1、網絡互連技術與網絡工程網絡互連技術與網絡工程沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程課程內容與教學目標n綜合布線基礎n交換技術n虛擬局域網（VLAN）n局域網中的冗余鏈路nIP協議及子網規劃n路由概念nRIP路由協議nOSPF路由協議n點對點協議（PPP）n園區網安全n網絡地址轉換（NAT）nWLANn網絡規劃與設計n常見網絡故障分析與處理交換、路由、組網沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程參考書目n路由與交換技術 鄧秀慧 電子工業出版社 2012n網絡設備互連學習指南 高峽 科學出版社 2009n網絡工程技術與實驗教程張新有 清華大學出版社2005沈陽航空航天大學

2、 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程第 1講（1） 網絡基礎回顧計算機網絡基礎計算機網絡模型重點協議介紹數制轉換沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程學習目標n理解計算機網絡的基本概念n掌握網絡的拓撲結構和常用介質n掌握OSI七層參考模型的功能和作用n掌握TCP/IP參考模型的功能和作用n掌握重點的網絡協議n掌握不同數制之間的轉換沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程課程議題計算機網絡基礎計算機網絡基礎沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡概述n分散在不同地點的多臺計算機、終端和外部設備通過通信線路互聯在一起實現資源共享（包括軟件、硬件、數據

3、等）、數據交換沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡的發展n第一代計算機網絡n20世紀50年代中后期n地理上分散的多個終端n通過通信線路n連接到一臺中心計算機上n以傳輸信息為目的而連接起來，以實現遠程信息處理或進一步達到資源共享的計算機系統沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡的發展n第二代計算機網絡n20世紀60年代后期n實現遠程資源共享n以通信子網為中心n分組交換網絡n分層的網絡協議n1969年出現的ARPAnet是第一個現代意義上的計算機網絡n以能夠相互共享資源為目的，互連起來具有獨立功能的計算機的集合體 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡

4、互連技術與網絡工程計算機網絡的發展n第三代計算機網絡n網絡應用越來越廣泛、網絡規模越來越大、通信更加復雜n大計算機公司紛紛制定了自己的網絡技術標準n1977年，ISO開始制定開放系統互聯參考模型n具有統一網絡體系結構，并遵循國際標準的開放式和標準化的網絡 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡的發展n第四代計算機網絡n20世紀90年代末到現在n以互聯網為代表n以太網的高速發展n20世紀90年代以后internet的建立n下一代計算機網絡n多種業務的融合n統一協議、統一網絡平臺、統一管理n云計算？物聯網？大數據？沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網

5、絡的分類n依據網絡的交換功能n電路交換網絡n報文交換網絡n分組交換網絡n依據網絡的拓撲結構n集中式網絡n分布式網絡n依據網絡的作用范圍n局域網LANn城域網MANn廣域網WANn依據網絡的傳輸介質n有線網絡n無線網絡沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程互聯網n通過一個WAN將多個LAN組織起來，即把多個不同的網絡相互連接起來的時候，就構成了一個互聯網 nInternet（因特網）：特定的、世界范圍內的互聯網沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡拓撲結構n星形拓撲沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡拓撲結構n總線形拓撲沈陽航空航天

6、大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡拓撲結構n環形拓撲沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機網絡拓撲結構n網狀拓撲沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程網絡傳輸介質n雙絞線沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程網絡傳輸介質n雙絞線沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程網絡傳輸介質n同軸電纜沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程網絡傳輸介質n光纖包層包層纖芯纖芯入射角入射角折射角折射角折射角大于入射角折射角大于入射角光波在纖芯中傳播光波在纖芯中傳播沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程網絡傳輸

7、介質n無線傳輸沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程LAN、WAN、WLANnLANn傳輸速度通常在10Mb/s1000Mb/s之間 n通常是針對于一座建筑物內 nWANn一個較大的地理范圍內 n傳輸速度相對要慢的多 nWLANnIEEE 802.11標準沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程課程議題計算機網絡模型計算機網絡模型沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程網絡分層模型n解決異種網絡互連時所遇到的兼容性問題 n將服務、接口和協議這三個概念區分開來n使網絡的不同功能模塊分擔起不同的職責 n減輕問題的復雜程度 n在各層分別定義標準接口， 各層相對獨

8、立n能有效刺激網絡技術革新 n便于研究和教學 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程OSI七層參考模型n開放系統互連參考模型 4.4.傳輸層傳輸層 2. 2.數據鏈路層數據鏈路層3.3.網絡層網絡層1.1.物理層物理層5.5.會話層會話層 6. 6.表示層表示層面向用戶應用面向數據傳輸 7. 7.應用層應用層沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程OSI七層參考模型設備設備A設備設備B中間節點中間節點中間節點中間節點沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程OSI七層參考模型設備設備A設備設備B沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程物理層n為設

9、備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備n包括激活物理連接、傳送數據、終止物理連接這3個步驟 n為數據傳輸提供可靠的環境 n正確地傳輸比特流n常見協議nEIA/TIA 232（RS-232-C ）n典型設備n中繼器：連接兩個（或多個）網段，信號中繼放大，延長網絡n集線器：將多臺設備以星形的拓撲結構連接起來，組成共享型的網絡 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程數據鏈路層n數據鏈路的建立、拆除n對數據進行檢錯、糾錯n將數據分成幀，以數據幀為單位進行傳輸 n典型設備n網橋：連接兩個局域網，在各種傳輸介質中轉發數據信號，擴展網絡的距離，有效地限制兩個介質系統中無關緊要的通信 n交換機：

10、按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發 ，轉發延遲小，將網絡分成小的沖突網域，為每個工作站提供更高的帶寬 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程網絡層n進行路由選擇和中繼n激活、終止網絡連接，實現數據鏈路的復用n排序、流量控制n典型設備n路由器：決定最優路由和轉發數據包沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程傳輸層n實現端到端的可靠傳輸n進行流量控制、差錯控制、虛電路管理n在通信子網和高層之間起承上啟下的作用沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程會話層n建立和維持會話n使會話獲得同步 n數據傳輸和連接釋放 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技

11、術與網絡工程表示層n對上層數據或信息進行變換，以保證一個主機應用層信息可以被另一個主機的應用程序理解 n數據轉換包括數據的加密、壓縮、格式轉換等 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程應用層n為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口 n包含了各種各樣的協議，這些協議往往直接針對用戶的需要 ，如：nHTTPnFTPnSMTP沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程OSI七層參考模型允許接入網絡資源應用層應用層表示層表示層會話層會話層傳輸層傳輸層網絡層網絡層數據鏈路層數據鏈路層物理層物理層建立、管理和終止會話將分組從源端傳送到目的端；提供網絡互聯在媒體上傳輸比特；提

12、供機械的和電氣的規約對數據進行轉換、加密和壓縮提供可靠的端到端的報文傳輸和差錯控制將分組數據封裝成幀；提供節點到節點方式的傳輸沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程TCP/IP參考模型n在20世紀60年代末為ARPAnet而開發n因傳輸控制協議TCP和網際協議IP而得名n包含多個協議n四層的體系結構沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程TCP/IP協議棧應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層IPICMPIGMPRARPARPUDPTCP各種應用程序層各種應用程序層SMTPFTPDNSSNMPNFSTFTP由底層網絡定義的協議由底層網絡定義的協議Etherne

13、t,Token-Ring,FDDI,X.25,Wirless,ATM沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程TCP/IP和OSI模型的對應關系沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程OSI和TCP/IP模型的比較n都以協議棧的概念為基礎n各層功能大體相同nOSI模型嚴格區分了各層的服務、接口和協議；而TCP/IP模型在設計之初并沒有明確區分這三者nOSI模型先于其協議出現，模型更通用；而TCP/IP協議先于模型出現，因此不能描述其他協議棧nOSI的網絡層提供面向連接和無連接的服務，傳輸層只提供面向連接的服務；而TCP/IP在網絡層只提供無連接的服務，在傳輸層提供面向連接

14、和無連接的服務沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程課程議題重點協議介紹重點協議介紹沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程IP協議n一種不可靠的協議，提供盡力而為的服務 n不提供數據的校驗 n一種無連接協議，為使用數據報的分組交換網而設計 n當可靠性很重要時，IP必須與可靠的協議（如TCP）配合起來使用 nIP層的分組叫做數據報或數據包（Packet） 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程IP報文格式沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程端口號n定義主機中運行的進程的標識符n在TCP/IP協議棧中，端口號是065535之間的整數 nTC

15、P/IP模型中傳輸層的兩個協議TCP和UDP依靠端口號區分不同的進程IP協議的作用范圍協議的作用范圍TCP或或UDP協議的作用范圍協議的作用范圍進程進程（運行的應用程序）（運行的應用程序）進程進程（運行的應用程序）（運行的應用程序）沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程端口號nIANA（Internet Assigned Numbers Authority ，互聯網地址指派機構）將端口號劃分為3個范圍：熟知的、注冊的和動態的（或私有的）。n熟知端口：01023，由IANA指派和控制。n注冊端口：102449151，IANA不指派也不控制。它們只能在IANA注冊以防止重復。n動態端

16、口：4915265535，既不用指派也不用注冊。它們可以由任何進程來使用，是臨時的端口。沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程常見的熟知端口號沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程TCP協議nTCP是一個可靠的、面向連接的協議 ，為應用提供了如下功能 ：n流型數據傳輸n可靠性n流控n多路復用n邏輯連接n全雙工沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程TCP報文格式沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程UDP協議nUDP協議（User Datagram Protocol），用戶數據報協議n用于支持那些需要在計算機之間快速傳輸數據（相應的對傳輸可

17、靠性要求不高）的網絡應用 n不考慮流量控制、差錯控制，在收到一個壞的數據段之后也不重傳所有這些工作都留給用戶進程 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程UDP報文格式源端口號源端口號(16(16比特比特) )目的端口號目的端口號 (16(16比特比特) )長度（長度（1616比特）比特）數據數據校驗和校驗和 (16(16比特比特) )8字節沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程課程議題數制轉換數制轉換沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程計算機中的常用數制n二進制數n基數為2：0、1，逢2進1n八進制數n基數為8：0、1、2、3、4、5、6、7，逢8進1n十六進制數n基數為16：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，逢16進1沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程十進制到二進制的轉換n整數部分采用除2取余法：沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程十進制到二進制的轉換n小數部分采用乘2取整法：沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程二進制到十進制的轉換n將二進制數按權重展開，再求和 沈陽航空航天大學 計算機學院 網絡互連技術與網絡工程二進制到十六進制的轉換n二進制整數，從低位到高位每4位