全新计算机网络工程教程第1章 计算机网络工程基础

第1篇 计算机网络工程基础,本篇目的,使读者全面系统准确地掌握网络工程涉及的知识，为网络的规划设计、工程实施、管理维护打下坚实的技术基础。,本篇重点,包括VLAN、VPN、DNS、QoS、路由等重要概念，千兆以太网、MPLS、无线网络等主流技术，RIP、OSPF、BGP、IPv6等Internet协议，Windows NT 4.0、NetWare 5、Linux 7.1系统基础，XML、ASP、JSP、PHP等开发技术，数据加密、身份验证、跟踪审计、安全评测。,第1章 计算机网络重要概念,本章重点：,（1）计算机网络工程的含义：包括工程、计算机工程的含义及特点 （2）网络拓扑结构：包括星型、环型、总线型、树型结构的特点 （3）计算机网络分类：包括局域网、广域网、城域网、互联网 （4）虚拟局域网VLAN：包括虚拟网含义、分类 （5）网络互联：包括互联的含义、层次、网络拓扑,（6）虚拟专用网VPN：包括VPN的含义、类型、隧道协议 （7）域名系统：包括DNS的含义、分类 （8）网络体系结构：包括体系结构的含义、OSI/RM模型、TCP/IP模型 （9）数据交换方式：包括电路交换、报文交换、分组交换、信元交换 （10）服务类型：包括服务的含义、面向连接的服务、无连接服务、QoS （11）通信量控制：包括流量控制、拥塞控制 （12）计算机网络路由：包括路由的概念、路由算法,1. 1计算机网络工程的含义,1.1.1 工程的含义及特点 简单地讲，工程是指按计划进行的工作。 （1）工程要有非常明确的目标，这在工程开始之前就要确定，在工程进行中不能轻易更改。 （2）工程要有详细的规划，规划一般分为不同的层次，有的比较概括（如总体规划），有的非常具体（如实施方案）。 （3）工程要有正规的依据，例如国际标准，国家标准、军队标准、行业标准或是地方标准。,（4）工程要有完备的技术文档，例如可行性论证报告，总体技术方案、总体设计方案、实施方案以及各子系统（模块）的相关文档。 （5）工程要有法定的或固定的责任人，并有完善的组织实施机构，如项目经理、或承包商，或领导小组、或指挥部等。 （6）工程要有可行的实施计划和方法。 （7）工程要有客观的监理和验收标准。,1.1.2 计算机工程的含义及特点,（1）工程设计人员要全面了解计算机网络的原理、技术、系统、协议、安全、系统布线的基本知识，发展现状，发展趋势。 （2）总体设计人员要熟练掌握网络规划与设计的步骤、要点、流程、案例、技术设备选型以及发展方向。 （3）工程主管人员要懂得网络工程的组织实施过程，能把握住网络工程的方案评审、监理，验收等关键环节。 （4）工程开发人员要掌握网络应用开发技术、网站web技术、信息发布技术、安全防御技术。,（5）工程竣工之后，网络管理人员使用网管工具对网络实施有效地管理维护，使网络工程发挥应有的效益。,定义,综上所述，我们尝试地给计算机网络工程下一个描述性的定义： 计算机网络工程是为达到一定的目标，根据相关的规范，通过详细地规划，按照可行的方案，将计算机网络的技术、系统、管理、高效地集成到一起的工程。,1.2网络拓扑结构,1.2.1星型 1.2.2环型 1.2.3总线型 1.2.4树型 如图1-1所示。,图1-1 计算机网络拓扑结构,混合拓扑结构如图1-2所示。,图1-2 混合拓扑,1.3计算机网络分类,网络类型的比较如表1-1所示。,1.4 虚拟局域网VLAN,1.4.1虚拟网的含义 1.4.2 VLAN的分类 1.4.2.1基于端口的虚拟网 如图1-3所示。,图1-3基于端口的VLAN,1.4.2.2基于MAC地址的虚拟网,1.4.2.3基于IP地址的虚拟网 如图1-4所示。,图1-4基于IP地址的VLAN,1.5 网络互联,1.5.1互联的含义 1.5.2互联的层次 1.5.3互联网络拓扑 如图1-5、1-6所示。,图1-5 分布式互联网络,图1-6星形互联网络,1.6虚拟专用网VPN,1.6.1 VPN的含义 如图1-7所示。,图1-7 VPN示意图,1.6.2 VPN的类型,1.6.2.1 访问VPN（Access VPN） 1.6.2.2 Intranet VPN 1.6.2.3 Extranet VPN,1.6.3 VPN的隧道协议,1.6.3.1隧道协议的作用和分类,1.7域名系统,域名系统负责规定名字语法以及名字的管理，另外它还要解决计算机的域名与其它标识方法之间的转换（映射）问题，因为计算机还有其它的标识方法，如用IP地址。这种域名与地址之间的映射称为域名解析。 常见的组织型域名如表1-2所示。 表1-2组织型域名 常见的地理型域名如表1-3所示。 表1-3地理型域名,1.8网络体系结构,1.8.1体系结构的含义 典型的层次结构如图1-8。,图1-8计算机单机系统层次结构,1.8.2协议,1.8.3 OSI/RM协议参考模型,1.8.3.1 OSI/RM的层次结构 如图1-9所示。,图1-9 开放系统互联参考模型,1.8.3.2 OSI/RM模型的特点,1.8.3.3 OSI/RM中的数据通信 如图1-10所示。,图1-10 OSI七层模型中各层数据单元的形成及流动,1.8.3.4高层网络与低层网络,1.8.3.5 OSI/RM 与其它标准的层次结构的关系,1.8.3.6 OSI/RM各层的含义及功能概述,1.8.4 TCP/IP模型,1.8.4.1 TCP/IP 的层次结构 如图1-11所示。,图1-11 TCP/IP层次结构,1.8.4.2 TCP/IP的重要协议,1.差错与控制报文协议（ICMP） 2.地址解析协议（ARP）/逆向地址解析协议（RARP，Reverse Address Resolution Protocol） 3.用户数据报文协议（UDP） TCP/IP子协议如图1-12所示。,图1-12 TCP/IP子协议,1.8.4.3 TCP/IP的特点,如图1-13、1-14所示。,图1-13 IP数据报文对物理网络帧的统一,图1-14 TCP/IP的沙漏模型,1.9数据交换方式,1.9.1数据交换方式的含义 1.9.2电路交换（Circuit Switching) 1.9.3报文交换（Message Switching) 1.9.4分组交换（Packet Switching) 1.9.4.1虚电路 1.9.4.2数据报 如图1-15所示。,图1-15 虚电路和数据报文原理示意图,数据报和虚电路的区别见表1-4。,1.9.5信元交换 交换方式的分类如图1-16所示。,图1-16 交换方式,1.10服务类型,1.10.1服务的含义 1.10.2面向连接的服务1.10.3无连接服务 如表1-5所示。 表1-5两类服务比较,小结,最后我们指出，计算机网络的可靠性一般通过确认和重传机制保证。正因如此，高可靠性的服务需要额外的开销，进而导致其效率不高。效率和可靠性是统一在服务中的一对矛盾，对二者不同的要求，决定了服务类型的不同。正是它们的对立统一，推动了计算机网络技术的发展。,1.10.4服务质量QoS,QoS含义如图1-17所示。,图1-17服务质量的概念,1.11通信量控制,1.11.1 流量控制 1.11.2 拥塞控制如图1-18所示。,图1-18 流量控制与拥挤控制,1.12计算机网络路由,1.12.1路由的概念 1.12.1.1路由选择及其算法 所谓路由算法即是对某一信息决定从源节点至目的节点的有向路径的一种规则。 1.12.1.2常见的路由选择方法 1.12.1.3路由算法分类 1.12.1.4路由算法应该满足的要求,1.12.2 路由算法简介,1.12.2.1固定式路由选择算法 1最短路径算法 2最小时延算法 3扩散式路由选择 4静态路由选择,图1-21 静态路由选择举例,1.12.2.2自适应式路由选择算法,1集中式自适应路由选择法 2孤立法 3分布式路由算法,1.12.2.3分层式路由选择,思考题,（1）计算机网络工程的含义。 （2）典型网络拓扑结构及特点。 （3）计算机网络分类。 （4）虚拟局域网VLAN的含义及分类。VLAN的作用。 （5）网络互