課時1:計算機網絡簡介1.1什么是計算機網絡 計算機網絡，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部 設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統，網絡管理軟件及網絡通信協議 的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。簡單地說，計算機網絡就是通過電纜、電話線或無線通訊將兩臺以上的計算機互連起來的集合。計算機網絡通俗地講就是由多臺計算機（或其它計算機網絡設備）通過傳輸介質和軟件物理（或邏輯）連接在一起組成的。總的來說計算機網絡的組成基本上包括：計算機、網絡操作系統、傳輸介質（可以是有形的，也可以是無形的）以及相應的應用軟件四部分。1.2計算機網絡的拓撲結構當我們組建計算機我網絡時，要考慮網絡的布線方式，這也就涉及到了網絡拓撲結構的內容。網絡拓撲結構指網路中計算機線纜，以及其他組件的物理布局。局域網常用的拓樸結構有：總線型結構、環型結構、星型結構、樹型結構。拓撲結構影響著整個網絡的設計、功能、可靠性和通信費用等許多方面，是決定局域網性能優劣的重要因素之一。1、總線型拓撲結構總線型拓撲結構是指：網絡上的所有計算機都通過一條電纜相互連接起來總線上的通信：在總線上，任何一臺計算機在發送信息時，其他計算機必須等待。而且計算機發送的信息會沿著總線向兩端擴散，從而使網絡中所有計算機都會收到這個信息，但是否接收，還取決于信息的目標地址是否與網絡主機地址相一致，若一致，則接受；若不一致，則不接收。信號反射和終結器：在總線型網絡中，信號會沿著網線發送到整個網絡。當信號到達線纜的端點時，將產生反射信號，這種發射信號會與后續信號發送沖突，從而使通信中斷。為了防止通信中斷，必須在線纜的兩端安裝終結器，以吸收端點信號，防止信號反彈。特點：其中不需要插入任何其他的連接設備。網絡中任何一臺計算機發送的信號都沿一條共同的總線傳播，而且能被其他所有計算機接收。有時又稱這種網絡結構為點對點拓樸結構。優點：連接簡單、易于安裝、成本費用低缺點： 傳送數據的速度緩慢：共享一條電纜，只能有其中一臺計算機發送信息，其他接收。 維護困難：因為網絡一旦出現斷點，整個網絡將癱瘓，而且故障點很難查找。2、星型拓撲結構：每個節點都由一個單獨的通信線路連接到中心節點上。中心節點控制全網的通信，任何兩臺計算機之間的通信都要通過中心節點來轉接。因些中心節點是網絡的瓶頸，這種拓樸結構又稱為集中控制式網絡結構，這種拓撲結構是目前使用最普遍的拓撲結構，處于中心的網絡設備跨越式集線器（Hub）也可以是交換機。優點：結構簡單、便于維護和管理，因為當中某臺計算機或頭條線纜出現問題時，不會影響其他計算機的正常通信，維護比較容易。缺點：通信線路專用，電纜成本高；中心結點是全網絡的可靠瓶頸，中心結點出現故障會導致網絡的癱瘓。3、環型拓撲結構：環型拓撲結構是以一個共享的環型信道連接所有設備，稱為令牌環。在環型拓撲中，信號會沿著環型信道按一個方向傳播，并通過每臺計算機。而且，每臺計算機會對信號進行放大后，傳給下一臺計算機。同時，在網絡中有一種特殊的信號稱為令牌。令牌按順時針方向傳輸。當某臺計算機要發送信息時，必須先捕獲令牌，再發送信息。發送信息后在釋放令牌。環型結構有兩種類型，即單環結構和雙環結構。令牌環（Token Ring）是單環結構的典型代表，光纖分布式數據接口（FDDI）是雙環結構的典型代表。環型結構的顯著特點是每個節點用戶都與兩個相鄰節點用戶相連。優點：電纜長度短：環型拓撲網絡所需的電纜長度和總線拓撲網絡相似，但比星型拓撲結構要短得多。增加或減少工作站時，僅需簡單地連接。可使用光纖；它的傳輸速度很高，十分適用一環型拓撲的單向傳輸。傳輸信息的時間是固定的，從而便于實時控制。缺點：節點過多時,影響傳輸效率。環某處斷開會導致整個系統的失效，節點的加入和撤出過程復雜。檢測故障困難：因為不是集中控制，故障檢測需在網個各個節點進行，故障的檢測就不很容易。4、樹型拓撲結構樹型結構是星型結構的擴展，它由根結點和分支結點所構成，如圖所示。 優點：結構比較簡單，成本低。擴充節點方便靈活。缺點：對根結點的依賴性大，一旦根結點出現故障，將導致全網不能工作；電纜成本高。5、網狀結構與混合型結構網狀結構是指將各網絡結點與通信線路連接成不規則的形狀，每個結點至少與其他兩個結點相連，或者說每個結點至少有兩條鏈路與其他結點相連，如圖（a）所示。大型互聯網一般都采用這種結構，如我國的教育科研網CERNET（b）、Internet的主干網都采用網狀結構。 （a）網狀拓撲結構（b）CERNET主干網拓撲結構優點：可靠性高；因為有多條路徑，所以可以選擇最佳路徑，減少時延，改善流量分配，提高網絡性能，但路徑選擇比較復雜。缺點：結構復雜，不易管理和維護；線路成本高；適用于大型廣域網。混合型結構是由以上幾種拓撲結構混合而成的，如環星型結構，它是令牌環網和FDDI網常用的結構。再如總線型和星型的混合結構等。1.3計算機網絡的分類 由于計算機網絡自身的特點，其分類方法有多種。根據不同的分類原則，可以得到不同類型的計算機網絡。 131按覆蓋范圍分類 按網絡所覆蓋的地理范圍的不同，計算機網絡可分為局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）。1、局域網（Local Area Network，LAN）局域網是將較小地理區域內的計算機或數據終端設備連接在一起的通信網絡。局域網覆蓋的地理范圍比較小，一般在幾十米到幾千米之間。它常用于組建一個辦公室、一棟樓、一個樓群、一個校園或一個企業的計算機網絡。局域網主要用于實現短距離的資源共享。如圖所示的是一個由幾臺計算機和打印機組成的典型局域網。局域網的特點是分布距離近、傳輸速率高、數據傳輸可靠等。2、 城域網（Wide Area Network，WAN） 城域網是一種大型的LAN，它的覆蓋范圍介于局域網和廣域網之間，一般為幾千米至幾萬米，城域網的覆蓋范圍在一個城市內，它將位于一個城市之內不同地點的多個計算機局域網連接起來實現資源共享。城域網所使用的通信設備和網絡設備的功能要求比局域網高，以便有效地覆蓋整個城市的地理范圍。一般在一個大型城市中，城域網可以將多個學校、企事業單位、公司和醫院的局域網連接起來共享資源。如圖所示的是不同建筑物內的局域網組成的城域網。 3、廣域網（Wide Area Network，WAN）廣域網是在一個廣闊的地理區域內進行數據、語音、圖像信息傳輸的計算機網絡。由于遠距離數據傳輸的帶寬有限，因此廣域網的數據傳輸速率比局域網要慢得多。廣域網可以覆蓋一個城市、一個國家甚至于全球。因特網（Internet）是廣域網的一種，但它不是一種具體獨立性的網絡，它將同類或不同類的物理網絡（局域網、廣域網與城域網）互聯，并通過高層協議實現不同類網絡間的通信。如圖所示的是一個簡單的廣域網。 按照網絡中計算機所處的地位的不同，可以將計算機網絡分為對等網和基于客服機、服務器模式的網絡。對等網：在對等網中，所有的計算機的地位是平等的，沒有專用的服務器。每臺計算機即作為服務器，又作為客戶機；即為別人提供服務，也從別人那里獲得服務。由于對等網沒有專用的服務器，所以在管理對等網時，只能分別管理，不能統一管理，管理起來很不方便。對等網一般應用于計算機較少、安全不高的小型局域網。基于客戶機/服務器模式的網絡：在這種網絡中，兩種角色的計算機，一種是服務器，一種是客服機。服務器：服務器一方面負責保存網絡的配置信息，另一方面也負責為客戶機提供各種各樣的服務。因為整個網絡的關鍵配置都保存在服務器中，所以管理員在管理網絡時只需要修改服務器的配置，就可以實現對整個網絡的管理了。同時，客戶機需要獲得某種服務時，會向服務器發送請求，服務器接到請求后，會向客戶機提供相應服務。服務器的種類很多，有郵件服務器、Web服務器、目錄服務器等，不同的服務器可以為客戶提供不同的服務。我們在構建網絡時，一般選擇配置較好的計算機，在其上安裝相關服務，它就成了服務器。客戶機：主要用于向服務器發送請求，獲得相關服務。如客戶機向打印服務器請求打印服務，向Web服務器請求Web頁面等。132 按傳播方式分類如果按照傳播方式不同，可將計算機網絡分為“廣播網絡”和“點-點網絡”兩大類。1、廣播式網絡廣播式網絡是指網絡中的計算機或者設備使用一個共享的通信介質進行數據傳播，網絡中的所有結點都能收到任一結點發出的數據信息。目前，在廣播式網絡中的傳輸方式有3種：單播：采用一對一的發送形式將數據發送給網絡所有目的節點。組播：采用一對一組的發送形式,將數據發送給網絡中的某一組主機。 廣播：采用一對所有的發送形式，將數據發送給網絡中所有目的節點。2、點-點網絡（Point-to-point Network）點-點式網絡是兩個結點之間的通信方式是點對點的。如果兩臺計算機之間沒有直接連接的線路，那么它們之間的分組傳輸就要通過中間結點的接收、存儲、轉發，直至目的結點。點-點傳播方式主要應用于WAN中，通常采用的拓撲結構有：星型、環型、樹型、網狀型。133 按傳輸介質分類 1、有線網（Wired Network） 雙絞線：其特點是比較經濟、安裝方便、傳輸率和抗干擾能力一般，廣泛應用于局域網中。 同軸電纜：俗稱細纜，現在逐漸淘汰。 光纖電纜：特點是光纖傳輸距離長、傳輸效率高、抗干擾性強，是高安全性網絡的理想選擇。 2、 無線網（Wireless Network） 無線電話網：是一種很有發展前途的連網方式。 語音廣播網：價格低廉、使用方便，但安全性差。 無線電視網：普及率高，但無法在一個頻道上和用戶進行實時交互。 微波通信網：通信保密性和安全性較好。 衛星通信網：能進行遠距離通信，但價格昂貴。 課時2：網絡通信協議 （TCPIP協議）TCPIP協議（傳輸控制協議/網際協議）是目前使用最廣泛的協議，也是Internet上使用的協議。由于TCPIP具有跨平臺、可路由的特點，可以實現導構網絡的互聯，同時也可以跨網段通信。這使得許多網絡操作系統將TCPIP作為內置網絡協議。我們組建局域網時，一般主要使用TCPIP協議。當然，TCPIP協議相對于其他協議來說，配置起來也比較復雜，因為每個節點至少需要一個IP地址、一個子網掩碼、一個默認網關、一個計算機名等。21 IP地址1、為什么要配置IP地址在網絡中，為了實現不同計算機之間的通信，每臺計算機都必須有一個唯一的地址。就像日常生活中的家庭住址一樣，我們可以通過一個人的家庭住址找到他的家。當然，在網絡中要找到一臺計算機，進而和它通信，也需要借助一個地址，這個地址就是IP地址，IP地址是唯一標識一臺主機的地址。2、什么是IP地址IP地址是一個32位二進制數，用于標識網絡中的一臺計算機。IP地址通常以兩種方式表示：二進制數和十進制數。二進制數表示：在計算機內部，IP地址用32位二進制數表示，每8位為一段，共4段。如10000011.01101011.00010000.11001000。十進制數：為了方便使用，通常將每段轉換為十進制數。如10000011.01101011.00010000.11001000轉換后的格式為：00。這種格式是我們在計算機中所配置的IP地址的格式。3、IP地址的組成IP地址由兩部分組成：網絡ID和主機ID。網絡ID：用來標識計算機所在的網絡，也可以說是網絡的編號。主機ID：用來標識網絡內的不同計算機，即計算機的編號。IP地址規定： 網絡號不能以127開頭，第一字節不能全為 0 ，也不能全為l。 主機號不能全為0，也不能全為l。4、IP地址的分類由于IP地址是有限資源，為了更好的管理和使用IP地址，INTERNIC根據網絡規模的大小將IP地址分為5類（ABCDE）如圖：A類地址：第一組數（前8位）表示網絡號，且最高位為0，這樣只有7位可以表示網絡號，能夠表示的網絡號有127-2=125（去掉全“0”和全“1”的兩個地址）個，范圍是：。后三組數（24位）表示主機號，能夠表示的主機號的個數是224-2=16777214個，即A類的網絡中可容納16777214臺主機。A類地址只分配給超大型網絡。B類地址：前兩組數（前16位）表示網絡號，后兩組數（16位）表示主機號。且最高位為10，能夠表示的網絡號為214=16384個，范圍是：。B類網絡可以容納的主機數為216-2=65534臺主機。B類IP地址通常用于中等規模的網絡。C類地址：前三組表示網絡號，最后一組數表示主機號，且最高位為110，最大網絡數為221=2097152，范圍是：，可以容納的主機數為28-2=254臺主機。C類IP地址通常用于小型的網絡。D類地址：最高位為1110，是多播地址。E類地址：最高位為11110，保留在今后使用。注意：在網絡中只能為計算機配置A、B、C三類IP地址，而不能配置D類、E類兩類地址。5、幾個特殊IP地址主機號全0：表示網絡號，不能分配給主機。如：為網絡地址。主機號全1：表示向指定子網發廣播。如：55表示向網絡號發廣播。55：本子網內廣播地址。127.X.Y.Z：測試地址，不能配置給計算機。6、IP地址的分配如果需要將計算機直接連入Internet，則必須向有關部門申請IP地址，而不能隨便配置IP地址。這種申請的IP地址稱為“公有IP”。在互聯網中的所有計算機都要配置公有IP。如果要組建一個封閉的局域網，則可以任意配置A、B、C三類IP地址。只要保證IP地址不重復就行了。這時的IP稱為“私有IP”。但是，考慮到這樣的網絡仍然有連接Internet的需要，因此，INTERNIC特別指定了某些范圍作為專用的私有IP，用于局域網的IP地址的分配，以免與合法的IP地址沖突。建議我們自己組建局域網時，使用這些專用的私有IP，也稱保留地址。INTERNIC保留的IP范圍為：A類地址：54B類地址：54C類地址：5422 子網掩碼我們在配置ICP/IP參數時，除了要配置IP地址之外，還要配置子網掩碼。子網掩碼也是32位的二進制數，具體的配置方式是：將IP地址網絡位對應的子網掩碼設為“1”，主機位對應的子網掩碼設為“0”，如：對于IP地址是00的主機，由于是B類地址，前兩組數為網絡號，后兩組數為主機號。則子網掩碼配置為：11111111.11111111.00000000.00000000，轉換為十進制數為：。由此，各類地址的默認子網掩碼為：A類：11111111.00000000.0000000.00000000即B類：11111111.11111111.00000000.00000000即C類：11111111.11111111.11111111.00000000即之所以要配置子網掩碼，是因為在Internet中，每臺主機的IP地址都是由網絡地址和主機地址兩部分組成，為了使計算機能自動的從IP地址中分離出相應的網絡地址，需專門定義一個網絡掩碼，也稱子網屏蔽碼，這樣就可以快速地確定IP地址的哪部分代表網絡號，哪部分代表主機號，判斷兩個IP地址是否屬于同一個網絡。23默認網關在Internet中網關是一種連接內部網與Internet上其他網的中間設備，網關地址可以理解為內部網與Internet信息傳輸的通道地址。24域名地址（DNS）它是由解析器和域名服務器組成的。域名服務器是指保存有該網絡中所有主機的域名和對應IP地址，并具有將域名轉換為IP地址功能的服務器。其中域名必須對應一個IP地址，而IP地址不一定有域名。域名解析：將域名映射為IP地址。25 關于IPv6我們現在使用的IP地址規范為IPv4。IPv4(IP Version4)標準是20世紀70年代末期制定完成的。20世紀90年代初期，WWW的應用導致互聯網爆炸性發展，這導致IP地址資源日趨枯竭的問題，現在的IP地址很快就要被用完了。為了解決IP地址資源日趨枯竭的問題。互聯網工程任務組于1992年成立了IPNGB工作組著手研究下一代IP網絡協議IPv6。IPv6使用長達128bit的地址空間，使互聯網中的IP地址達到2128個這樣，IPv6地址空間是不可能用完的。除此之外，IPv6具備更強的安全性、更容易配置。 課時3：計算機網絡劃分(課題探究)3.1子網掩碼的含義和根據子網掩碼劃分子網一個IP地址必然屬于某一個網絡，或者叫子網。子網掩碼就是用來指定某個IP地址的網絡地址的，換一句話說，就是用來劃分子網的。例如，一個A類網絡可以容納16777214臺主機。但是在實際運用中，不可能把一個A類網絡只用于一個子網，因為那樣管理起來很不方便，也會出現廣播風暴等種種問題，所以需要根據實際需求把它劃分為若干個較小的子網。一個B類網絡可以容納65534臺主機，往往也是需要劃分子網的。即便一個小型企業內部，為了部門之間的職能的需要，配置那些電腦可以互相訪問，哪些不能互相訪問，就需要通過劃分子網的方法來實現。子網劃分的問題看起來很復雜，其實也不是很復雜。只要把IP地址的位數、網絡位數、主機位數、子網掩碼的位數這幾個概念搞清楚，就覺得很簡單了。IP地址位數=網絡位數+主機位數=32位。子網掩碼的位數就是網絡的位數。A類網絡的網絡位數是8位，子網掩碼就是11111111.00000000.00000000.00000000，換算成二進制表示為。B類網絡的網絡位數是16位，子網掩碼就是11111111.11111111.00000000.00000000，換算成十進制表示為。C類網絡的網絡位數是24位，子網掩碼就是11111111.11111111.11111111.00000000，換算成十進制表示為。A類網絡加長子網掩碼到16位就把一個A類網絡劃分為256個B類網絡同樣大小的網絡，再加長到24位就又把每個B類大小的子網劃分為256個C類網絡大小的子網。就是這個道理。一個大的網絡，通過把子網掩碼加長，使網絡位多了，也就是網絡數目多了，子網就多了，當然你也可以不劃分為256個子網，而劃分為128個，64個，32個，16個，8個，4個，2個。一個B類網絡的默認子網掩碼為，你如果想把它劃分為2個子網，網絡位數就成立17位，也就是說子網掩碼就變成了；想劃分為16個子網，因為16是2的4次方，所以網絡位數加4變成了20位，也就是說子網掩碼加長，成了20位，就是。依此類推。一個C類網絡的默認子網掩碼為24位的，那么主機位=32-24=8位，2的8次方等于256，所以一個C類網絡的IP地址數量（包括網絡地址和廣播地址）為256個。但是你仍然可以通過加長子網掩碼的手段，把一個C類子網劃分為更多的子網。劃分的子網數必定是2的n次方個，每個子網的IP數量必定是2的（8-n）次方個。子網掩碼加長1位，劃分2個子網；加長2位，劃分4個子網，加長6位，劃分2的6次方個，也就是64個子網。子網掩碼的1的個數表示網絡位的個數，簡單地來說，網絡位是不屬于你控制的，是上級主管給你的，給你多少就是多少。但是主機位是你可以控制的，你可以把它縮短，把縮短出來的位數加到網絡位中，這樣網絡位就長了，子網數就多了，相應地每個子網的IP數量就少了。記住下面的公式，遇到再復雜的子網劃分問題也難不倒你了。IP地址位數=32網絡位+主機位=32子網掩碼加長n位，則在當前子網基礎上劃分為2的n次方個子網。每個子網的IP地址數量=2(32-劃分前子網掩碼位數-n)3.2如何根據子網劃分的目標計算子網掩碼簡單來說，子網掩碼就是網絡地址的位數。一個IP地址一共有32位，其中靠前的某些位表示網絡地址，后面的某些位表示主機位。網絡位數+主機位數=IP地址位數=32知道了這個道理，計算子網掩碼的方法就是：已知子網內IP數的多少，求出主機位的位數，用32減去主機位數就等于網絡位數，也就是子網掩碼。舉最簡單的例子。一個C類網絡，包括256個主機位置，256是2的8次方，所以主機位是8，那么網絡位就是32-8=24，也就是說子網掩碼是24位，用二進制表示就是11111111.11111111.11111111.00000000，換算成十進制就是。再比如一個C類網絡劃分的子網，每個網絡主機IP數是32,而32是2的5次方，所以主機位是5，那么網絡位就是32-5=27，也就是說子網掩碼是27位，用二進制表示就是11111111.11111111.11111111.11100000，換算成十進制就是24。再比如一個B類網絡劃分的子網，每個網絡主機IP數是1024,而1024是2的10次方，所以主機位是10，那么網絡位就是32-10=22，也就是說子網掩碼是22位，用二進制表示就是11111111.11111111.11111100.00000000，換算成十進制就是。 子網劃分是通過改變子網掩碼的位數來實現的。比如一個C類IP地址，默認子網掩碼是24位的，二進制表示是11111111.11111111.11111111.0000000，換算成10進制的就是。如果是這樣的子網掩碼，后面的8位都可以用來做為主機的位置，2的8次方等于256，一共有256個IP位置，因為有2個不能用，所以可用的主機位置為254個。但是你要把這樣一個地址劃分成2個子網，就要從主機位里拿出一位來作為網絡地址，網絡地址就成了25位了。相應地主機位就成了7位了，2的7次方等于128，一共有126個地址可用。這是從正向來說的，就是已知要劃分的子網數，求每個子網的主機數。但是在實際工作中往往是先知道每個子網的主機數，讓你劃分子網。其實也很簡單。首先你算一下主機數更接近于2的幾次方，那么主機位數就是幾位。32減去主機位就是網絡位。舉例說明。假如給你一個C類IP地址。假如你想劃分2個子網，一個里面有100臺電腦，另一個有50臺電腦。100大于2的6次方，小于2的7次方，所以主機位數取7位。那么網絡位數就是32-7=25位。25位的子網掩碼11111111.11111111.11111111.10000000換算成10進制的就是28，這就是第一個子網的子網掩碼，網絡號為/25，網絡地址，主機地址26，廣播地址2750大于2的5次方，小于2的6次方，所以主機位數取6位。那么網絡位數就是32-6=26位。26位的子網掩碼11111111.11111111.11111111.11000000換算成10進制的就是92，這就是第二個子網的子網掩碼，網絡號為28/26，網絡地址28，主機地址2990，廣播地址91。子網劃分案例一家集團公司有12家子公司，每家子公司又有4個部門。上級給出一個/16的網段，讓給每家子公司以及子公司的部門分配網段。思路：既然有12家子公司，那么就要劃分12個子網段，但是每家子公司又有4個部門，因此又要在每家子公司所屬的網段中劃分4個子網分配給各部門。步驟：A.先劃分各子公司的所屬網段。有12家子公司，那么就有2的n次方12，n的最小值=4。因此，網絡位需要向主機位借4位。那么就可以從/16這個大網段中劃出2的4次方=16個子網。詳細過程：先將/16用二進制表示 10101100.00010000.00000000.00000000/16借4位后（可劃分出16個子網）：1)10101100.00010000.00000000.00000000/20【/20】2)10101100.00010000.00010000.00000000/20【/20】3)10101100.00010000.00100000.00000000/20【/20】4)10101100.00010000.00110000.00000000/20【/20】5)10101100.00010000.01000000.00000000/20【/20】6)10101100.00010000.01010000.