《计算机网络技术与应用》课件(完整版)

1、计算机网络技术与应用本书较为系统地讲述了计算机网络的基本原理、技术与网络应用。全书共分7章，分别介绍了计算机网络概论、网络设备与传输介质、网络通信协议、局域网技术、Internet技术与应用、搭建网络服务器及网络安全与管理。本书内容丰富、结构严谨。在由浅入深、循序渐进地讲述网络的基本概念和原理的同时，注重计算机网络的实际应用，每个章节重要的知识点都配有精心设计的案例和实验指导。本书适合作为高校本科计算机网络教材，尤其适合应用型人才培养，也可以作为计算机网络及其应用方面的工程技术人员的参考书。内容简介目 录第1章 计算机网络概述第2章 网络设备与传输介质第3章 网络通信协议第4章 局域网技术第5

2、章 Internet技术与应用第6章 搭建网络服务器第7章 网络安全与管理计算机网络技术与应用第1章 计算机网络概述学习目标：了解计算机网络的发展重点掌握计算机网络的定义和分类了解计算机网络的拓扑结构掌握计算机网络的组成了解网络的功能与网络的应用掌握OSI/RM、TCP/IP体系结构重点掌握五层原理体系结构第1章 计算机网络概论 1.1 计算机网络的形成与发展 1.1.1计算机网络的产生1946年第一台电子计算机ENIAC50年代初美国军方的SAGE的半自动地面防空系统60年代美国国家国防部高级研究计划局研制的ARPANETARPANET对计算机网络的发展起了里程碑的作用，这之后计算机网络如雨

3、后春笋迅速发展起来，至今已经无法准确统计其结点数，计算机网络通过有线、无线和卫星可以覆盖世界的大部分地域。20世纪80年代随着个人计算机的推广，基于PC机的局域网纷纷出现80年代国际标准化组织ISO颁布了“开放系统互联基本参考模型（OSI）”国际标准。90年代，自美国宣布建立国家信息基础设施NII（National Information Infrastructure，国家信息基础设施）后，各国相继制定和建立本国的NII90年代末，IP技术得到迅速发展，由于IP网络具有天然的开放性，IP网络的新业务层出不穷。1.1.2 计算机网络的发展计算机网络的发展大致分为4个阶段： 第一阶段：20世纪50

4、年代，实现了计算机技术和通信技术结合，为计算机网络的产生奠定了理论基础。 第二阶段：20世纪60年代，以ARPANET和分组交换技术为代表，是计算机网络发展的里程碑，为今天的Internet奠定了基础。 第三阶段：20世纪70年代，各种广域网、局域网和公用分组交换网的迅速发展，国际标准化组织提出了开放系统参考模型与网络协议，从理论上阐述了计算机网络发展的标准。 第四阶段是20世纪90年代，Internet、高速通信网络、无线网络的广泛应用，网络安全技术、宽带城域网、移动网络计算、多媒体网络、网络并行计算、信息高速公路、数据挖掘等将继续成为网络研究的热点。 1.2 计算机网络的定义与分类 1.2

5、.1计算机网络的定义定义为：将不同地域的具有独立功能的计算机系统和设备，通过通信设备和通信线路按照一定的形式连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统。三个基本要素： 1.“自治计算机” 2. 通信必须遵循共同的标准和协议 3. 资源共享1.2.2 计算机网络的组成1.2.3 计算机网络的分类1.不同的作用范围分类：局域网、城域网和广域网2. 按传输媒体分类：有线网络和无线网络3. 按数据传输交换方式分类：4. 按网络组建、经营和管理方式分类：公用网和专用网5. 按网络协议分类：以太网、令牌环网、FDDI网、ATM网、X.25网、TCP/IP网等。1.2.4 计算机网络的拓扑机

6、构逻辑拓扑结构是指各组成部分之间的逻辑关系；物理拓扑结构指的是各组成部分的物理连接关系。常见的网络拓扑结构有：星状、树状、环状、全连接状、不规则状等，相应的网络有星型网络、树型网络、环型网络等。常用的计算机网络拓扑结构 1.3 计算机网络的功能与应用1.3.1 网络的基本功能 资源共享 数据信息的快速传递 实现数据的集中和综合处理 负载均衡与分布式处理 提高系统的可靠性和可用性网络还可以为用户提供更为全面的服务项目，并可以以图像、声音、动画、视频等多媒体方式传输和处理信息，随着计算机技术的发展，网络也将为人类提供更多的功能1.3.2 网络的应用 办公自动化 电子数据交换 证券、期货和现货交易

7、电子银行 现代化的交流平台 远程通信网络还可以为用户提供更为全面的服务项目，并可以以图像、声音、动画、视频等多媒体方式传输和处理信息，随着计算机技术的发展，网络也将为人类提供更多的功能 1.4 计算机网络的性能指标1.速率在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的效率，也叫数据率（data rate）或比特率(bit rate),是计算机网络中的一个重要指标，速率的单位是比特每秒（b/s，或bit/s）或者Kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s等，1Tb/s=1012 b/s, 1Gb/s=109 b/s, 1Mb/s=106 b/s, 1Kb/s=103 b/s，很多情况下也写为bps（bi

8、t per second） 1.4 计算机网络的性能指标2.带宽在过去很长的一段时间内，电信线路传送的信号是模拟信号（连续变化的信号），表示通信线路允许通过的信号频带范围称为带宽，所以带宽原意就是指信号具有的频带宽度，是指信号所包含的各种不同频率成份所占用的频率范围。用带宽来表示网络通信线路所能传送数据的能力，是指单位时间内从网络的某一结点到另一个结点所能通过的最高数据率，单位是比特每秒（b/s），千比特每秒（Kb/s）、兆比特每秒（Mb/s）、吉比特每秒（Gb/s）和太比特每秒（Tb/s）。 1.4 计算机网络的性能指标3.吞吐量指在单位时间内通过某个网络的数据量。网络的吞吐量和网络的带宽和

9、速率相关，吞吐量一般用于对实际网络性能评价指标的一种度量，从而知道网络实际通过的数据量，例如100Mbps的快速以太网，其额定速率为100M b/s,但其实际吞吐量可能只有70M b/s，吞吐量可以用每秒传送的字节数表示，也可以用每秒传送的帧数（帧为网络中数据传送的一个数据单位）表示。 1.4 计算机网络的性能指标4.时延指一个数据单位从网络的一端传送到另一端所需要的时间，是一个非常重要的网络性能指标。计算机网络的时延包括发送时延、传播时延、处理时延、排队时延，总的时延是这些时延之和。四种时延产生的位置 1.4 计算机网络的性能指标5.时延带宽积时延带宽积是指任意给定的时间内链路上传输的数据量

10、。 1.4 计算机网络的性能指标6.往返时间往返时间RTT(Round-Trip Time)，是从发送方发送数据开始，到收到来自接收方的确认为止，总共经历的时间。往返时间不仅包含了链路中所有节点的发送时延，链路上的传播时延，还包括了中间结点的处理时延和等待时延。 往返时间不仅与发送数据单位的大小有关，而且和链路的繁忙状态等信息相关。 1.4 计算机网络的性能指标7.利用率利用率可以分为信道利用率和网络利用率两种，信道利用率是指信道的百分之几被用来传输数据，完全空闲的信道的利用率为零；网络的利用率是全网中信道利用率的加权平均值.右图表示了利用率和时延的示意关系。 1.4 计算机网络的性能指标8.

11、 其它非性能特征除了以上常用的性能指标外，还有费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护性等其它非性能特征。1.5计算机网络的体系结构1.5.1网络体系结构的基本概念1.协议：指在计算机网络中，为了保证两个实体之间能正常进行通信而制定的一整套约定和规则。 三个要素：语义、语法、时序2.层次右图为网络分层结构3.接口接口上下层之间的关系4.数据单元PDU（协议数据单元）是指在不同结点的对等层之间为实现该层协议所交换的数据单元；SDU是指相邻层实体间传送的数据单元；IDU由上层的服务数据单元SDU和接口控制信息ICI组成；N+1层实体通过SAP把IDU传给N层实体，接口控制信息

12、ICI被N层实体用来指导其功能任务的执行，不发送给远端的对等实体。N层实体将SDU分成一段或者几段，每段加上协议的首部构成PDU作为传送给远端对等实体的数据单元。5.服务原语原语名：表示服务类型 Connect 网络连接 Discounect 释放连接 Data 数据传输 Expedited -data 优先数据传输 Rest 复位原语类型：供用户和其他实体访问该服务时调用，有四种类型，请求原语request、指示原语indication、响应原语response和确认原语confirm。原语参数：为目的服务访问点地址、源服务访问点地址、数据、数据单元、优先级、断开连接的理由等。服务原语完成连

13、接建立的过程6.计算机网络体系结构计算机网络体系结构（Network architecture）是指网络层次结构模型与各层次协议的集合。7.面向连接服务与无连接服务面向连接服务是在两个对等实体之间进行数据传输之前，必须先建立连接，然后才能传输数据。面向连接服务方式的数据传输过程分为建立连接、数据传输和释放连接三个阶段，面向连接服务适合大量报文传输。无连接服务是在两个对等实体进行通信之前无需预先建立一个连接，因此网络资源不需要预先保留，只有在数据传输时才动态地进行分配。和面向连接不同的是它不要求两个实体同时处于活跃状态。无连接服务灵活迅速，但不能保证报文不丢失，适合少量零星报文的传输。1.5.2

14、 OSI参考模型OSI参考模型的结构1.5.2 OSI参考模型 OSI网络中数据传输过程1.5.3 TCP/IP参考模型TCP/IP与OSI参考模型的对应关系1.5.3 TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型与TCP/IP协议族OSI/RM、TCP/IP和五层网络参考模型比较五层网络参考模型1.5.4 原理体系结构参考模型计算机网络技术与应用第2章 网络设备与传输介质学习目标：了解双绞线、光纤、无线传输介质的性能及其使用掌握集线器、调制解调器的使用了解网卡的性能掌握网桥的功能、了解常用交换机的类型掌握路由器的功能和基本配置了解无线AP和无线路由器的功能学会制作网线学会自组对等网和无线网络第2

15、章 网络设备与传输介质 2.1 传输介质2.1.1 双绞线1. 双绞线的结构和分类在局域网中使用的双绞线分为两类：屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线，屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线区别在外部保护层和绝缘层之间多了一个外屏蔽层 2.1.1 双绞线2.双绞线的特点（1）价格低、易弯曲、安装维护简单。（2）传输距离一般不超过100米。（3）适合结构化布线。（4）非屏蔽双绞线抗干扰能力比其它传输介质差。3.双绞线的连接方式 直连线和交叉线直连线 交叉线 水晶头2.1.2 光纤1.光纤的结构2.光纤的工作原理常规光纤传输系统结构光纤的传输模式可以分为两类：单模光纤和多模光纤。3.光纤的特点和其它导向型传输媒体比较，光纤

16、几乎不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率的传输中保持低误码率。因此光纤传输的安全性与保密性都很好；光纤线径细，重量轻且柔软；光信号的衰减也极小，可以在2.5Gbps的传输速率下，不用中继器传输数十千米。光纤具有低损耗、高带宽、高速率、低误码率、安全性好等优点，是一种最有前途的传输介质。4.光纤的接入光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性好等优点，在干线通信中扮演着重要的角色，所以光接入网（Optical Access Network，OAN）是发展宽带接入的长远解决方案。2.1.3 无线传输介质 1.无线电波将频率低于31011Hz的电磁波称为无线电波，波长范

17、围从0.1mm的微波到3km的长波，无线电波通过多种方式从发射天线到接收天线，主要有自由空间波、对流层反射波、电离层波和地波；无线电波应用在无线广播和电视节目、手机和计算机数据通信。无线通信有两种方式：单频通信和扩频通信频率范围符号用 途3Hz3kHz极低频ELF音频电话、数据终端、远程导航、水下通信、对潜通信3kHz30kHz甚低频VLF远程导航、水下通信、声纳30kHz300kHz低频LF导航、信标、电力线、通信300kHz3MHz中频MF调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3MHz30MHz高频HF移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电30MHz300MHz甚高频VHF电视、调频广

18、播、空中管制、车辆、通信、导航、寻呼300MHz3GHz特高频UHF微波接力、卫星和空间通信、雷达、移动通信、卫星导航，无线局域网3GHz30GHz超高频SHF微波接力、卫星和空间通信、雷达，无线局域网30GHz300GHz极高频EHF雷达、微波接力，射电天文GHz GHz至高频（丝米波）光纤通信无线光通信无线电波频段划分及典型应用 2.微波通信微波是频率范围在331011Hz的无线电波。微波通信主要采用扩频通信的原理，微波通信不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。 利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离,因此是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各

19、种专用通信网。微波数据通信系统有两种形式：地面（基于地球表面）系统和卫星系统，它们使用的频率比较相似，一般微波通信指的是地面微波。 2.微波通信传播的距离就越远，两者之间的关系用公式表示为：其中d为天线之间的最大距离，单位为Km，h为天线的高度，K为调节因子,一般取值为4/3。【例2.1】若两个天线所在的高度为80m，试求两个之间的最大距离。解： 3.卫星通信卫星传输的最佳频段是1GHz10GHz之间，卫星通信中最显著的传输特点是传输延时长，传输损耗大，与传输距离、频率和天气都有关系。卫星通信的工作原理 4. 红外线红外线是一种光线，也是一种电磁波，其波长在750nm到1mm，频率高于微波而低

20、于可见光，是肉眼看不到的光，家庭遥控器大多采用红外传输技术。红外线的传输方式有两种：一种是点对点方式，在点到点之间利用红外线介质实现数据传输，其优点是可以减少衰减，不易被人发现和截获，保密性强，几乎不会受电气、天电、人为干扰，抗干扰性强，但在实现的时候要保持发射器和接收器在同一直线上。另一种是广播方式，允许有多个接收器同时接收信号。 2.2物理层上的网络设备 2.2.1 集线器1.集线器（Hub）的定义和作用 用集线器实现多台计算机互联2.集线器的工作特点根据IEEE802.3协议，集线器的功能是随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备(交换机、路由器或服务器等)进行通信

21、。3.集线器分类集线器有很多种类型。 1)按结构和功能分类:未管理的集线器、堆叠式集线器和底盘集线器三类。2) 按局域网的类型分类：集线器可分为五种不同类型,单中继网段集线器、多网段集线器、端口交换式集线器 、网络互联集线器、交换式集线器。 堆叠式集线器2.2.2 调制解调器调制解调器(Modem)，是调制器（Modulator）与解调器（Demodulator）的简称，其外形如图。调制解调器的工作过程Modem的安装Modem的安装过程可以分为硬件和软件安装两个部分，下面以串口modem的安装和ADSL网络接入为例介绍其安装过程：1）外置Modem的串口连接 (1)Modem的硬件安装： 第

22、一步：连接电话线。把电话线的RJ-11插头插入Modem的Line接口，再用电话线把Modem的Phone接口与电话机连接。 第二步：将Modem配置的电缆线一端与Modem连接，另一端与主机上的COM口连接，记住是连接的是第几个com口。 第三步：将电源变压器与Modem的POWER或AC接口连接。接通电源后，Modem的MR(Modem准备就绪)指示灯亮。(2)Modem的软件安装： 硬件安装完成后，打开计算机电源，Windows系统会报告“找到新的硬件设备”，此时只需选择“硬件厂商提供驱动程序”，并插入Modem的安装盘即可。如果Windows系统启动后未能侦测到Modem，按以下步骤完

23、成安装： 第一步：进入Windows的【控制面板】，双击【电话调制解调器选项】图标，单击【添加】按钮。 第二步：选中【不要检测我的调制解调器，我将从列表中选定(D)】，然后单击【下一步】； 第三步：在Modem列表中选择相应的厂商与型号，然后单击【下一步】。或者插入Modem的安装盘后，选择【从磁盘安装】即可。2）ADSL拨号上网设置第一步：硬件连接，将ADSL调制解调器和电脑连接上，记住你的上网账号和密码。第三步：设置拨号连接的相关内容创建连接的向导第二步：进入【网上邻居】，打开【网络连接】，选择左边的【创建一个新的连接】，如图所示。第四步：选择向导中的【连接到Internet(C)】第五步

24、：选择【手动设置我的连接】，通过手动设置建立和Internet网络服务提供商ISP的连接。第七步：设置连接的名称第六步：在向导中选择【用要求用户名和密码的宽带连接来连接】第九步：点击完成，就实现了一个ADSL拨号上网的连接建立第八步：填入ISP给定的用户名和密码，同时可以勾上下面的两个复选框第十步：在桌面会出现一个【ADSL拨号上网】的图标，双击这个图标就可以上网了2.3数据链路层上的网络设备2.3.1 网卡查看网卡MAC：单击【开始】【运行】，在命令提示行中输入CMD命令，弹出DOS窗口，在DOS命令行中输入IPCONFIG/ALL网卡的功能网卡是工作在数据链路层的网络组件，提供物理层和数据

25、链路层的服务，是局域网中连接计算机和传输介质的接口网卡功能结构网卡的工作过程在选购网卡时要考虑的因素网卡的安装(1）网卡的硬件安装右图为正常安装(2)软件安装主要是安装和配置TCP/IP协议(3)PING命令测试命令格式：ping IP地址或主机名 -t -a -n count -l size 参数含义： -t不停地向目标主机发送数据； -a 以IP地址格式来显示目标主机的网络地址 ； -n count 指定要Ping多少次，具体次数由count来指定 ； -l size 指定发送到目标主机的数据包的大小。 首先可以先ping一下本机，命令为Ping 2.3.2 网桥网桥的工作原理网桥的类型（

26、1）透明网桥 （2）源路由选择网桥综上所述，网桥能够连接多个局域网构成具有多个网段的系统，实现网络系统地理范围的扩展，也能够将系统分割成若干个局域网段，实现系统的扩展；在数据帧的处理上，网桥比集线器更智能，能够对收到的数据帧分析并根据地址信息进行转发或丢弃处理，维护地址表和控制对网络的广播。2.3.3 二层交换机交换机的工作过程对数据帧的处理方式：1） 直接交换 2）存储转发交换 3）改进的直接交换具体的工作流程如下： 1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的； 2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在MAC地址表中查

27、找相应的端口； 3）如果MAC地址表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接发送到这个端口；如果MAC地址表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习到目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。交换机的结构（a） 软件执行交换结构 （b） 矩阵交换结构 交换机的结构（c) 总线交换结构 (d) 共享型存储器交换结构 交换机的作用（1）提高了系统的带宽（2）流量控制（3）采用专用集成电路处理器（4）拓展网络的范围交换机分类（1）根据网络覆盖范围可分为广域网交换机和局域网交换机；（2）根据传输介质和传输速度可分

28、为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等；（3）根据工作协议层可分为二层交换机和三层交换机；（4）根据规模应用可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。（5）根据是否支持网管功能又可分为网管型交换机和非网管型交换机。常用交换机简介（1）核心交换机常用的核心交换机有思科的Catalyst 6500系列交换机、华为的S9300系列交换机和锐捷的S8600、S9600系列交换机。（2）汇聚层换机常用的汇聚交换机有思科的Catalyst 4500系列交换机、华为的S5300系列交换机和锐捷的S3760、S5760系列交换机。（3）接入交换

29、机常用的接入交换机有思科的Catalyst 2960系列交换机、华为的S2300系列交换机和锐捷的S2100、S2600系列交换机。2.4 网络层的网络设备2.4.1 路由器路由器是连接网络的核心设备路由器由硬件和软件两个部分组成的，硬件部分包括处理器、内存、接口、控制端口等。路由器的端口路由器的功能(1) 路由选择(2) 数据转发数据包的转发过程路由器的工作原理路由器根据接收到的数据报所含的目的地址，在转发表中查找所含的目的网络地址，若找到了目的网络地址，就将数据报的TTL值减1，重新计算检验和，在数据链路层帧的首部修改MAC地址、校验等相关信息后，将数据报进行封装，当数据报被送到输出端口时

30、，需要按照顺序等待、发送。路由选择策略（1）静态路由使用ip route全局配置命令配置静态路由有两种形式：第一种形式为点到点拓扑网络(如专线)，可以简单地指明接口，命令格式为ip route 目的网络 掩码 外出端口 第二种形式适合所有拓扑结构，格式为 ip route 目的网络 掩码 下一跳路由器的IP地址【例2.1】 有3台Cisco 2500路由器分别为R1、R2、R3，按照图2-29所示拓扑图连接，完成三个路由器的静态路由配置。（2）动态路由选择策略动态路由是按照一定的算法，发现、选择和更新路由的过程。一个好的动态路由选择算法应该是（1）算法必须正确完整，也就是说分组沿着该算法设计出

31、的路径可以到达目的主机。（2）算法要简单，不能加大系统开销。（3）算法能适应网络结构的变化，在网络结构发生变化时，能及时改变路由表信息，要有自适应能力。（4）能适应信息量的变化，当通信量增大时，能均衡各链路的负载。（5）算法具有相对的稳定性，当网络没有变化时，算法要相对稳定。（6）算法是公平的，对网络中的所有用户应该是平等的。（7）通过算法得到的结果应该是最佳路径。2.4.2 三层交换机三层交换机提供的功能：1、分组转发2、路由处理 3、内置安全机制4、具备QoS的控制功能5、其他功能2.5无线网络设备2.5.1无线网卡按接口类型分类1）台式机专用的PCI接口无线网卡 2）笔记本电脑专用的PC

32、MCIA接口无线网卡 3）USB接口无线网卡 4）笔记本电脑内置的MINI-PCI无线网卡 无线网卡支持的标准1）IEEE 802.11a ：使用5GHz频段，传输速度54Mbps，与802.11b不兼容； 2）IEEE 802.11b ：使用2.4GHz频段，传输速度11Mbps，室外传输距离300米，室内传输距离100米； 3）IEEE 802.11g ：使用2.4GHz频段，传输速度54Mbps，可向下兼容802.11b； 4）IEEE 802.11n(Draft 2.0) ：用于Intel新的迅驰2笔记本和高端路由上，可向下兼容,传输速度300Mbps。 2.5.2 无线网络连接设备

33、无线AP无线路由器2.6防火墙 防火墙的类型 1）网络级防火墙 2）应用级防火墙 3）电路级防火墙 防火墙的功能 1）网络安全的屏障 2）强化网络安全策略 3）监控审计网络活动 4）防止内部信息的外泄2.7实验指导2.7.1 制作网线1. 实验目的(1)学会非屏蔽双绞线网线的制作方法。这类网线是目前应用最广的，但要注意不同用途的双绞线网线的线序不同（直连线和交叉线）。(2)掌握直连网线的制作，能自己独立做网线。2. 实验环境非屏蔽双绞线、RJ-45水晶头、压线钳、测线仪。2.7.2 对等网络的组建1. 实验目的(1)清楚星型网络拓扑结构。(2)掌握组建简单星型局域网的技术和方法。2. 实验环境

34、(1)硬件：交换机或集线器1台，标准直连网线若干条，带网卡的 PC机若干台。(2)软件：PC机中已装好windows xp操作系统。3. 实验说明星型拓扑结构由一个中央节点和若干个从节点组成，中央节点可以和从节点直接通信，而从节点之间的通信必须通过中央节点转发，其拓扑结构图如图所示：星型结构的主要优点：(1)网络结构简单，便于管理、维护和调试。(2)控制简单，建网容易，移动某个工作站非常简单。(3)每个连接只接一个设备，单个连接的故障只影响一个设备， 不会影响全网。(4)每个站点直接连到中央节点，故障容易检测和隔离，可很方 便地将有故障的站点从系统中删除。(5)任何一个连接只涉及到中央节点和一

35、个站点，控制介质访问 的方法简单，使访问协议也十分简单。星型结构的主要缺点：中央节点负荷太重，而且当中央节点产生故障时，全网不能工作，所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高。2.7.3 无线网络的接入1. 实验目的(1)了解常用的无线网络的协议标准。(2)掌握组建办公室（家庭）无线局域网的技术和方法。 2. 实验环境(1)硬件：无线宽带路由器1台（本书实验用TP-Link TL-WR641G 108M一台），标准直连网线2条，带有线网卡的电脑1台，带无线网卡的电脑若干台。(2)软件：电脑中已装好windows xp操作系统。3. 实验说明无线局域网的原理和我们熟悉的有线网络是基本相同的，只是用

36、一台无线接入器（即无线AP）代替冗长的网线，无线信号传输使用无线局域网协议。802.11是IEEE（美国电子电气工程师协会）在1997年为无线局域网(Wireless LAN)定义的一个无线网络通信的工业标准。此后这一标准又不断得到补充和完善，形成802.11x的标准系列。IEEE 802.11b标准是现在无线局域网的主流标准，也是Wi-Fi的技术基础。 目前主流的无线协议802.11x，主要有IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11a、IEEE 802.11n四类。 计算机网络技术与应用第3章 网络通信协议学习目标：了解TCP/IP模型的各层协议了解分类IP

37、地址掌握子网的划分和CIDR技术了解NAT技术理解IP数据报的格式及IP的分片、重组理解ARP的工作过程学会ICMP协议的工作过程掌握路由协议的工作原理及其配置方法理解TCP协议的工作原理学会用Wireshark分析网络数据包第3章 网络通信协议 3.1TCP/IP模型的各层协议 TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型与TCP/IP协议族 3.2 IP协议3.2.1 物理地址 在网络中每个主机都有一个可识别的地址，这个地址就是物理地址。3.2.2 IP地址 1. IP地址的结构2. IP地址的类型（1）分类IP地址（2）特殊IP地址（3）私有IP地址分类IP地址3. 主机和路由器的网络接口

38、与IP地址4. 网络传输过程中地址的变化IP地址和物理地址的位置3.2.3 划分子网对于三级结构的IP地址，IP地址和子网掩码的关系IP地址是，掩码为，判断它的网络号和子网号的例子采用子网掩码计算网络地址子网划分的方法(1)定长子网掩码步骤为： 1）确定需要划分的子网数量。 2）确定被网络中主机部分的位数。 3）根据子网数量，确定子网部分所需的位数，位数和子网个数的关系为2n m+2，求满足公式的最小值。（n为位数，m为子网数）。 4）计算子网掩码。 5）确定每个子网的地址范围下面以一个B类地址为例说明利用定长子网掩码划分子网的方法。子网号的位数子网掩码子网数每个子网的主机数221638236

39、8190414409453020466621022712651082542549285101261092102262112420463012404094141348819061452163822【例3.1】 某单位分到一个C类地址，需要将网络划分为2个子网。试划分子网，计算子网地址、子网掩码及每个子网中的主机范围。解： 需要划分的子网数量是2；C类地址的网络部分占24位，主机部分占8位；子网所占的位数为n，满足2n m+2的最小值为2，即子网部分为两位。 子网掩码为24位+2位=26位连续的1，后面为6个连续的0，即11111111 11111111 11111111 11000000，用点分

40、十进制表示为92。总的子网地址如表子网地址第一字节第二字节第三字节第四字节11001010110011001101110000 000000401 0000002810 0000009211 000000【例3.1】中的子网地址、子网掩码、和主机地址范围子网地址子网掩码主机地址范围49252628922990子网划分的方法(2)变长的子网掩码步骤为： 1）按每个子网所含的主机地址从小到大排列。 2）计算每个子网所需主机部分的位数。 3）对主机部分位数从小到大的顺序进行编码，要忽略子网号为0的编码。 4）确定划分得到的子网地址和子网掩码。【例3.2】 获得一个C类地址，需要划分3个子网，每个子网

41、包含的主机数分别是60，10和20，网络连接方法见图所示。要求为路由器1、2、3留出两个点对点连接的子网。 例3.2 网络拓扑结构解：根据上面的划分步骤：在该系统中，共有5个网络，每个网络的主机数分别为2、2、10、20、60。计算每个子网所需的主机部分的位数为2、2、4、5和6。网络号子网号主机号202.204.220000001*000010*已用地址0000*主机号占2位的子网号编码网络号子网号主机号202.204.2200000*0001*已用地址000*主机号占4位的子网号编码主机号占5位的子网号编码主机号占6位的子网号编码网络号子网号主机号202.204.220000*001*已用

42、地址00*网络号子网号主机号202.204.22000*01*划分的子网地址和掩码地址如表主机数子网地址子网掩码子网号252000001252000010106400001202240016049201例3.2用可变长掩码划分子网【例3.3】 某机构得到一个C类地址，需要分配给5个子网和6个点对点链路连接子网，每个子网的主机数分别为10、20、30、50、60，点对点链路子网的地址数为2，试采用变长子网掩码划分子网解： 共有11个子网，按每个子网所含主机地址数从小到大排列为2、2、2、2、2、2、10、20、30、50、60。 对每个子网所需主机部分的位数分别是2、2、2、2、2、2、4、5、

43、5、6、6。主机号占2位的子网号编码网络号子网号主机号202.204.208000001*000010*000011*000100*000101*000110*已用地址0001*主机号占4位的子网号编码网络号子网号主机号202.204.2080001*0010*已用地址001*主机号占5位的子网号编码主机号占6位的子网号编码网络号子网号主机号202.204.208001*010*011*已用地址01*网络号子网号主机号202.204.20801*10*11*例3.3采用可变长子网掩码划分子网表子网数子网地址子网掩码2522522252265220522452102402042430624502

44、892609292使用子网的分组转发算法为：(1)从收到的数据报的首部提取目的IP地址。(2) 从路由表的第一条记录的子网掩码和目的IP地址的各位逐位相“与”，看结果是否和对应的这条记录的目的网络地址相符，如果相符就把该分组在数据链路层封装成帧，转发给本条记录的下一跳，否则执行（3）。(3) 再将目的IP地址和下一条记录的子网掩码逐位相“与”，看结果是否与这条记录的目的网络地址相符，若相符，就将分组从该条记录的下一跳转发出去，否则执行（3）。(4) 一般来说路由器的路由表最后一条记录是一个默认路由，也就是说如果和前面的所有记录进行了匹配，没有找到相匹配的网络，最后从默认的路由端口进行转发，如果

45、没有默认的路由，就报告出错信息或丢弃该分组。使用子网的分组转发算法为：(1)从收到的数据报的首部提取目的IP地址。(2) 从路由表的第一条记录的子网掩码和目的IP地址的各位逐位相“与”，看结果是否和对应的这条记录的目的网络地址相符，如果相符就把该分组在数据链路层封装成帧，转发给本条记录的下一跳，否则执行（3）。(3) 再将目的IP地址和下一条记录的子网掩码逐位相“与”，看结果是否与这条记录的目的网络地址相符，若相符，就将分组从该条记录的下一跳转发出去，否则执行（3）。(4) 一般来说路由器的路由表最后一条记录是一个默认路由，也就是说如果和前面的所有记录进行了匹配，没有找到相匹配的网络，最后从默

46、认的路由端口进行转发，如果没有默认的路由，就报告出错信息或丢弃该分组。【例3.4】 如图3-14所示网络，以及路由器R1的路由表信息，现在主机A要和主机B进行通信，分析路由器转发分组的过程。路由器在子网中转发分组3.2.4 无分类域间路由选择（CIDR）技术1. 无分类域间路由选择概念无分类域间路由选择CIDR(Classless Inter-Domain Routing)也称为超网，是在可变长子网掩码的基础上研究出来的无分类编址方法。2. CIDR实现路由聚合的方法实现聚合的步骤是：（1）首先把点分十进制转换成二进制。（2）提取地址中相同部分（网络部分）。（3）对每块地址聚合成一个地址，掩码

47、值的计算方法是地址值相同的部分掩码为1，不同的部分掩码为0。【例3.5】 某个校园网申请到16个C类地址，计算网络前缀和掩码。解： 11001010 11001100 11010000 00000000 11001010 11001100 11010001 00000000 11001010 11001100 11010010 00000000 11001010 11001100 11010011 00000000 11001010 11001100 11010100 00000000 11001010 11001100 11010101 00000000 11001010 11001100

48、11010110 00000000 11001010 11001100 11011111 00000000最常用的CIDR地址块CIDR前缀子网掩码包含的地址数相当于分类地址的网络数/13512k-28个B或者2048个C/14256k-24个B或者1024个C/15128k-22个B或者512个C/1664k-21个B或者256个C/1732k-2128个C/1816k-264个C/198k-232个C/204k-216个C/212k-28个C/221k-24个C/23512-22个C/24256-21个C/2528128-21/2个C/269264-21/4个C/272432-21/8个C

49、3.2.4 无分类域间路由选择（CIDR）技术3. 路由器的转发在CIDR中，IP地址由网络前缀和主机号组成，因此在路由表中的项目也要有所变化，可以由网络前缀和下一跳组成。但是在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。【例3.6】 学校的地址段/20，计算机系的地址段/24，路由器的接口0属于网段，接口1属于网段，如果有一个IP数据报的目的地址为4，问路由器由哪个端口转发。解： 4和/20的掩码逐位相“与”得到/20网络，和学校的网络前缀相匹配。 4和/24的掩码逐位相“与”得到/24网络，和计算机系的网络前缀相匹配。 根据最长网络前缀匹配的原则，所以该IP数据报由接口1转发。3.2.5 网络

50、地址转换（NAT）技术1. NAT的基本概念本地私有地址和全球IP地址的共存3.2.5 网络地址转换（NAT）技术2. NAT的工作原理NAT的基本工作原理3.2.5 网络地址转换（NAT）技术2. NAT的工作原理IP分组的源地址信息和目的地址信息就包含两个部分，一个是IP地址，另一个是端口号。所以路由器中有一个地址转化表，存放着所有逻辑连接的关系，如图。 基于端口的地址转换表源地址源端口号替换IP地址替换端口号00532112343.2.5 网络地址转换（NAT）技术3.动态NAT设一个部门有1000台主机，分配了一组全球IP地址为/24，本地主机要访问WEB服务器1，当向服务器发送第一个

51、分组时，路由器从还没有分配的全球IP地址中选择一个IP地址分配给该主机，并将地址转换关系和终端开始的会话绑定在一起，写到转发表中，见图。动态NAT的地址转换表地址转换关系会话标识符源IP地址替换IP地址源IP地址目的IP地址源端口号目的端口号15321803.2.5 网络地址转换（NAT）技术动态NAT实现地址转换的过程动态NAT地址转换3.2.5 网络地址转换（NAT）技术4.静态NAT无论是基于端口的地址转换还是动态的NAT，都只能实现从内部网络到外部网络单方向的会话，如果想实现双向会话，就要在边界路由器建立本地主机IP地址和某个全球IP地址之间的映射关系，这种地址转换方法就是静态NAT。

52、静态NAT地址转换3.2.6 IP数据报分析1.IP数据报的结构3.2.6 IP数据报分析2.IP数据报的格式版本：长度为4位，它表示使用的IP协议的版本号首部长度：长度占4位，该字段的长度单位为32位服务类型：长度为8位，用于指示路由器如何处理该数据报，服务类型由4位服务类型和3位优先级类型组成，其结构见图。IP数据报的优先级从000111共分为8级优先等级描述000路由信息001优先权信息010立即传送011迅速传送100最优先传送101关键信息110网间控制111网络控制服务优先等级列表以上这些标识可以帮助路由器选择对应的传输路径，另外不同的应用程序对这四个参数的要求是不相同的，如表协议

53、DTRC位描述ICMP0000正常BOOTP0000正常NNTP0001最小代价SNMP0010最高可靠性FTP(数据)0100最大吞吐量FTP(控制)1000最小时延TFTP1000最小时延SMTP(数据)0100最大吞吐量SMTP(命令)1000最小时延DNS(区域)0100最大吞吐量DNS(TCP查询)0000正常DNS(UDP查询)1000最小时延典型应用程序的服务类型参数位组合列表3.2.7 IP分片与重组1.为什么要进行分片和重组几种典型网络中数据帧的MTU值：Token Ring网的MTU长度为：17914字节。FDDI环网的MTU长度为：4352字节。Ethernet网的MTU

54、长度为：1500字节。X.25网的MTU长度为：576字节。PPP协议的MTU长度为：296字节。3.2.7 IP分片与重组2. 分片的基本方法IP数据报的分片方法3.2.7 IP分片与重组3. 报文分片和分片相关的数据报报头信息有：标识域、标志域和片偏移。【例3.7】 一个标识为11111数据报的总长度为5000字节，使用的是固定的IP首都，现在该数据报通过以太网，以太网的MTU（最大传输单元）为1500字节，问如何进行分片，每个数据报片的总长度、MF、DF和片偏移为多少？解：数据报总长度为5000字节，使用的是固定的IP首部20字节，所以数据部分的长度为4980字节。数据报分片情况数据报/

55、分片总长度标识MFDF片偏移原数据报500011111000数据报片1150011111100数据报片215001111110185数据报片315001111110370数据报片45601111100555例3.7中和分片相关的参数值原始数据报和分片后的数据报的对照关系3.3地址解析协议完成IP地址到物理地址的映射的技术就是地址解析协议（ARP）1.地址解析协议ARP在分组传输中使用了两类地址，一个是逻辑地址，另一个是物理地址。所谓逻辑地址就是IP地址，逻辑地址通过软件实现的，与物理设备无关，网络层以上都使用逻辑地址。 所谓物理地址指的是硬件地址、MAC地址、数据链路层地址。物理地址是本地地址

56、，其适用范围是本地网络。物理地址通常是通过硬件实现的，如以太网的物理地址，就是写在以太网网卡中，而且还是唯一的。3.3地址解析协议2.ARP的工作原理ARP请求的实现流程 ARP应答的实现流程3.3地址解析协议3.ARP分组格式硬件类型协议类型硬件长度协议长度操作发送站硬件地址发送站协议地址接收站硬件地址接收站协议地址类型描述1以太网2实验以太网3业余无线电AX.254令牌环5混沌网6IEEE 802.X7ARC网络协议中定义的硬件类型 ARP的分组格式ARP分组在数据链路层封装成帧进行传输ARP的命令格式可以通过DOS命令查询到,如arp。ARP命令格式见图3.3地址解析协议4.代理ARP使

57、用代理ARP技术可以实现两个物理网络的互连代理ARP的工作原理逆向地址解析协议（RARP） RARP实现物理地址到逻辑地址的映射，即知道主机的物理地址，要找到相应的IP地址。 RARP的工作原理3.4ICMP协议3.4.1 ICMP的功能ICMP运行在IP协议之上 ICMP协议提供了一种机制，用于反映IP数据报处理时产生的错误信息并提供管理和状态信息。ICMP报文只报告IP数据报产生的错误，不报告ICMP数据单元本身的错误。ICMPIGMPIPARPRARP3.4.2 ICMP报文的封装ICMP报文以IP数据报的形式传输，ICMP报文被封装在IP数据报的数据部分，在IP数据报的首部的协议字段中

58、设置为1表示该IP数据报的数据部分为ICMP报文图为ICMP报文封装的过程。3.4.3 ICMP报文的类型ICMP报文分为两大类：差错报告报文和查询报文ICMP报文的格式类型类型代码报文差错报告报文3目的站不可达4源站抑制11超时12参数问题5改变路由（重定向）查询报文8或0环回请求/应答15或16信息请求/应答（已经不用）13或14时间戳请求/应答17或18地址掩码请求/应答9或10路由请求/通告0 8 16 32类型代码校验和报文首部的其它部分数据部分3.4.4 ICMP报文1.目的站不可达报文2.源站抑制报文3015校验和Unused=0（保留）原始IP数据报0 8 16 3240校验和

59、Unused=0（保留）原始IP数据报0 8 16 323.4.4 ICMP报文3. 超时报文4. 参数问题报文0 8 16 320 8 16 32110或1校验和Unused=0（保留）原始IP数据报120或1或2校验和指针Unused=0（保留）原始IP数据报3.4.4 ICMP报文5. 重定向（改变路由）报文6. 环回请求/应答报文0 8 16 320 8 16 32503校验和目标路由器的IP地址原始IP数据报8或00校验和标识符序列号原始IP数据报3.4.4 ICMP报文7. 时间戳和时间戳应答报文8. 掩码地址请求和应答0 8 16 320 8 16 3217或180校验和标识符序

60、号地址掩码13 或140校验和标识符序号原始时间戳接收时间戳发送时间戳3.4.4 ICMP报文9. 路由器请求和通告报文0 8 16 320 8 16 32100校验和保留90校验和地址数地址项目长度寿命路由器地址1地址参考1路由器地址2地址参考23.5路由协议3.5.1 自治系统和层次路由选择协议 自治系统和IGP、EGP的关系3.5.2 内部网关协议RIP1.路由信息协议RIP(1) 工作原理 路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）是一种基于距离向量的路由选择协议，可参见RFC1058，RIP协议的特点是简单，适合小型网络。RIP协议的工作过程【例3