计算机网络四级重点

网络系统统结构与设计的基本原则 计算机网络按地理范围划分为 局域网 ， 城域网 ， 广域网 局域网提供 高数据传输速率 10 低误码率的高质量传输环境 局域网按 介质访问控制方法 角度分为 共享介质式局域网 和 交换式局域网 局域网按 传输介质类型 角度分为 有线介质局域网 和无线通信信道的 无线介质局 域网 早期的计算机网络主要是 广域网 ，分为 主计算机与终端 （负责数据处理）和 通 信 处理设备与通信电路 （负责数据通信处理） 计算机网络从逻辑功能上分为 资源子网 和 通信子 网 资源子网（计算机系统，终端，外网设备以及软件信息资源） 负责全网数据处理业务，提供网络资源与服务 通信子网（通信处理控制机 即网络节点，通信线路及其他通信设备） 网络数据传输，转发等通信处理任务 网络接入（局域网，无线局域网，无线城域网，电话交换网，有线电视网） 广域网投资大管理困难，由电信运营商组建维护 广域网技术主要 研究 的是远距离，宽带，高服务质量的核心交换技术，用户接 入 技术由城域网承担。 广域网典型网络类型和技术 ( 公共电话交换网，综合业务数字网，数字数据网， 组交换网， 帧中继网，异步传输网，以太网 ) 交换局域网的核心设备是局域网交换机 城域网概念： 网络运营商在城市范围内提供各种信息服务，以宽带光传输网络 为开放平台，以 议为基础 密集波分复用技术 的推广导致广域网主干线路带宽扩展 城域网分为核心交换层（高速数据交换），边缘汇聚层（路由与流量汇聚），用 户 接入层（用户接入和本地流量控制） 层次结构优点：层次定位清楚，接口开放，标准规范，便于组建管理 核心层基本功能： ( 设计重点：可靠性，可扩展性，开放性 ) 连接汇聚层，为其提供高速分组转发，提供高速安 全 障的传输环境； 实现主干网络互联，提供城市的宽带 据出口； 提供用户访问 要的路由服务； 汇聚层基本功能： 汇聚接入层用户流量，数据分组传输的汇聚，转发与交换； 本地路由过滤流量均衡， 先管理，安全控制， 址转换，流量整形； 把流量转发到核心层或本地路由处理； 设计初期只需要采用核心层与汇聚层 城域网设计重要出发点 ：在降低网络造价的前提下，系统能够满足当前的数据 交 换量，接入的用户数与业务类型的要求，并具有可扩展能力。 组建运营宽带城域网原则 ：可运营性，可管理性，可盈利性，可扩展性 管理和运营宽带 城域网关键技术 ：带宽管理，服务质量 网络管理，用户 管 理，多业务接入，统计与计费， 址分配与地址转换，网络安全 南京信息工程大学滨江学院系统工程 07 级赵汗青编 辑 2 宽带城域网在组建方案中一定要按照 电信级运营要求 （考虑设备冗余，线路冗 余 以及系统故障的快速诊断与自我恢复） 服务质量 术 ：资源预留，区分服务，多协议标记转换 管理带宽城域网 3种基本方案 ：带内网络管理，带外 ，同时使用带内带外 带 内：利用 传统电信网络 进行网络管理，利用数据通信网或公共交换电话网拨 号 ， 对网络设备进行数据配置。 带外：利用 络及协议 进行网络管理，利用网络管理协议建立网络管理系统 。 对汇聚层及其以上设备采用带外管理，汇聚层一下采用带内管理 宽带城域网要求的管理能力 表现在电信级的接入管理，业务管理，网络安全 网络安全技术方面需要解决物理安全，网络安全和信息安全。 宽带城域网基本技术与方案（ 域网方案； 10域网方案，基于 域网方案） 光以太网由多种实现形式 ，最重要的有 10术和弹性分组环技术 同样规模城域网， 光以太网造价 是 1/5 是 1/10 1000 10太网技术标准化啦。 100 以太网技术标准正在研究 弹性分组环（ ：直接在光纤上高效传输 组的传输技术 标准： 前 城域网主要拓扑结构 ：环形结构 核心层有 3 10 个结点 的城域网使用环形结构可以简化光纤配置 功能 ：简化光纤配置；解决网络保护机制与带宽 共享问题；提供点到多点业务 弹性分组环采用双环结构这点与 构相同 点最大长度 100顺时针为外环，逆时针为内环 术特点： （带宽利用率高；公平性好；快速保护和恢复能力强；保证服 务 质量） 用户接入网主要有三类 ：计算机网络，电信通信网，广播电视网 接入网接入方式主要为五类 ：地面有线通信系统，无线通信和移动通信网，卫 星 通信网，有线电视网和地面广播电视网 三网融合 ：计算机网络，电信通信网，电视通信网 用户接入角度 ： 接入技术 （有线和无线）， 接入方式 （家庭 接入，校园接入，机 关与企业人） 目前宽带接入技术 ：数字用户线 术，光纤同轴电缆混合网 术， 光纤接入技术，无线接入技术，局域网技术 无线接入分为 无线局域网接入，无线城域网接入，无线 Ad 入 局域网标准： 线局域网接入： 线城域网： 字用户线 叫 数字用户环路 ，基于电话铜双绞线高速传输技术 技术分类： 对称数字用户线 速率不对称 m 率自适应数字 用户线 速率不对称 比特率数字用户线 速率对称 没有距离影响 ） 高比特率数字用户线 速率不对 514没有影响 ) 光纤同轴混合网 新一代有线电视网 电话拨号上网速度 线电视接入宽带，数据传输速率 10 36缆调制解调器 门为利用有线电视网进行数据传输而设计 上行信道： 200行信道： 36型 ：传输方式（双向对称传输和非对称式传输） 数据传输方向（单向，双向） 同步方式（同步和异步交换） 接入角度（个人 宽带多用户 接口角度（外置式，内置式和交互式机顶盒） 无源光网络技术（ 优点 系统稳定可靠 可以适应不同带宽，传输质量的要求 与 比，每个用户可占用独立带宽不会发生拥塞 接入距离可达 20 30义直序扩频技术，速率为 11高到 54京信息工程大学滨江学院系统工程 07 级赵汗青编 辑 4 中小型网络系统总体规划与设计方法 网络运行环境主要包括机房和电源 机房是放置核心路由器，交换机，服务器等 核心设备 统供电：稳压，备用电源，供电电压智能管理 网络操作系统： 000,络应用软件开发与运行环境：网络数据库管理系统与网络软件开发工具 网络数据库管理系统： 络应用系统：电子商务系统，电子政务系 统，远程教育系统，企业管理系统， 校园信息服务系统，部门财务管理系统 网络需求调研和系统设计基本原则 ：共 5 点 （其中考点 4 ：大型网络系统的建设需要聘请 专业的监理公司 对项目进行 监理 ） 制定项目建设任务书后，确定网络信息系统建设任务后，项目承担单位 首要任 务 是 网络用户调查和网络工程需求分析 需求分析是设计建设与运行网络系统的关键 网络结点地理位置分布情况： （用户数量及分布的位置；建筑物内部结构情况调 查；建筑物群情况调查） 网络需求详细分析： （网络总体需求设计；结构化布线需求设计；网 络可用性与 可靠性分析；网络安全性需求分析；网络工程造价分析） 结点 2不设计接入层和汇聚层 结点 100不设计接入层 结点 250般需要 3 层结构设计 核心层网络一般承担整个网络流量的 40%标准 0次之间上联带宽：下联带宽一般控制在 1 ： 20 （ 10 个交换机，每个有 24 个接口，接口标准是 10/100那么上联带宽是 24*100*10/20 大概是 2 高端路由器 ( 背板大于 40高端核心 路由器 支持 端路由器（背板小于 40 企业级路由器 支持 端路由器（背板小于 40 支持 由器关键技术指标 ： 1 ：吞吐量（包转发能力） 2 ：背板能力（决定吞吐量） 背板 ： 入端和输出端的物理通道 传统路由采用共享背板结构，高性能路由采用交换式结构 3 ：丢包率（衡量 负荷工作性能） 4 ：延时与延时抖动（第一个比特进入路由到该帧最后一个离开路由的时间） 高速路由要求 1518B 的 ，延时小于 1 ：突发处理能力 6 ：路由表容量（ 求执行 议的路由要存储十万路由表项， 高 速路由应至少支持 25 万） 7 ：服务质量 8 ：网管能力 9 ：可靠性与可用性 路由器冗余：接口冗余，电源冗余，系统板冗余，时钟板冗余，整机设备冗余 热拨插是为了保证路由器的可用性 高端路由可靠性 ： （ 1 ） 无故障连续工作时间大于 10 万小时 （ 2 ） 系统故障恢复时间小于 30 分钟 （ 3 ） 主备切换时间小于 50 毫秒 （ 4 ） 口自动保护切换时间小于 50 毫秒 （ 5 ） 部件有热拔插备份，线路备份，远程测试诊断 （ 6 ） 路由系统内不存在单故障点 交换机分类：从技术类型（ 10换机； 换机； 1s 的 换机）从内部结构（固定端口交换机；模块化交换机 又叫机架式交 换 机） 500 个结点以上 选取企业级交换机 300 个结点以下 选取部门级交换机 100 个结点以下 选取工作组级交换机 交换机技术指标： （ 1 ） 背板带宽（ 输入端和输出端得物理通道） （ 2 ） 全双工端口带宽（计算：端口数 * 端口速率 *2 ） （ 3 ） 帧转发速率 （ 4 ） 机箱式交换机的扩张能力 （ 5 ） 支持 力（基于 址，端口， 分） 缓冲区协调不同端口之间的速率匹配 网络服务器类型（文件服务器；数据库服务器； 用服务器；应用服务 器） 虚拟盘体分为（专用盘体，公用盘体与共享盘体） 共享硬盘服务系统缺点： 令建立目录；自己维护；不方便系统效率低， 安 全性差 客户 / 服务器 工作模 式采用两层结构：第一层在客户结点计算机 第二层在数据 库服务器上 用服务器包括（ 务器， 务器， 务器， 务器，远程通信服务器，代理服务器） 校园网或企业网要配置一台主机来安装 务器和 务器 基于复杂指令集 构的服务器： 优点： 通用性好，配置简单，性能价格比高，第三方软件支持丰富，系统维护 方 便 缺点： 理能力与系统 I/O 能力较差 （不适合作为高并发应用和大型服 务 器） 基于精简指令集 构处理器的服务器与相应 比： 理能力提 高 50%（大型，中型计算机和超级服务器都采用 作系 统 采用 因此采用 构处理器的服务器称 南京信息工程大学滨江学院系统工程 07 级赵汗青编 辑 6 按网络应用规模划分网络服务器 （ 1 ） 基础级服务器 1 个 2 ） 工作组服务器 1 3 ） 部门级服务器 2 4 ） 企业级服 务器 4 务器采用相关技术 （ 1 ） 对称多处理技术 多 务器的负荷均衡） （ 2 ） 集群 把一组计算机组成共享数据存储空间） （ 3 ） 非一致内存访问（ （结合 于多达 64 个或更多 服务器 ） （ 4 ） 高性能存储与智能 I/O 技术（取决存取 I/O 速度和磁盘容量） （ 5 ） 服务处理器与 务器控制技术 （ 6 ） 应急管理端口 （ 7 ） 热拨插技术 网络服务器性能 （ 1 ） 运算处理能力 核：执行指令和处理数据 一级缓存：为 接提供计算机所需要的指令与数据 二级缓存：用于存储控制器，存储器，缓存检索表数据 后端总线：连接 核和二级缓存 前端总线：互联 主机芯片组 C 定律： 务器性能提高 (0% M 为主频 （ 2 ） 磁盘存储能力（磁盘性能参数：主轴转速；内部传输率，单碟容量，平 均 巡道时间；缓存） （ 3 ） 系统高可用性 每年停机时间小于等于 时 每年停机时间小于等于 53 分钟 5 分钟 服务器选型的基本原则 （ 1 ） 根据不同的应用特点选择服务器 （ 2 ） 根据不同的行业特点选择服务器 （ 3 ） 根据不同的需求选择服务器的配置 网路攻击两种类型：服务攻击和非服务攻击 从黑客攻击手段上看分为 8 类：系统入侵类攻击；缓冲区溢出攻击，欺骗 类 攻击，拒绝服务类攻击，防火墙攻击，病毒类攻击，木马程序攻击，后门攻击 非服务攻击针对网络层等低层协议进行 网络防攻击研究主要解决的问题： （ 1 ） 网络可能遭到哪 些人的攻击 （ 2 ） 攻击类型与手段可能有哪些 （ 3 ） 如何及时检测并报告网络被攻击 （ 4 ） 如何采取相应的网络安全策略与网络安全防护体系 网络协议的漏洞是当今 临的一个严重的安全问题 黑客攻击手段和方法一般分为主动攻击和被动攻击 网络信息安全包括信息存储安全与信息传输安全 信息传输安全过程的安全威胁（截取信息；窃听信息；篡改信息；伪造信息） 解决来自网络内部的不安全因素必须从技术和管理两个方面入手 病毒基本类型划分为 6 种：引导型病毒；可执行文件病毒；宏病毒；混合病毒， 特 洛伊木马病毒； 言病毒 灰色软件包括：间谍程序，广告程序。后门程序，下载程序，植入程序 网络系统安全必须包括 3 个机制：安全防护机制，安全检测机制，安全恢复机 制 网络系统安全设计原则： （ 1 ） 全局考虑原则 （ 2 ） 整体设计的原则 （ 3 ） 有效性与实用性的原则 （ 4 ） 等级性原则 （ 5 ） 自主性与可控性原则 （ 6 ） 安全有价原则 址规划设计技术 无类域间路由技术需要在 提高 址利用率 和 减少主干路由器负荷 两个方面取 得平衡 网络地址转换 主要的应用 是专用网，虚拟专用网，以及 拨号用户 提供的服务 用应用于 以节约 址 A 类地址： 用地址 125 个 网络号 7 位 B 类地址： 络号 14 位 C 类地址： 络号 21 位 允许分配主机号 254 个 D 类地址： 播地址 E 类地址： 留 直接广播地址： 受限广播地址： 络上特定主机地址： 回送地址：专用地址 全局 址是需要申请的，专用 址是不需申请的 专用地址： 10 ; 法的局限性 （ 1 ） 违反 址结构模型的设计原则 （ 2 ） 使得 议从面向无连接变成了面向连接 （ 3 ） 违反了基本的网络分层结构模型的设计原则 （ 4 ） 有些应用将 入正文内容 （ 5 ） N 时存在对高层协议和安全性的影响问题 址规划基本步骤 （ 1 ） 判断用户对网络与主机数的需求 （ 2 ） 计算满足用户需求的基本网络地址结构 （ 3 ） 计算地址掩码 （ 4 ） 计算网络地址 （ 5 ） 计算网络广播地址 （ 6 ） 计算机网络的主机地址 址的一个重要的特点：地址聚合和路由聚合能力 规划内部网络地址系统的基本原则 （ 1 ） 简洁 （ 2 ） 便于系统的扩展与管理 （ 3 ） 有效的路由 址分为 单 播地址；组播地址；多播地址；特殊地址 128 位每 16 位一段 000f 可简写为 f 后面的 0 不能省 ：只能出现一次 I 支持子网掩码，它只支持前缀长度表示法 路由设计基础 默认路由成为第一跳路由或缺省路由 发送主机的默认路由器又叫做源路由器，目的主机所连接的路由叫做目的路由 路由选择算法参数 跳数 带宽（指链路的传输速率） 延时（源结点到目的结点所花费时间） 负载（单位时间通过线路或路由的通信量） 可靠性（传输过程的误码率） 开销（传输耗费）与链路带宽有关 路由选择的核心：路由选择算法 算法特点： （ 1 ） 算法必须是正确，稳定和公平的 （ 2 ） 算法应该尽量简单 （ 3 ） 算法必须能够适应网络拓扑和通信量的变化 （ 4 ） 算法应该是最佳的 路由选择算法分类 : : : : 静态路由选择算法（非适应路由选择算法）特点：简单开销小，但不能及时适 应 网络状态的变化 动态路由选择算法（自适应路由选择算法）特点：较好适应网络状态的变化， 但 实现复杂，开销大 一个自治系统最重要的特点就是它有权决定在本系统内应采取何种路由选择协 议 路由选择协议：内部网关协议 包括路由信息协议 开放最短路径优 先 协议 ；外部网关协议 主要是 内部网关协议使用得最广泛的一种协议；特点：协议简单，适合小的自 治 系统，跳数小于 15 点 : 用分布式链路状态协议（ 用距离向量协议） 求路由发送本路由与哪些路由相邻和链路状态度量的信息（ 都采用最短路径优先的指导思想，只是算法不同） 求当链路状态发生变化时用洪泛法向所有路由发送此信息（ 向相 邻路由发送信息 ） 得所有路由建立链路数据库即全网拓扑结构（ 知道全网拓扑） 一个自治系统划分若干个小的区域，为拉适用大网络，收敛更快。每 个 区域路由不超过 200 个 区域好处：洪泛法局限在区域，区域内部路由只知道内部全网拓扑，却不知道 其 他区域拓扑 主干区域内部的路由器叫主干路由器（包括区域边界路由和自治系统边界路由） 由选择协议的四种分组 打开分组；更新分组（是 核心 ）；保活分组；通知分组； 局域网技术 交换机采用采用两种 转发方式技术 ：快捷交换方式和存储转发交换方 式 虚拟局域网 网定义方法 ：（交换机端口号定义； 址定义；网 络 层地址定义；基于 播组） 综合布线特点 ：（兼容性；开放性；灵活性；可靠性；先进性；经济性） 综合布线系统组成 ：（工作区子系统；水平子系统；干线子系统；设备间子系统 ； 管理子系统；建筑物群子系统） 综合布线系统标准 ： （ 1 ） 68 2 ） 3 ） 1801 （ 4 ） 50311B/0示以太网 10带传输使用粗同轴电缆 00 m 000m 0用双绞线 快速以太网 提高到 1000000M 00对建筑物以及按结构化布线 00用 2 条光纤 25M 支持全双工模式的快速以太网的拓扑构型一定是星形 自动协商功能是为链路两端的设备选择 10/100半双工 / 全双工模式中共 有 的高性能工作模式，并在链路本地设备与远端设备之间激活链路 自动协商功能只能用于使用双绞线的以太网，并且规定过程需要 500完成 中继器工作在物理层，不涉及帧结构，中继器不属于网络互联设备 10议中，规定最多可以使用 4 个中继器，连接 3 个缆段，网络中两 个 结点的最大距离为 2800m 集线器特点： （ 1 ） 以太网是典型的总线型结构 （ 2 ） 工作在物理层 执行 D 介质访问控制方法 （ 3 ） 多端口 网桥在数据链路层完成数据帧接受，转发与地址过滤功能，实现多个局域网的 数 据交换 透明网桥 点： （ 1 ） 每个网桥自己进行路由选择，局域网各结点不负责路由选择，网桥对互 联 局域网各结点是透明 （ 2 ） 一般用于两个 协议相同的网段之间的互联 透明网桥使用了生成树算法 评价网桥性能参数主要是：帧过滤速率，帧转发速率 南京信息工程大学滨江学院系统工程 07 级赵汗青编 辑 12 按照国际标准，综合布线采用的主要连接部件分为建筑物群配线架 ( 大楼 主 配线架（ ；楼层配线架（ ，转接点（ 和通信引出端 ( 间的水平线缆最大长度不应超过 90m 设备间室温应保持在 10 度到 27 度 相对湿度保持在 30%局域网交换机基本功能 ： （ 1 ） 建立和维护一个表示 址与交换机端口对应关系的交换表 （ 2 ） 发送结点和接收结点之间建立一条虚连接 （ 3 ） 完成数据帧的转发或过滤 显示交换机命令： 大中型交换机： 型交换机： 换机的交换结构 （ 1 ） 软件执行交换结构 ( 把数据帧由串行代码转换成并行代码 ) 特点：交换速 度 慢，交换机堆叠困难，交换机端口较多导致性能下降 （ 2 ） 矩阵交换结构（完全由硬件完成，由输入，输出，交换矩阵和控制处理） 特点：交换速度快，延时小，结构紧凑，矩阵交换实现相对简单，不易 扩 展，不利于管理 （ 3 ） 总线交换结构（时分多路复用技术）特点：性能好，便于堆叠 扩展，易 实 现帧广播和监控管理，易实现多个输入对一个输出的帧传送的特点。 应用广泛 （ 4 ） 共享存储器交换结构（无背板）特点：结构简单，易实现 适合小交换机采用 交换机有静态交换和动态交换两种方式，动态交换模式有存储转发和直通，直 通 交换模式又有快速转发交换和碎片丢弃交换 总结说有 3 模式：快速转发（通常也称直通交换模式，不提供检错纠错，适合 小 型交换机采用）碎片丢失（又称无分段模式，提前过滤冲突碎片，提高宽带利 用 率）存储转发（延时大，速度慢，可靠性高，可检错纠错，最为广泛应用） 堆叠交换机 ： 2堆叠数量 有达 16 个的 箱体模块化交换机： 2 ： 工作在数据链路层 每个 是一个独立的逻辑网段，一个独立的广播域 间不能直接通信，必须通过第三层路由功能完成 识， 12 位 示，支持 4096 个 标准范围， 其 中 1用于以太网 交换机之间实现 能，必须遵守相同的 议，如思科 分 1 ） 基于端口划分（静态划分，最通用） （ 2 ） 基于 址（动态的划分） （ 3 ） 第三层协议类型或地址 南京信息工程大学滨江学院系统工程 07 级赵汗青编 辑 14 交换机配置 置端口通信方式 0/100 口传输速率 现 单一管理 置域名 拟局域网 看 令 创建 t ( 书上是（ 000 立，修改 no 000 删除 000) ip no ip ? 15 路由 (no ( ip 路由模块的交换机实现 路由 两台交换机配置 C t I S ,4 S 成树（ S N o 打开与关闭树 S 置主 网桥 S 置备份 份网桥 S 192 设置优先级（ 0 ， 4096 ， 8192. 。到 61440 ） 配置可选功能： S 不是连接 本交换机的链路失效时 ) 30 秒 S 连接本交换机链路失 效 1钟 S 0S S 由器： I 是用路由器加专线的方法连接了成千上万个网络而构成的 路由选择的核心就是确定下一跳路由器的 址 路由表是路由选择的核心 路由表主要内容：目的网络地址，下一跳路由器地址和目的端口等信息，缺省 路 由信息 分组转发通常称分组交换 缺省路由又称缺省网关，一般路由器的缺省网关是指向连往 口的路 由 器 几种路由协议管理距离： 直接连接： 0 静态路由： 1 外部 20 内部 90 100 110 20 外部 170 内部 200 未知： 255 南京信息工程大学滨江学院系统工程 07 级赵汗青编 辑 16 路由配置常用命令 存到路由器的 存到 务器 除路由器全部配置 看路由器的接口 看路由的配置 密码 接口 址 AT 看路由器版本 配置寄存器的值 ip 看路由表 ip 看路由器运行的动态路由协议 t 置 码 3 4 置 码 求必须登录 果不需要密 码执行以下命令 4 no no 置路由器接口 P P 地址 (ip no (4000 在 配置时钟频率 ip no 理 联网络 路由器的结构：中央处理器 内存 存储器 接口： 京信息工程大学滨江学院系统工程 07 级赵汗青编 辑 17 内存 : 当于计算机的内存 配置路由器的设置默认是 当于硬盘存放 2当于计算机的 不能删除 存放 型 放 由器工作模式（用户模式；特权模式；设置模式；全局配置模式；其他配置 模 式； 式 恢复路由器密码 启路由器 断路由器正常启动 码恢复成功 修改配置寄存器 在 2600 系列命令 入 置 2500 系列命令 产生中断后输入 o ，再输入 o/r 0输入 I （初始化） 备份和升级路由器 r5#份系统 r5#级系统 解析主机名 ip 络排错 看计算机的 置，包括 址，子网掩码、网关 务 器设置 关 址 试到 网络层是否通 名是否能解析成 址 0 测试应用层是否畅通 23 默认端口 踪数据包路径和计算丢包情况 似与计算机上的 够跟踪数据包路径 不计算机丢包情况 ip AT IP 态路由 管理员告诉路由器到各个网段如何转发 ip （可以更改管理 距 离 路由汇总 ip 9 默认路由 代表大多数网段的路由 优先级最低 末端网络路由器使用默认路由减少路由表项