節(jié)點可方便地提供網絡連接和重新配置；且單個連接點的故障只影響一個設備，不會影響全網，容易檢測和隔離故障，便于維護。星型拓撲的缺點：每個站點直接與中央節(jié)點相連，需要大量電纜，因此費用較高；如果中央節(jié)點產生故障，則全網不能工作，所以對中央節(jié)點的可靠性和冗余度要求很高。星型拓撲被廣泛應用于網絡中智能集中于中央節(jié)點的場合。目前在傳統(tǒng)的數據通信中，這種拓撲還占有支配地

20、位。1.4 計算機網絡的拓撲結構1.4.2 計算機網絡拓撲的分類與特點3環(huán)狀拓撲結構環(huán)狀拓撲由一些中繼器和連接中繼器的點到點鏈路首尾相連形成一個閉合的環(huán)。環(huán)狀拓撲結構的優(yōu)點是能夠較有效地避免沖突。環(huán)狀拓撲結構的缺點是環(huán)狀結構中的網卡等通信部件比較昂貴且管理復雜得多。在實際的應用中，多采用環(huán)狀拓撲作為寬帶高速網絡的結構。1.4 計算機網絡的拓撲結構1.4.2 計算機網絡拓撲的分類與特點4樹狀拓撲結構樹狀拓撲是從星型拓撲演變而來的，它把星型拓撲和總線型拓撲結合起來，形狀像一棵倒置的樹。樹狀拓撲結構和一個段的總線型拓撲的主要區(qū)別在于根的存在。當節(jié)點發(fā)送信號時，根接收該信號，然后再重新廣播發(fā)送到全網。

21、樹狀拓撲的優(yōu)點是易于擴展和故障隔離；樹狀拓撲的缺點是對根的依賴性太大，如果根發(fā)生故障，則全網不能正常工作，對根的可靠性要求很高。1.4 計算機網絡的拓撲結構1.4.2 計算機網絡拓撲的分類與特點5網狀拓撲結構網狀結構是一種不規(guī)則的連接，通常一個節(jié)點與其他節(jié)點之間有兩條以上的通路。網狀拓撲結構的優(yōu)點是容錯能力強，可靠性高，一條線路發(fā)生故障 , 可以經其他線路連接目的節(jié)點。網狀拓撲結構缺點是費用高、布線困難。網狀拓撲結構一般用于廣域網或大型局域網的主干網。1.4 計算機網絡的拓撲結構1.4.3 拓撲的選擇拓撲的選擇往往和傳輸介質的選擇以及介質訪問控制方法的確定緊密相關。選擇拓撲時，應該考慮的主要因

22、素有以下幾點：經濟性：網絡拓撲的選擇直接決定了網絡安裝和維護的費用。靈活性：靈活性和可擴充性也是選擇網絡拓撲結構時應充分重視的問題?？煽啃裕壕W絡的可靠性是任何一個網絡的生命。網絡拓撲決定了網絡故障檢測和故障隔離的方便性。1.5 計算機網絡的性能指標和非性能特征1.5.1 計算機網絡的性能指標1.速率網絡技術中的速率指的是連接在計算機網絡上的主機在數字信道上傳送數據的速率，也稱為數據率或比特率。速率的單位是 bit/s, 即每秒傳送多少位。當速率較高時，可以使用 kbit/s、Mbit/s、Gbit/s 等加上倍數的單位。在日常描述中，常會使用百兆網、千兆網等描述該網絡的速率。2. 帶寬計算機網

23、絡中，帶寬表示單位時間內網絡通信中某信道所能通過的“最高數據率”，帶寬的單位和速率的單位相同，也是 bit/s。在其他場合指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據的頻率范圍。1.5 計算機網絡的性能指標和非性能特征1.5.1 計算機網絡的性能指標3. 吞吐量吞吐量表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的實際數據量。吞吐量受限于帶寬或網絡速率。4. 時延時延是指數據（一個報文或分組，甚至比特）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間?？倳r延 = 發(fā)送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延5時延帶寬積表示在特定時間該網絡上的最大數據量。時延帶寬積 = 傳播時延 帶寬1.5 計算機網

24、絡的性能指標和非性能特征1.5.1 計算機網絡的性能指標6往返時間（RTT）在計算機網絡中，往返時間也是一個重要的性能指標，往返時間表示從發(fā)送方發(fā)送數據開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認（接收方收到數據后便立即發(fā)送確認）總共經歷的時間。7利用率利用率可分為信道利用率和網絡利用率兩種。 信道利用率：信道被有效利用（有數據通過）的百分比，完全空閑的信道的利用率是零。 網絡利用率：全網絡的信道利用率的加權平均值。1.5 計算機網絡的性能指標和非性能特征1.5.2 計算機網絡的非性能特征計算機網絡還有一些非性能特征也很重要，也是網絡選擇時的參考因素，常用的如下：費用質量標準化可靠性可擴展性和可升級性易

25、于管理和維護1.6 實訓1.6.1 VMwareWorkstation 的安裝與使用1.6.2 CiscoPacketTracer 的安裝與使用1實訓目的2實訓條件3實訓內容4實訓過程01第1章 總結2021謝 謝計算機網絡技術制作時間：2021年2月 Computer network technology王凱章惠 主編王振杰周萍孫敏周東仿陳昱 副主編 全書共分8章，詳細介紹了計算機網絡技術的基本概念、計算機網絡體系結構、網絡協議、參考模型、IP地址規(guī)劃、無線網絡、網絡規(guī)劃與設計、常用網絡服務與應用、網絡空間安全技術和網絡管理技術，并且介紹了IPv6地址、移動互聯網、智能網絡設備、工業(yè)網絡應用

26、、物聯網、云計算、云機器人等一些網絡前沿技術和應用。計算機網絡技術第 5 章網絡規(guī)劃與設計第 6 章計算機網絡服務與應用第 7 章網絡空間安全第 8 章網絡管理技術第 1 章計算機網絡概述第 2 章網絡體系結構與網絡協議第 3 章IP 地址規(guī)劃技術第 4 章無線網絡和移動網絡第 2 章網絡體系結構與網絡協議2.1 網絡協議2.2 計算機網絡體系結構2.3 OSI參考模型2.4 TCP/IP 協議與參考模型022.5 實訓第 2 章網絡體系結構與網絡協議2.1 網絡協議2.2 計算機網絡體系結構2.3 OSI參考模型2.4 TCP/IP 協議與參考模型022.5 實訓2.1 網絡協議2.1.1網

27、絡協議的基本概念計算機網絡由多個網絡節(jié)點組成，節(jié)點之間需要交換數據與控制信息。為了使得節(jié)點間能正確地交換數據和理解彼此所發(fā)的數據和信息，則參與交換的節(jié)點必須遵守事先約定的規(guī)則，這些規(guī)則明確規(guī)定了交換數據的格式和時序。就如人和人之間交流需要使用同一種語言一樣，協議就是計算機網絡節(jié)點間交流的語言。為了網絡數據交換而制定的規(guī)則、約定與標準稱為網絡協議。網絡協議主要由3個要素組成：語義、語法、時序。2.1 網絡協議2.1.2層次與接口對于計算機網絡這個龐大、復雜的問題，這個方法同樣適用，通過對計算機網絡的分層解決這個大問題。網絡分層后將復雜的網絡任務分解為多個可處理的部分，使問題簡單化。計算機網絡采用

28、層次結構后，具有以下優(yōu)點：各層之間相互獨立，高層不需要知道低層如何實現，只需要知道該層接口提供的服務。當任何一層發(fā)生變化時，只要接口保持不變，其他各層均不受影響。各層均可以采用合適的技術，各層實現技術的改變不影響其他層。整個系統(tǒng)分解為多個易于處理的部分，使系統(tǒng)的實現和維護變得容易。每層的功能與提供的服務已有精確說明，有利于促進標準化過程。2.2 計算機網絡體系結構2.2.1網絡體系結構的基本概念對于結構復雜的網絡協議，最好的組織方式是層次結構模型。網絡協議是按照層次結構模型來組織的。層次結構模型與各層協議的集合稱為網絡體系結構。2.2.2網絡體系結構的研究方法目前對于網絡體系結構采用分層的方法

29、研究與實現。分層網絡體系結構的基本思想是每一層都在它的下層提供的服務基礎上提供更高級的服務，且通過服務訪問點（SAP）來向其上一層提供服務。在分層結構中，其目標是保持層次之間的獨立性，也就是第（N）層實體只能夠使用（N-1）層實體通過 SAP 提供的服務；也只能夠向（N+1）層提供服務；實體間不能夠跨層使用，也不能夠同層調用。2.3 OSI 參考模型2.3.1OSI 參考模型概述為了使不同體系結構的計算機網絡都能互聯，國際標準化組織（ISO）于 1977 年成立專門機構研究這個問題。1978 年，ISO 提出了“異種機聯網標準”的框架結構，這就是著名的開放系統(tǒng)互連基本參考模型（Open Sys

30、tems Interconnection Reference Modle，OSI/RM），簡稱 OSI參考模型。OSI 參考模型定義了開放系統(tǒng)的層次結構、層次之間的相互關系，以及各層包括的可能的服務。OSI 參考模型中包括不同層次的不同協議，每種協議明確定義了應該發(fā)送什么樣的控制信息和如何解釋這個控制信息。每種協議的規(guī)程說明具有最嚴格的約束。但 OSI 參考模型只是描述了一些概念，用來協調進程間通信標準的制定。2.3 OSI 參考模型2.3.2OSI 參考模型的結構OSI 參考模型描述了信息或數據如何從一臺主機的一個應用程序進程到達網絡中另外一臺主機的另一個應用進程中。根據分而治之的思路，OS

31、I 參考模型將整個通信功能分為 7 個層次。分層的基本原則如下： 網中各節(jié)點都具有相同的層次。 不同節(jié)點的同等層具有相同的功能。 同一節(jié)點內相鄰層之間通過接口通信。 每一層可以使用下層提供的服務，并向其上層提供服務。 不同節(jié)點的同等層通過協議來實現對等層之間的通信。2.3 OSI 參考模型2.3.2OSI 參考模型的結構OSI 參考模型從低到高分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層，其結構圖如圖 2-1 所示。2.3 OSI 參考模型圖 2-2 所示為 OSI 參考模型2.3 OSI 參考模型2.3.3數據的封裝與傳遞在 OSI 參考模型中，主機或通信節(jié)點內部的相鄰層

32、之間通過接口進行通信，上層可以使用下層提供的服務，并向上層提供服務。對等層之間需要交換信息，由于傳輸的限制，信息會被拆分為信息單元形式進行傳輸，對等層協議之間需要交換的這些信息單元統(tǒng)稱為協議數據單元（Protocol Data Unit, PDU）。節(jié)點的對等層之間的通信不是直接通信，需要借助下層提供的服務完成，因此，對等層之間的通信稱為虛通信。OSI 參考模型中節(jié)點數據流動如圖 2-3 所示。2.3 OSI 參考模型2.3.3數據的封裝與傳遞在網絡中，為了實現對等層通信，該層使用下層服務傳送自己的協議數據單元（PDU）時，其當前層的下一層總是將上一層的 PDU 作為自己 PDU 的一部分，并

33、在上層 PDU 的頭部（和尾部）加入特定的協議頭（和協議尾），然后利用更下一層提供的服務將數據傳送出去。這種增加數據頭部（和尾部）的過程稱為數據封裝或數據打包。在數據到達接收節(jié)點對等層后，接收方將識別、提取和處理發(fā)送方對等層增加的數據頭部（和尾部）。接收方這種將增加的數據頭部（和尾部）去除的過程稱為數據解封或數據拆包。圖 2-4 所示為 OSI 參考模型中節(jié)點間數據傳遞的封裝與解封過程。2.3 OSI 參考模型2.3.3數據的封裝與傳遞2.3 OSI 參考模型2.3.3數據的封裝與傳遞圖 2-4 給出了一個較完整的 OSI 數據傳遞與流動過程，從該圖可以看出在OSI環(huán)境中的數據流動過程如下：

34、當主機 A 的發(fā)送進程需要發(fā)送數據（DATA）至網絡中另一個節(jié)點主機B的接收進程時，應用層為數據加上了應用層控制報頭AH，然后傳遞給表示層。 表示層收到這個數據單元后，加上本層的控制報頭PH，然后傳送給會話層。 會話層收到表示層傳來的數據單元后，加上會話層的控制報頭SH，然后送至傳輸層。 傳輸層接收到這個數據單元后，加上本層的控制報頭TH，形成傳輸層的協議數據單元，然后傳送給網絡層。 由于網絡層數據單元長度的限制，從傳輸層接收到的長報文可能被分為多個較短的數據字段，每個較短的數據字段加上網絡層的控制報頭NH 后，形成網絡層的數據單元，該數據單元稱為數據包。這些數據包需要利用數據鏈路層提供的服務

35、發(fā)往其他接收節(jié)點的對等層。 分組被送到數據鏈路層后，加上數據鏈路層的報頭 DH 和報尾 DT，構成數據鏈路層的數據單元，該數據單元被稱為幀（Frame），幀將被送往物理層。 物理層收到幀后，將以比特流的方式通過傳輸介質將數據傳輸出去。 當比特流到達目的節(jié)點后，從物理層依次上傳。每層對其相應層的控制報頭（和報尾）進行識別和處理，然后將去掉該層報頭（和報尾）的數據提交給上層處理。最終發(fā)送進的數據傳送到網絡中另一個節(jié)點的接收進程。2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.1TCP/IP 協議TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol

36、，傳輸控制協議 / 網際協議）是指能夠在多個不同網絡間實現信息傳輸的協議族。TCP/IP 協議不僅僅指的是 TCP 和 IP 兩個協議，而是指一個由 FTP、SMTP、TCP、UDP、IP 等協議構成的協議族，只是因為在 TCP/IP 協議中 TCP 協議和 IP 協議最具代表性，所以稱為 TCP/IP 協議。TCP/IP 協議是 Internet 中重要的通信規(guī)則，它規(guī)定了計算機通信中所使用的協議數據單元、格式、報頭與相應的動作，是公認的 Internet 工業(yè)標準與事實上的 Internet 協議標準。協議共有 6個版本，目前普遍使用的是版本 4，即 IPv4。互聯網工程任務組（IETF）

37、提出了 TCP/IP 的版本 6，即 IPv6。IPv6 已經廣泛部署和使用，并且使用率不斷穩(wěn)步增長。2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.2TCP/IP 參考模型TCP/IP 參考模型可以分為 4 個層次：1網絡接口層（Network interface layer） 網絡接口層是 TCP/IP 參考模型的最低層，它負責發(fā)送和接收 IP 分組。TCP/IP 協議對網絡接口層并沒有規(guī)定具體的協議，它采取開放的策略，允許使用廣域網、局域網與城域網的各種協議。任何一種流行的低層傳輸協議都可以與 TCP/IP 網際層接口，這正體現了 TCP/IP 體系的開放性、兼容性的特點，也是 TCP/IP

38、 成功應用的基礎。2網際層 TCP/IP 參考模型網際層使用的是 IP 協議。IP是一種不可靠、無連接的數據報傳輸服務協議。 網際層的主要功能包括： 處理來自傳輸層的分組發(fā)送請求。在接收到分組發(fā)送請求之后，將傳輸層報文封裝成 IP分組，啟動路由選擇算法，選擇發(fā)送路徑，將分組轉發(fā)到相應的網絡。 處理接收到的數據報。在接收到其他主機發(fā)送的數據報之后，檢查目的IP地址，若需要轉發(fā)，則選擇發(fā)送路徑，轉發(fā)出去；如果目的地址為本節(jié)點 IP 地址，則除去報頭，將分組交送到傳輸層處理。 進行流量控制與擁塞控制。2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.2TCP/IP 參考模型TCP/IP 參考模型可以分為

39、4 個層次：3傳輸層 傳輸層用于負責在會話進程之間建立和維護端 - 端連接，實現網絡環(huán)境中分布式進程通信。傳輸層包括兩種不同的協議：傳輸控制協議（Transport Control Protocol，TCP）與用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）。（1）TCP 協議 TCP 是一種可靠的、面向連接的傳輸層協議，允許從源發(fā)出的字節(jié)流無差錯地在網絡上傳輸。在發(fā)送端，把應用層的字節(jié)流分成多個報文段并傳給網際層。在接收端，把收到的報文段再封裝成字節(jié)流，送往應用層。同時還要處理流量控制，以避免高速發(fā)送方向低速接收方發(fā)送的報文過多而造成接收方無法處理的情況。2.4 TCP

40、/IP 協議與參考模型2.4.2TCP/IP 參考模型TCP/IP 參考模型可以分為 4 個層次：3傳輸層（1）TCP 協議報文中共有 6 個控制字段： URG（緊急位） ACK（確認位） PSH（推送位） RST（復位位） SYN（同步位） FIN（終止位） 2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.2TCP/IP 參考模型TCP/IP 參考模型可以分為 4 個層次：3傳輸層（1）TCP 協議（2）UDP 協議 用戶數據報協議是一個不可靠的、無連接的協議。UDP 主要用于不需要數據分組順序到達的傳輸環(huán)境中，同時也被廣泛應用于只有一次的、客戶 / 服務器（Client/Server，C/S）

41、模式的請求應答查詢，以及快速傳送比準確傳送更重要的應用程序（如傳輸語音或影像）中。2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.2TCP/IP 參考模型TCP/IP 參考模型可以分為4個層次：4應用層 應用層是 TCP/IP 參考模型的最高層，負責向用戶提供一組常用的應用程序，如電子郵件、遠程登錄、文件傳輸等，并且總是不斷有新的協議加入。應用層主要的協議有： Telnet：遠程登錄協議。 FTP（Flie Transfer Protocol）：文件傳輸協議。 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：簡單郵件傳輸協議。 HTTP（Hyper Text Transfe

42、r Protocol）：超文本傳送協議。 DNS（Domain Name System）：域名系統(tǒng)。 SNMP（Simple Network Management Protocol）：簡單網絡管理協議。 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：動態(tài)主機配置協議。 2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.2TCP/IP 參考模型TCP/IP 參考模型可以分為 4 個層次：1網絡接口層（Network interface layer）2網際層3傳輸層4應用層2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.3OSI 與 TCP/IP 參考模型的比較 兩個模

43、型分層不同。OSI 是七層體系結構；TCP/IP 結構比較簡單，只有四層體系結構。兩種模型層次之間存在一定的對應關系。 OSI 模型有 3 個主要明確概念：服務、接口、協議。而 TCP/IP 參考模型在三者的區(qū)別上不是很清楚。 TCP/IP 模型對異構網絡互聯的處理比 OSI 模型更加合理。 TCP/IP 模型比 OSI 參考模型更注重面向無連接的服務。在傳輸層 OSI 模型僅有面向有連接的通信，而TCP/IP 模型支持兩種通信方式；在網絡層 OSI 模型支持無連接和面向連接的方式，而TCP/IP 模型只支持無連接通信模式。2.4 TCP/IP 協議與參考模型2.4.4簡化的參考模型OSI 與

44、 TCP/IP 體系都有成功與不足之處。OSI 的七層協議體系結構概念清晰、體系完整，但相對復雜，不夠實用。TCP/IP 協議應用性強，得到了廣泛的使用，但它的參考模型的研究卻比較薄弱。因此，在學習計算機網絡時往往采用 Andrew S.Tanenbaum 建議的一種混合的參考模型。這是一種折中的方案，采用五層協議的體系結構，吸收了OSI 和TCP/IP 的優(yōu)點，如圖 2-6 所示。2.5 實訓2.5.1Wireshark 的安裝與使用2.5.2Sniffer 的安裝和使用1實訓目的2實訓條件3實訓內容4實訓過程02第2章 總結2021謝 謝計算機網絡技術制作時間：2021年2月 Comput

45、er Network Technology王凱章惠 主編王振杰周萍孫敏周東仿陳昱 副主編 全書共分8章，詳細介紹了計算機網絡技術的基本概念、計算機網絡體系結構、網絡協議、參考模型、IP地址規(guī)劃、無線網絡、網絡規(guī)劃與設計、常用網絡服務與應用、網絡空間安全技術和網絡管理技術，并且介紹了IPv6地址、移動互聯網、智能網絡設備、工業(yè)網絡應用、物聯網、云計算、云機器人等一些網絡前沿技術和應用。計算機網絡技術第 5 章網絡規(guī)劃與設計第 6 章計算機網絡服務與應用第 7 章網絡空間安全第 8 章網絡管理技術第 1 章計算機網絡概述第 2 章網絡體系結構與網絡協議第 3 章IP 地址規(guī)劃技術第 4 章無線網絡

46、和移動網絡第 3 章IP地址規(guī)劃技術3.1 IP地址3.2 IP子網劃分3.3 IP地址的規(guī)劃方法3.4 無類別域間路由033.5 IPv6 地址3.6 實訓第 3 章IP地址規(guī)劃技術033.1 IP地址3.1.1IP地址的作用中外名字都是基于一定的規(guī)則而建立，否則就無法正確地標識出需要溝通信息的對象，也就是說無法在人和人之間建立有效的通信。類似地，互聯網世界中的設備間要進行有效的通信，這些設備就需要以一定的規(guī)則來建立名稱標識。3.1 IP地址3.1.2IP地址的定義和表示IP地址定義：Internet上每個主機分配的一個機器可識別的、數字型標識的、長度是32 位（或者4個字節(jié)）的二進制數地址

47、，稱為IPv4（Internet Protocol Version 4）地址，即版本4的IP地址。IP地址版本：一個是IPv4地址，另一個是IPv4的升級版，即版本6地址，簡稱為IPv6（Internet Protocol Version 6）地址。IPv6作為下一代的IP 地址，是為支持互聯網上更大規(guī)模數量的網絡節(jié)點而提出的。實際中，IPv4 地址不會特定指出所用版本，所以一般所說的IP 地址就是指IPv4 地址。3.1 IP地址3.1.2IP地址的定義和表示IP地址有兩種表示法。第一種，二進制表示法。這種表示方式是為便于互聯網設備間通信時使用，例如32位的二進制IP地址1010110010

48、1010000000000101100100。這么多1和0，機器處理起來很方便，但人們記憶和識別非常困難。第二種，點分十進制表示法。這種方式是為便于人們使用，用英文句號“.”分開不同字節(jié)，每個字節(jié)用十進制數來表示，例如IP 地址的4 個字節(jié)分別是十進制數172、168、1、100，可表示為00。3.1 IP地址3.1.3IP地址的組成和分類IP地址的組成。IP地址由網絡號（網絡地址）和主機號（主機地址）兩部分組成。IP地址這樣設計的一個主要目的是出于Internet上的快速尋址考慮，路由IP數據包尋找路由時，先按照IP地址中的網絡號找到對應的網絡，再按主機號找到對應的主機。網絡號和主機號的作用

49、：網絡號：用于區(qū)分不同的網絡子網。不同子網間的計算機或通信設備不能直接通信，需通過路由器或網關，根據網絡地址進行路由表查找和信息包轉發(fā)。主機號：用于區(qū)分特定網絡子網中的計算機或通信設備，同一子網中的主機號必須唯一。網絡號相同的主機屬于同一個子網，設備間不僅可以實現廣播包收發(fā)，而且可以實現相互間信息的直接發(fā)送。3.1 IP地址3.1.3IP地址的組成和分類IP地址的分類。IP地址空間劃分的標準分類，Internet 管理者劃分了A、B、C、D、E 五類地址。每一類的網絡號和主機號所占位數各不相同，網絡號的位數決定了可以分配的網絡數量，而主機號的位數決定了網絡中可以分配的最大主機數量，從而可以匹配

50、現實世界中對主機容量需求不同的用戶網絡，以充分利用有限的IP 地址資源。3.1 IP地址3.1.4特殊用途的IP地址IP 地址分類除了D 類、E 類及A類網絡地址的網絡號127留作他用外，A、B、C類的主機數量又為什么減2呢？這就涉及特殊用途的IP地址。主機號減2的原因是網絡地址和廣播地址占用。網絡號0和127則分別被特殊的本網絡地址和環(huán)回地址占用。3.1 IP地址3.1.4特殊用途的IP地址網絡地址和廣播地址。每個網絡都要占用兩個IP地址，一個用于標識或區(qū)分不同的網絡，一個用于網絡廣播時標識該網絡內的所有主機。網絡地址：每個網絡使用該網絡地址塊的起始地址作為網絡地址，該地址僅作為網絡的標識，

51、主要用在網絡路由中。直接廣播地址：網絡地址塊的結束地址被用作該網絡的廣播地址，又稱直接廣播地址（Direct Broadcast Address）。受限廣播地址：廣播地址的另一類是受限廣播地址（Limited Broadcast Address），又稱本地廣播地址，是用于在路由器隔離的本地網絡內部進行廣播的一種廣播地址。TCP/IP規(guī)定，32位全為“1”的IP地址55用于本地網絡內的廣播。直接廣播要求發(fā)送方知道目的網絡的網絡號，但有些主機在啟動時，往往并不知道本網絡的網絡號，這時如果想要在本網絡廣播，只能采用受限廣播地址。3.1 IP地址3.1.4特殊用途的IP地址本網絡地址。TCP/IP協議

52、規(guī)定，網絡號各位全部為“0”時表示的是本網絡。本網絡地址分為本網絡本主機地址和本網絡某主機地址兩種。本網絡本主機：多用于主機啟動時沒分配IP地址，此時采用網絡號和主機號都為“0”的本網絡本主機地址 作為源地址。本網絡某主機地址：指在本地網絡的主機間，向網絡號為0、主機號已知的某特定主機發(fā)送報文時用作目的地址。3.1 IP地址3.1.4特殊用途的IP地址環(huán)回地址。A類網絡地址127.被用作環(huán)回地址（Loopback Address），用于網絡軟件測試以及本機進程之間通信的特殊地址。當使用 環(huán)回地址作為目的地址發(fā)送數據時，數據將不會被發(fā)送到網絡上，而是在數據離開網絡層時將其回送給本機的有關進程。3

53、.1 IP地址3.1.4特殊用途的IP地址私網地址。私網地址（Private Address）可用于局域網內部的主機地址，Internet管理者規(guī)定了A、B、C類網絡的一些地址段為私有地址。這些私網地址的主機要上網，必須通過路由器或者網關先轉換為合法的IP地址 - 公網地址（Public Address）。1個A類網絡私有地址段：55；16個B類網絡私有地址段：55；256個C類網絡私有地址段：55。3.1 IP地址3.1.5IP地址的管理和分配IP地址管理機構：全球的IP地址由國際組織NIC（Network Information Center）統(tǒng)一管理，主要負責A、B、C三類公網地址的網絡

54、地址分配。一個組織加入因特網時，從因特網的網絡信息中心NIC獲得網絡前綴，然后負責組織內部的地址分配。這樣，既解決了全局唯一性問題，又分散了管理負擔。全球有3 個網絡信息中心管理機構，分別向對應地區(qū)的申請者提供IP 網絡地址的注冊和分配： InterNIC：負責美國和其他地區(qū)。 ENIC：負責歐洲地區(qū)。 APNIC：負責亞太地區(qū)，中國可通過該中心在國內的代理機構申請。3.1 IP地址3.1.5IP地址的管理和分配IP地址分配：一臺主機或設備可配置幾個IP地址？正常情況下，一臺計算機或者電子終端配置一個IP地址。但實際中，這些主機和通信設備完全可以配置多個IP地址?？梢酝ㄟ^一臺主機上的多個網卡分

55、別配置IP 來實現，也可以通過為一個網卡配置多個IP來實現，所以不要認為互聯網上一個IP地址就代表一臺計算機、主機或設備。當一個路由器連到多個網絡上時，每個網絡都會給路由器分配一個IP地址，設備有多少個網絡連接，就有多少個IP地址，而且這些IP 地址分別屬于不同的網絡。一臺主機也可以連接多個網絡，這種主機叫作多宿主主機（Multi-homed Host）。多宿主主機擁有多個IP地址，每個地址對應于一個物理網絡的連接。3.2 IP子網劃分3.2.1子網掩碼和反掩碼為提高IP地址資源的利用率，IEFT RFC 950中提到的解決方案是對IP地址進行“子網劃分”。這種方案通過借用IP地址主機號的高位

56、部分，稱為“子網號”，作為網絡號的一部分，從而把兩級IP地址（含網絡號、主機號）變?yōu)槿塈P地址（含網絡號、子網號、主機號）。這樣，一個標準IP網絡可進一步分解成多個子網網絡。為獲取網絡地址，這需要子網掩碼來解決，其定義和作用如下： 子網掩碼的定義：一個1和0分別連續(xù)的二進制表示的IP地址，其對應的網絡號所有位都置為1，對應的主機號所有位都置為0。注意連續(xù)的1和0的含義，是指1中間禁止出現0，0中間禁止出現1。也就是說高位部分的連續(xù)的1 結束后，必然跟著一串連續(xù)的0。 子網掩碼的作用：和二進制表示的IP地址按位進行邏輯“與”運算，可區(qū)分出任意IP地址中的“網絡號”，從而過濾出IP地址的網絡地址

57、。3.2 IP子網劃分3.2.1子網掩碼和反掩碼為便于獲得主機地址，引入反掩碼，其定義和作用如下： 反掩碼的定義：子網掩碼取反后得到的一個0和1分別連續(xù)的IP地址，其對應網絡號所有位都置為0，對應的主機號所有位都置為1。這里同樣要注意連續(xù)的1和0的含義，是指高位部分的連續(xù)的0結束后，必然跟著一串連續(xù)的1。 反掩碼的作用：和IP地址按位進行邏輯“與”運算，可區(qū)分出任意IP地址中的“主機號”，從而過濾出IP 地址中的主機地址。3.2 IP子網劃分3.2.2子網劃分子網掩碼和反掩碼除了過濾出IP地址的網絡地址和主機地址外，其更進一步的目的是實現子網劃分。例如：B類IP地址172.168.，由網絡號（

58、16 位）和主機號（16 位）兩部分組成，稱為二級IP地址，該網絡可提供216-2=65534臺主機的IP地址。實際中，同一局域網絡內很少容納這么大數量的主機。為充分利用IP地址資源，可從主機號的高位部分，分出幾位作為子網號，和原網絡號一起形成“新網絡號”，此時IP地址變?yōu)椤熬W絡號+ 子網號+ 主機號”的三級IP地址。子網劃分的過程如下： 新網絡號：取172.168. 的主機號的高8位作為子網號，和原網絡號部分，一起形成“新網絡號”（16 位+8 位）。 新子網掩碼：把網絡號和子網號對應位全置1，主機號對應位全置0，則“新子網掩碼”變?yōu)椤?.2 IP子網劃分3.2.2子網劃分 新網絡地址：根據

59、“網絡地址=IP地址子網掩碼”，IP地址172.168. 和新子網掩碼按位相與后，得到的“新網絡地址”為172.168.0（ 的變化范圍為0255）。這時，單個的B類網絡，由1個大型網絡變?yōu)?56個小型子網。 新反掩碼：把網絡號和子網號對應位全置0，主機號對應位全置1，則“新反掩碼”變?yōu)?5。 新主機地址：根據“主機地址=IP地址反掩碼”，IP地址172.168. 和新反掩碼55按位相與后，得到的“新主機地址”為0.0.0.（ 的變化范圍為0255）。這時，每個小型子網可容納主機的容量是256-2臺。3.2 IP子網劃分3.2.2子網劃分如何配置某局域網子網內的主機靜態(tài)IP參數（含IP地址、子

60、網掩碼、網關地址）？要求配置C 類網絡IP，網絡號的位數是26位。標準類網絡的網絡號是24位，而該子網的網絡號是26位，說明它從主機號高位借位2位作子網號，和原網絡號組成的新網絡號是26位，主機號是6位。配置過程如下： 子網掩碼：要求網絡號的位數是26 位，說明子網掩碼的高26 位置1，低6 位置0，結果是92。 IP地址：采用C類私有地址段，例如IP地址隨機選0。根據“網絡地址=IP地址子網掩碼”，從而得到子網的網絡地址是。 網關地址：網關地址在局域網內的網絡號必須同主機IP 地址的網絡號相同，且主機號大多取值1，所以網關地址可以配置為。3.2 IP子網劃分3.2.3子網表示法子網表示法：子