第1章-網(wǎng)絡(luò)工程基礎(chǔ)解析課件

第1章網(wǎng)絡(luò)工程基礎(chǔ)1.1網(wǎng)絡(luò)工程概述1、工程的定義簡單地講，工程是有一個明確的目標、在指定的組織領(lǐng)導(dǎo)下，按計劃進行的工作。

2、計算機網(wǎng)絡(luò)工程的含義計算機網(wǎng)絡(luò)工程是工程的一個子概念，它是在信息系統(tǒng)工程方法和完善的組織機構(gòu)指導(dǎo)下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，按照計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標準、規(guī)范和技術(shù)，詳細規(guī)劃設(shè)計可行方案，將計算機網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備、軟件和技術(shù)系統(tǒng)性地集成在一起，成為滿足用戶需求、高效性價比的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組建工作。簡單地說，計算機網(wǎng)絡(luò)工程就是組建計算機網(wǎng)絡(luò)的工作，凡與組建計算機網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的事情都可以歸納在計算機網(wǎng)絡(luò)工程中。網(wǎng)絡(luò)工程的內(nèi)容包括四個方面：1、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計。對計劃建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的類型規(guī)模、體系結(jié)構(gòu)、硬件與軟件、管理與安全等方面提出一套完整的技術(shù)方案和實施方案。2、網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)建設(shè)。主要包括計算機設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和布線系統(tǒng)等硬件的集成。3、網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)建設(shè)。主要包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、工作站操作系統(tǒng)通信及協(xié)議軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件和開發(fā)工具軟件等的選擇與安裝。4、網(wǎng)絡(luò)安全管理建設(shè)。主要包括網(wǎng)絡(luò)管理與安全體系以及相應(yīng)軟件系統(tǒng)的組建。網(wǎng)絡(luò)工程的目標，就是工程的建設(shè)方和施工方，要在遵守國家相關(guān)法律、法規(guī)，遵循國家標準和國際標準的前提下，完成網(wǎng)絡(luò)工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工和驗收等工作。3、網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的主要內(nèi)容與目標計算機網(wǎng)絡(luò)工程要有一個機構(gòu)來負責組織、協(xié)調(diào)、實施和管理。由于計算機網(wǎng)絡(luò)工程的實際情況各不相同，因此具體的組織機構(gòu)也不可能完全相同。對所有的網(wǎng)絡(luò)工程進行抽象，歸納出一種通用的組織形式，簡稱為三方結(jié)構(gòu)，分別是工程甲方、工程乙方和工程監(jiān)理方。這三方的基本關(guān)系如下圖所示。

4、網(wǎng)絡(luò)工程的組織機構(gòu)及其職責工程說明工程監(jiān)督工程報告工程咨詢需求分析工程目標甲方乙方監(jiān)理方工程甲方是網(wǎng)絡(luò)工程中的用戶，即網(wǎng)絡(luò)工程的提出者和投資方。例如，某校園網(wǎng)建設(shè)工程中的學校就是工程甲方。甲方的人員組成主要包括行政聯(lián)絡(luò)人和技術(shù)聯(lián)絡(luò)人。行政聯(lián)絡(luò)人是甲方的工程負責人，一般由甲方的行政領(lǐng)導(dǎo)擔任，他負責甲方的組織協(xié)調(diào)工作。技術(shù)聯(lián)絡(luò)人是甲方的工程技術(shù)負責人，工程中有關(guān)技術(shù)問題，乙方和監(jiān)理方可以與甲方技術(shù)聯(lián)絡(luò)人協(xié)調(diào)。甲方的職責：（1）可行性論證（2）編制標書、招投標

（3）工程監(jiān)督工程甲方工程乙方工程乙方是計算機網(wǎng)絡(luò)工程的承建者。例如，校園網(wǎng)由A公司承建，則A公司就是工程乙方。有時候，由于網(wǎng)絡(luò)工程的量比較大，可以由多個公司各承擔網(wǎng)絡(luò)工程的建設(shè)任務(wù)。那么，此時就存在著多個乙方。乙方在承建計算機網(wǎng)絡(luò)工程時多采用項目經(jīng)理制。項目經(jīng)理制的人員結(jié)構(gòu)如圖所示。

項目經(jīng)理設(shè)備工程師布線系統(tǒng)工程師軟件系統(tǒng)工程師布線技術(shù)工人網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計人員（1）編制投標書。（2）簽訂工程合同。（3）進行用戶需求調(diào)查。（4）進行規(guī)劃設(shè)計。（5）制訂實施計劃。（6）產(chǎn)品選型。（7）系統(tǒng)集成。（8）合同規(guī)定的其他工作。乙方的職責

網(wǎng)絡(luò)工程監(jiān)理，是指為了幫助用戶建設(shè)一個性能價格比最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)過程中，給用戶提供前期咨詢、網(wǎng)絡(luò)方案論證、確定系統(tǒng)集成商、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量控制等服務(wù)。提供工程監(jiān)理服務(wù)的機構(gòu)就是監(jiān)理方，工程監(jiān)理方的人員組織包括總監(jiān)理工程師、監(jiān)理工程師、監(jiān)理人員等。工程監(jiān)理方的職責：（1）幫助用戶做好需求分析。（2）幫助用戶選擇好的系統(tǒng)集成商。（3）幫助用戶控制工程進度。（4）幫助用戶控制工程質(zhì)量。（5）幫助用戶作好各項測試工作。工程監(jiān)理方5、網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的過程下圖給出了工程建設(shè)的大致過程，圖中的實線表示組織方必須參與其過程，虛線表示組織方可以參與也可不參與其過程。1.2計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

ISO/RM七層參考模型

TCP/IP的4層模型

TCP/IP的4層模型

TCP/IP分層協(xié)議OSI分層應(yīng)用層FTPSMTPTelnetDNSSNMP7傳輸層TCPUDP4網(wǎng)絡(luò)層IP，ICMP，(RIP，OSPF)3ARP,RARP鏈路層EthernetTokenBusTokenRingFDDIWLAN1，2

產(chǎn)生背景：開放式系統(tǒng)互連參考模型是由ISO制定的一個參考模型，提供了一個參考建議；TCP/IP是產(chǎn)生于早期ARPA網(wǎng)的一組協(xié)議，但由于各廠家主動遵守而變成了一個事實上的工業(yè)標準。共同點：解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連問題；采用了分層結(jié)構(gòu)的思想；各層次的劃分和所應(yīng)用的協(xié)議功能大體相同。不同點：①OSI參考模型體協(xié)結(jié)構(gòu)清晰，TCP/IP把功能描述與實現(xiàn)細節(jié)混雜起來。如想分析更普遍的網(wǎng)絡(luò)通信問題，OSI模型能起到更好的效果。②OSI詳細的定義和劃分了各個層次的功能，特別是區(qū)分了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；TCP/IP卻只用一個網(wǎng)絡(luò)接口層來代替。③OSI提供了面向連接和面向無連接的服務(wù)，提供了較高的可靠性；TCP/IP降低了可靠性。④OSI造成了協(xié)議復(fù)雜、效率低下和現(xiàn)實困難；TCP/IP設(shè)計目的單一協(xié)議簡單而有效，可操作性強。OSI和TCP/IP模型的比較1.3IP地址

1．IP地址的組成IP地址是與物理地址相對應(yīng)的一種邏輯地址，由兩個部分組成：網(wǎng)絡(luò)標識（netid）和主機標識（hostid）。網(wǎng)絡(luò)標識用于區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)，主機標識用于在一個網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分主機。2．IP地址的表示IP地址有兩種表示法：二進制和十進制。二進制的IP地址有32位，由4個8位的二進制數(shù)組成，每8位之間用圓點隔開。由于二進制數(shù)不利于記憶，通常轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)表示，其取值范圍為0～255。二進制10100110011011110000010001010000十進制

0IP地址被分成了A、B、C、D、E五類。各類IP地址結(jié)構(gòu)3．IP地址的分類3．IP地址的分類類別地址范圍網(wǎng)絡(luò)數(shù)每個網(wǎng)絡(luò)的主機數(shù)適用的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模A～5512816777216大型網(wǎng)絡(luò)B～551638465536中型網(wǎng)絡(luò)C～552097152256小型網(wǎng)絡(luò)目前，一般具體的網(wǎng)絡(luò)只分配到A類、B類、C類地址中的一種。IP地址中的D類作為多目地址（multicastaddress）是比廣播地址稍弱的多點傳送地址，用于支持多點傳輸技術(shù)。E類地址保留作為將來使用。IP地址的類別與規(guī)模4．TCP/IP對IP地址的一些規(guī)定網(wǎng)絡(luò)號主機號源地址目的地址代表的意義00可以不可以在本網(wǎng)絡(luò)上的本主機0主機號可以不可以在本網(wǎng)絡(luò)上的某個主機全1全1不可以可以只在本網(wǎng)絡(luò)上進行廣播(有限廣播地址)網(wǎng)絡(luò)號全1不可以可以對在網(wǎng)絡(luò)號的網(wǎng)絡(luò)上所有主機進行廣播(廣播地址)127任何數(shù)可以可以用作本地軟件環(huán)回測試用（回送地址）

由以上規(guī)定可以看出，主機號全“0”全“1”的地址在TCP/IP協(xié)議中有特殊含義，一般不能用作一臺主機的IP地址。另外：地址段～55，也是屬于保留使用的，用于本機環(huán)路測試類IP地址。

有一些IP地址保留用于一般用途，它們的使用無需得到ICANN批準。盡管這些地址可以被任何組織任意使用，但他們不允許用于Internet通信。因這些地址不會分配給某個組織，所以只能在局域網(wǎng)內(nèi)部使用，稱為私有IP地址或保留IP地址。保留地址范圍見下表。起始地址結(jié)束地址5555555．保留地址1.子網(wǎng)由于Internet規(guī)模的急劇增長，促使對IP地址的需求激增。由此帶來的問題是：第一，巨大的網(wǎng)絡(luò)地址管理開銷，使IP地址資源嚴重不足；第二，網(wǎng)關(guān)尋徑要求急劇膨脹，“路由表”規(guī)模急速增長。其中第二點尤為突出，路由表的膨脹不僅會降低網(wǎng)關(guān)尋找路徑的效率（甚至可能使路由表溢出，從而造成尋徑故障），更重要的是將增加內(nèi)外部路徑刷新時的開銷，從而加重網(wǎng)絡(luò)負擔。因此，迫切需要尋求新的技術(shù)，以應(yīng)付網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增長帶來的問題。對這個問題的一種解決辦法是劃分子網(wǎng)，即把一個網(wǎng)絡(luò)再分為更小的一些網(wǎng)絡(luò)，稱為子網(wǎng)。子網(wǎng)是一個邏輯概念，子網(wǎng)中的各主機的網(wǎng)絡(luò)地址部分是相同的。

子網(wǎng)掩碼增加子網(wǎng)在IP編址系統(tǒng)中就是：從主機號部分拿出幾位作為子網(wǎng)號。這種在原來IP地址結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一級地址結(jié)構(gòu)的方法稱為子網(wǎng)編址（subnetaddressing）技術(shù)或子網(wǎng)劃分。如下圖所示。劃分子網(wǎng)有如下好處：①

混合使用多種技術(shù)，如以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)；②

克服已有技術(shù)的缺陷，如超過每網(wǎng)段中最大主機數(shù)目；③

通過對交通重定向和減少廣播來減少網(wǎng)絡(luò)阻塞；④

便于網(wǎng)絡(luò)的管理，劃分子網(wǎng)以后，每個子網(wǎng)看起來像一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。2.子網(wǎng)編址┃網(wǎng)絡(luò)號部分┃主機號部分┃┃網(wǎng)絡(luò)號部分┃子網(wǎng)號┃主機號┃一個網(wǎng)絡(luò)被劃分成子網(wǎng)后就存在一個子網(wǎng)的識別的問題，使用子網(wǎng)掩碼(subnetmask)可以找出IP地址中的子網(wǎng)部分。IP協(xié)議標準規(guī)定：每一個使用子網(wǎng)的節(jié)點都選擇一個32位的位模式，若位模式中的某位置為1，則對應(yīng)IP地址中的某位就為網(wǎng)絡(luò)地址（包括網(wǎng)絡(luò)部分和子網(wǎng)號）中的一位；若位模式中的某位置0，則對應(yīng)IP地址中的某位就為主機地址中的一位。

例如，位模式11111111111111111111111100000000中，前三個字節(jié)全1，代表對應(yīng)IP地址中最高的三個字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)地址；后一個字節(jié)全0，代表對應(yīng)IP地址中最后的一個字節(jié)為主機地址。這種位模式叫做子網(wǎng)模（subnetmask）或子網(wǎng)掩碼。3.子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼常常使用“點分整數(shù)表示法”來表示一個IP地址和子網(wǎng)掩碼例如C類地址子網(wǎng)掩碼（11111111.11111111.11111111.00000000）為：。子網(wǎng)掩碼可以獲取主機IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址信息，用于區(qū)分通信的兩臺主機是否在同一子網(wǎng)，由此選擇不同的路徑。路由器就是利用此技術(shù)得到網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)地址信息的。若一個網(wǎng)絡(luò)不設(shè)置子網(wǎng)，則按子網(wǎng)掩碼制定規(guī)則得到的掩碼稱為缺省子網(wǎng)掩碼。各類地址的缺省子網(wǎng)掩碼表示：A類地址；B類地址；C類地址。3.子網(wǎng)掩碼4．子網(wǎng)掩碼舉例

一個B類網(wǎng)絡(luò)，若在主機標識中取出5位作為子網(wǎng)地址位，則該子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼為。如圖所示子網(wǎng)掩碼與IP地址結(jié)合使用，可以區(qū)分出一個網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機號。例如：有一個C類地址為：5，其缺省的子網(wǎng)掩碼為：。則它的網(wǎng)絡(luò)號和主機號可按如下步驟得到：（1）將IP地址5轉(zhuǎn)換為二進制，11000000000010011100100000001111；（2）將子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換為二進制，11111111111111111111111100000000；（3）將兩個二進制數(shù)邏輯與（AND）運算后得出的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)部分；11000000000010011100100000001111AND1111111111111111111111110000000011000000000010011100100000000000結(jié)果為，即網(wǎng)絡(luò)號為。5．子網(wǎng)掩碼與IP地址例子（4）將子網(wǎng)掩碼取反再與IP地址邏輯與（AND）后得到的結(jié)果即為主機部分。11000000000010011100100000001111AND0000000000000000000000001111111100000000000000000000000000001111結(jié)果為5，即主機號為15。利用子網(wǎng)掩碼可以判斷兩臺主機是否在同一子網(wǎng)中。若兩臺主機的IP地址分別與他們的子網(wǎng)掩碼相“與”后的結(jié)果相同，則說明這兩臺主機在同一子網(wǎng)中。

5．子網(wǎng)掩碼與IP地址例子例:C類地址中24位網(wǎng)絡(luò)標識，8位主機標識。將主機標識中的前3位分離出來作為子網(wǎng)地址標識。則這個C類地址可以被分成23=8個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可以擁有25-2=30臺主機(全0和全1分別為子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址)。子網(wǎng)掩碼都是24（即11111111.11111111.11111111.11100000）。注意：有的教材認為子網(wǎng)號全為0或1的情況是無效的，這要看路由器所使用的路由選擇軟件是否支持子網(wǎng)號全為0或1的用法。如果不支持的話，那么上例中要劃分4個子網(wǎng)的話，就要向主機號借3位作為劃分子網(wǎng)用。

6．子網(wǎng)的劃分例子無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。它消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。

CIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號。無分類的兩級編址的記法是：IP地址={<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機號>}。CIDR還使用“斜線記法”，它又稱為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特數(shù)（這個數(shù)值對應(yīng)于三級編址中子網(wǎng)掩碼中比特1的個數(shù)）。CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR地址塊”。/20表示的地址塊共有212個地址（因為斜線后面的20是網(wǎng)絡(luò)前綴的比特數(shù)，所以主機號的比特數(shù)是12）。/20地址塊的最小地址是，最大地址是55。全0和全1的主機號地址一般不使用。7.無分類編址方法CIDR網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是指從一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如計算機）連接到另外一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳遞信息的介質(zhì)，是網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)件。網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可分為有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)。有線傳輸介質(zhì)分為雙絞線、同軸電纜和光纖等，無線傳輸介質(zhì)分為紅外線、無線電波和通信衛(wèi)星等。

1.雙絞線(TwistedPair)

雙絞線是由兩根相互絕緣的銅導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞在一起，并被封裝在一個絕緣外套中而形成的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，是目前建立局域網(wǎng)最常用到的一種布線材料。線被雙絞在一起的目的是：如果外界電磁信號在兩條導(dǎo)線上產(chǎn)生的干擾大小相等而相位相反，那么這個干擾信號就會相互抵消。雙絞線分為屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，簡稱STP）和非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，簡稱UTP）兩種。所謂的屏蔽就是指網(wǎng)線內(nèi)部信號線的外面包裹著一層金屬網(wǎng)，在屏蔽層外面才是絕緣外皮，屏蔽層可以有效地隔離外界電磁信號的干擾。1.4網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)同軸電纜（CoaxialCable）是指有兩個同心導(dǎo)體，而導(dǎo)體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。它是計算機網(wǎng)絡(luò)中使用廣泛的另外一種線材，它在主線外包裹絕緣材料，在絕緣材料外面又有一層網(wǎng)狀編織的屏蔽金屬網(wǎng)線，能很好地阻隔外界的電磁干擾，提高通訊質(zhì)量。同軸電纜一般分為細纜（RG-58）和粗纜（RG-11）兩種。細纜和粗纜其直徑并沒有嚴格的規(guī)定，不同的廠家生產(chǎn)的線纜其粗細各有區(qū)別。

同軸電纜的優(yōu)點是可以在相對長的無中繼器的線路上支持高帶寬通信。缺點：一是體積大，細纜的直徑有3/8英寸粗，要占用電纜管道的大量空間；二是不能承受纏結(jié)、壓力和嚴重的彎曲，這些都會損壞電纜結(jié)構(gòu)，阻止信號的傳輸；三是成本高。而這些缺點正是雙絞線能克服的，因此在現(xiàn)在的局域網(wǎng)環(huán)境中，基本已被基于雙絞線所取代。

2.同軸電纜光纖（FiberOpticCable）也稱光導(dǎo)纖維，以光脈沖的形式來傳輸信號，材質(zhì)也以玻璃或有機玻璃為主。它由纖維芯、包層和保護套組成。光纖的結(jié)構(gòu)和同軸電纜很類似，但沒有網(wǎng)狀屏蔽層，中心為一根由玻璃或透明塑料制成的光導(dǎo)纖維，周圍包裹著保護材料。根據(jù)光信號發(fā)生方式的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖：由激光作光源，細芯；端難接；色散小，效率高；價格昂貴；適于長距離與高速場合。傳輸距離長，2公里以上。多模光纖：由二極管發(fā)光，粗芯；端接容易；色散大，效率低；價格較便宜；用于短距離與低速場合，2公里以內(nèi)。光纖最大的特點就是傳導(dǎo)的是光信號，不受外界電磁信號的干擾，信號的衰減速度很慢，信號的傳輸距離遠，并且特別適用于電磁環(huán)境惡劣的地方。但是光纖網(wǎng)絡(luò)由于需要把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C的電信號，因此在接頭上更加復(fù)雜，除了具有連接光導(dǎo)纖維的多種類型接頭外，還需要專用的光纖轉(zhuǎn)發(fā)器等設(shè)備，以便把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C電信號，并且把光信號繼續(xù)向其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送。3.光纖無線傳輸介質(zhì)是利用可以穿越外太空的大氣無線電波來傳輸信號的。可以分為紅外線、無線電波和通信衛(wèi)星等。紅外線系統(tǒng)：紅外線局域網(wǎng)采用小于1微米波長的紅外線作為傳輸媒體，有較強的方向性，它采用低于可見光的部分頻譜作為傳輸介質(zhì)，使用不受無線電管理部門的限制。在實際應(yīng)用中，紅外線具有很高的背景噪聲，受日光、環(huán)境照明等影響較大，要求的發(fā)射功率較高。紅外線對非透明物體的透過性極差，這導(dǎo)致傳輸距離受限。無線電波：采用無線電波作為無線局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)是目前應(yīng)用最多的，這主要是因為無線電波的覆蓋范圍較廣，應(yīng)用較廣泛。使用擴頻方式通信時，特別是直接序列擴頻調(diào)制方法因發(fā)射功率低于自然的背景噪聲，具有很強的抗干擾抗噪聲能力、抗衰落能力。這一方面使通信非常安全，基本避免了通信信號的偷聽和竊取，具有很高的可用性。通信衛(wèi)星：衛(wèi)星通信指