计算机网络基础网络规划课件

1、计算机网络基础网络规划课件计算机网络基础网络规划课件第二章 网络规划2.1 任务描述张老师家的台式机和笔记本通过一个集线器（Hub）已经实现了物理连接，如图2-1所示。但是怎么去实现这两台PC终端的资源共享、互相访问呢？物理连接只是网络规划设计的一部分工作，一个完善的网络规划设计还包括终端计算机网络协议配置、互连设备选择、操作系统设置、应用软件安装等一系列工作。第二章 网络规划2.1 任务描述2.2 设计与实施2.2.1 设计针对如图2-1所示的简单网络，两台PC终端已安装Windows 7操作系统，需要设置台式机IP地址为，笔记本IP地址设置为，并诊断网络连通性，为进一步的网络资源的互相访问

2、奠定基础。2.2 设计与实施2.2.1 设计2.2.2 实施步骤 1所需仪器材料台式机、笔记本各一台，均已安装Windows 7操作系统，集线器一台，已实现了物理连接。2.2.2 实施步骤 1所需仪器材料2实施步骤（1）设置固定IP地址。 在桌面上找到网上邻居图标，在上面点鼠标右键，选择属性，打开属性对话框，如图2-2所示。图2-2网上邻居属性对话框选择2实施步骤（1）设置固定IP地址。图2-2网上邻居属性对话 在出现的窗口中，单击左侧的更改适配器设置，如图2-3所示。图2-3 更改适配器设置 在出现的窗口中，单击左侧的更改适配器设置，如图2-3所示 在本地连接状态对话框中，右键单击选择“属性

3、”命令，打开“本地连接 属性”对话框，如图2-4所示。图2-4 选择“本地连接 属性”对话框 在本地连接状态对话框中，右键单击选择“属性”命令，打开“ 在“本地连接 属性”对话框中，选择Internet协议（TCP/IPv4），单击“属性”按钮，打开Internet协议（TCP/IPv4）属性对话框，如图2-5所示。 图2-5 TCP/IP属性对话框选择 在“本地连接 属性”对话框中，选择Internet协议 在Internet协议（TCP/IP）属性对话框中，填入分配的IP地址，如图2-6所示，台式机地址为，子网掩码填入，默认网关和DNS服务器暂不设置。 图2-6 IP地址设置 在Inter

4、net协议（TCP/IP）属性对话框中，填入（2）自动获取IP地址。以上是固定IP地址的设置步骤，在配置了固定IP地址的网络后，若需要查询该计算机的IP地址，则按以上步骤操作即可。在需要自动获取IP地址的网络中，在第步选择“自动获取IP地址”，系统将为该终端自动分配一个可以用的IP地址，如图2-7所示。 图2-7 自动获取IP地址（2）自动获取IP地址。 图2-7 自动获取IP地址若想查询自动分配的IP地址，可以使用ipconfig命令获取。 ipconfig属于DOS命令，因为我们首先需要打开命令提示符（CMD）。打开“开始”菜单，找到“运行”选项，输入cmd，然后按Enter键，这样我们就

5、进入到了命令提示符的输入界面，如图2-8所示。 图2-8 输入cmd命令若想查询自动分配的IP地址，可以使用ipconfig命令获取 在命令提示行输入ipconfig，然后按Enter键。 当使用ipconfig时不带任何参数选项，那么它为每个已经配置了的接口显示IP地址、子网掩码和默认网关值。如果用户安装了虚拟机和无线网卡的话，它们的相关信息也会出现在这里，如图2-9所示。图2-9 ipconfig命令显示结果 在命令提示行输入ipconfig，然后按Enter键。图（3）网络连通性测试。 按“Windows+R”组合键打开“运行”窗口，输入cmd，按Enter键进入命令提示符窗口，如图2-

6、8所示。 查看本地的TCP/IP协议是否设置好，输入ping+本机IP地址。如果接收和发送的数据都相等，那么本地IP地址设置没有问题，如图2-10所示。图2-10 ping命令执行窗口（3）网络连通性测试。图2-10 ping命令执行窗口 检验与对端计算机是否连通，输入ping +对端计算机IP地址，若收发数据相等，代表网络正常连通。ping 命令是Windows系列自带的一个可执行命令，利用它可以检查网络是否能够连通，用好它可以很好地帮助我们分析判定网络故障。应用格式：ping+IP地址。该命令还可以加参数使用，ping指的是端对端连通，通常用来作为可用性的检查。 检验与对端计算机是否连通，

7、输入ping +对端计算机IP2.3 相关知识2.3.1计算机网络协议计算机网络协议（Protocol），是计算机网络中的计算机为了进行数据交换而建立的规则，标准或约定。网络协议主要由以下3个要素组成。（1）语法。（2）语义。（3）时序。2.3 相关知识2.3.1计算机网络协议2.3.2 OSI参考模型 1OSI参考模型概述国际标准化组织（ISO）在1979年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统互连的体系结构，提出了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM），简称OSI模型。由于ISO组织的权威性，OSI

8、参考模型成为广大厂商努力遵循的标准。OSI参考模型为连接分布式应用处理的“开放”系统提供了基础。2.3.2 OSI参考模型 1OSI参考模型概述国际标准“开放”这个词表示：只要遵守OSI参考模型和有关标准，一个系统可以与位于世界上任何地方的、也遵守OSI参考模型及有关标准的其他任何系统进行连接。OSI参考模型是具有7个层次的框架，如图2-11所示，自底向上的7个层次分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。“开放”这个词表示：只要遵守OSI参考模型和有关标准，一个系图2-11 OSI参考模型示意图图2-11 OSI参考模型示意图OSI体系结构的特点（1）每个层次的对应实

9、体之间都通过各自的协议通信。（2）各个计算机系统都有相同的层次结构。（3）不同系统的相应层次有相同的功能。（4）同一系统的各层次之间通过接口联系。（5）相邻的两层之间，下层为上层提供服务，同时上层使用下层提供的服务。OSI体系结构的特点（1）每个层次的对应实体之间都通过各自的22OSI模型各层功能（1）物理层（Physical Layer）。在OSI参考模型中，物理层是参考模型的底层，也是OSI模型的第一层。物理层的主要功能是利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。物理层的作用是实现相邻计算机结点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。22OSI模型

10、各层功能（1）物理层（Physical （2）数据链路层（Data Link Layer）。数据链路层是OSI模型中极其重要的一层，为网络层提供服务，它的主要功能是在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。数据链路层向网络层提供的功能有：为网络层提供设计良好的服务接口，如何将物理层的位组成帧，如何进行差错处理以及如何进行流量控制等。 成帧。为了向网络层提供服务，数据链路层必须使用物理层提供给它的服务。物理层的工作是进行原始位流传输，不能保证位流无差错。数据链路层为保证数据的可靠传输，将数据组装成帧，按顺序传送各帧。（2）数据链路层（Data Link Layer）。 差错处理。数据链路层为了保证

11、数据的可靠传输，必须提供差错控制功能。常采用的方法包括以下几种。 数据接收方向数据发送方提供反馈信息，协议要求接收方发回特殊的控制帧，作为数据接收肯定或否定的确认。 计时器，当发送方发出一帧时，启动计时器，在一定时间间隔内，如果帧被正确接收并返回确认帧，计时器清零，如果所传出的帧或者确认信息被丢失，计时器发出超时信号，提醒发送方可能出现 差错处理。数据链路层为了保证数据的可靠传输，必须提供差错了问题，将此帧进行重传。为了避免将同一帧多次传送给网络层，通常对发出的帧进行编号，接收方通过序号辨别是重复帧还是新帧。 流量控制。数据链路层要解决的另一个问题是如何防止高速发送方的数据把低速接收方“淹没”

12、。当发送方在负载较轻的机器上运行，而接收方在负载较重的机器上运行时，容易出现“淹没”现象。解决办法是，提供流量控制来限制发送方所发出的数据流量，使其发送速率不要超过接收方能处理的速率，其中一种流量控制机制称为“滑动窗口协议”。了问题，将此帧进行重传。为了避免将同一帧多次传送给网络层，通（3）网络层（Network Layer）。数据链路层协议只能解决相邻节点间的数据传输问题，而不能解决两个主机之间的数据传输问题，因为两个主机之间的通信通常要包括许多段链路，涉及链路选择、流量控制等问题。当通信的双方经过两个或更多的网络时，还存在网络互联问题。（3）网络层（Network Layer）。 网络层的

13、主要功能 建立和拆除网络连接。 分段和组块。 有序传输和流量控制。 路由选择和中继。 差错的检测和恢复。 网络层的主要功能 建立和拆除网络连接。 网络层提供的服务。数据报服务。 虚电路服务。 网络层提供的服务。数据报服务。（4）传输层（Transport Layer）。传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁，它完成了资源子网中两节点间的直接逻辑通信，实现了通信子网端到端的可靠传输。传输层的两个主要功能是： 提供可靠的端到端的通信。 向会话层提供独立于网络的运输服务。（4）传输层（Transport Layer）。传输层是资源（4）传输层（Transport Layer）。传输层是资源子网与通信

14、子网的接口和桥梁，它完成了资源子网中两节点间的直接逻辑通信，实现了通信子网端到端的可靠传输。传输层的两个主要功能是： 提供可靠的端到端的通信。 向会话层提供独立于网络的运输服务。（4）传输层（Transport Layer）。传输层是资源（5）会话层（Session Layer）会话层的主要功能是在两个节点间建立、维护和释放面向用户的连接，并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传送。（5）会话层（Session Layer）（6）表示层（Presentation Layer）。OSI模型中，表示层以下的各层主要负责数据在网络中传输时不出错。但数据的传输没有出错，并不代表数据所表示的信息不会出

15、错。表示层专门负责有关网络中计算机信息表示方式的问题。表示层负责在不同的数据格式之间进行转换操作，以实现不同计算机系统间的信息交换。（6）表示层（Presentation Layer）。OSI（7）应用层。应用层是OSI/RM的最高层，它是计算机网络与最终用户间的接口，它包含了系统管理员管理网络服务所涉及的所有问题和基本功能。为网络用户或应用程序提供完成特定网络服务功能所需要的各种应用协议。常用的网络服务包括文件服务（FTP）、电子邮件（E-mail）、DNS等（7）应用层。应用层是OSI/RM的最高层，它是计算机网络与2.3.3 TCP/IP协议 1TCP/IP体系TCP/IP协议是互联网中

16、使用的协议，现在几乎成了Windows、UNIX、Linux等操作系统中唯一的网络协议了（微软似乎也在放弃自己的NetBEUI协议了）。也就是说，没有一个操作系统按照OSI协议的规定编写自己的网络系统软件，但却都编写了TCP/IP协议要求编写的所有程序。2.3.3 TCP/IP协议 1TCP/IP体系OSI模型和TCP/IP的对应关系图2-13 TCP/IP协议集OSI模型和TCP/IP的对应关系图2-13 TCP/IP图2-14是TCP/IP协议集中各个协议之间的关系。图2-14 TCP/IP协议集中的各个协议图2-14是TCP/IP协议集中各个协议之间的关系。图2-12网络层协议TCP/I

17、P协议集中最重要的成员是IP和ARP。除了这两个协议外，网络层还有一些其他的协议，如RARP、DHCP、ICMP、RIP、IGRP、OSPF等。（1）IP协议。网际协议（IP）是TCP/IP协议簇中最为核心的协议，所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。IP的功能是负责路由（路径选择），提供不可靠、无连接的服务，不负责保证传输可靠性、流量控制、包顺序等其他对于主机到主机协议的服务。2网络层协议IP数据报首部（报头）的格式如图2-15所示。图2-15 IP数据报首部结构IP数据报首部（报头）的格式如图2-15所示。图2-15 其中各项说明如下。版本：用来表明IP实

18、现的版本号，当前一般为IPv4，即0100。报头长度：头部占32位的数字，包括可选项。计数单位为4字节。服务类型：其中前3位为优先权子字段，现已忽略，第8位保留未用，第47位分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。当它们取值为1时，分别代表要求最小延迟、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4位的服务类型中只能置其中1位为1，但可以全为0。若全为0，表示一般服务。其中各项说明如下。总长度：指明整个数据报的长度，以字节为单位，最大长度为65535字节。标志：用来唯一标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份数据报，其值就会加1。标志位：标志一份数据报是否分段。段偏移：如果一份数据报要求分段，则此字段指明

19、该段偏移距原始数据报开始的位置。生存期：用来设置数据报最多可以经过的路由器数。选项：用来定义一些任选项，如记录路径、时间戳等。这些选项很少被使用。总长度：指明整个数据报的长度，以字节为单位，最大长度为655协议：指明IP层所封装的上层协议类型，如ICMP（1）、IGMP（2）、TCP（6）、UDP（17）等。头部校验和：内容是根据IP头部计算得到的校验和码。计算方法是：对头部中每16位进行二进制反码求和。IP不对头部后的数据进行校验。源IP地址、目标IP地址：各占32位，用来标明发送IP数据报文的源主机地址和接收IP报文的目标主机地址。协议：指明IP层所封装的上层协议类型，如ICMP（1）、I

20、G（2）ARP协议。 基本功能。在以太网协议中规定，同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。而在TCP/IP协议簇中，网络层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致在以太网中使用IP时，数据链路层的以太网协议接到上层IP提供的数据中，只包含目的主机的IP地址。于是需要一种方法，根据目的主机的IP地址，获得其MAC地址，这就是ARP要做的事情。所谓地址解析（address resolution），就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。（b）半双工通信（2）ARP协议。（b）半双工通信 工作原理。在每台安装有TCP/IP的计算机中都

21、有一个ARP缓存表，表中的IP地址与MAC地址是一一对应的。以主机A（）向主机B（）发送数据为例。当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了，也就知道了目标MAC地址，直接把目标MAC地址写入帧中发送即可；如果在ARP缓存表中没有找到目标IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“我是，我的硬件地址是主机A的MAC地址”，请问IP地址为的MAC地址是什么？网络上其他主机并不响应ARP请求，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出响应：“的MAC地址是00-aa-00-62-c6-09”。 工作原理。在每台安装有TC

22、P/IP的计算机中都有一个AR这样，主机A就知道了主机B的MAC地址，因此可以向主机B发送信息了。A和B还同时都更新了自己的ARP缓存表（因为主机A在询问时把自己的IP地址和MAC地址一起告诉了主机B），下次主机A再向主机B或者主机B向主机A发送信息时，直接从各自的ARP缓存表中查找就可以了。ARP缓存表采用了老化机制（设置了生存时间TTL），在一段时间内（一般1520分钟）如果表中的某一行没有被使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。这样，主机A就知道了主机B的MAC地址，因此可以向主机B发送 ARP格式ARP通常应用于局域网，以太网中的ARP报文格式，如图2-1

23、6所示。图2-16 以太网中的ARP报文格式图2-16 以太网中的ARP报文格式 ARP格式ARP通常应用于局域网，以太网中的ARP报文格3传输层协议传输层是TCP/IP协议集中协议最少的一层，只有两个协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。TCP协议要完成5个主要功能：端口地址寻址，连接的建立、维护与拆除，流量控制，出错重发，数据分段。3传输层协议传输层是TCP/IP协议集中协议最少的一层，只（1）端口地址寻址。网络中的交换机、路由器等设备需要分析数据报中的MAC地址、IP地址，甚至端口地址。也就是说，网络要转发数据，会需要MAC地址、IP地址和端口地址的三重寻址。因此在数据发送之前

24、，需要把这些地址封装到数据报的报头中。那么，端口地址做什么用呢？可以想象数据报到达目标主机后的情形。当数据报到达目标主机后，链路层的程序会通过数据报的帧报尾进行CRC校验。校验合格的数据帧被去掉帧报头向上交给IP程序。（1）端口地址寻址。IP程序去掉IP报头后，再向上把数据交给TCP程序。待TCP程序把TCP报头去掉后，它把数据交给谁呢？这时，TCP程序就可以通过TCP报头中由源主机指出的端口地址，了解到发送主机希望目标主机的什么应用层程序接收这个数据报。因此，端口地址寻址是对应用层程序寻址。IP程序去掉IP报头后，再向上把数据交给TCP程序。待TCPTCP/IP规定端口号的编排方法低于255

25、的编号：用于FTP、HTTP这样的公共应用层协议。2551023的编号：提供给操作系统开发公司，为市场化的应用层协议编号。大于1023的编号：普通应用程序。TCP/IP规定端口号的编排方法低于255的编号：用于FTPTCP连接的建立、维护与拆除。TCP协议是一个面向连接的协议。所谓面向连接，是指一个主机需要和另外一台主机通信时，需要先呼叫对方，请求与对方建立连接。只有对方同意，才能开始通信。图2-20 建立连接TCP连接的建立、维护与拆除。TCP协议是一个面向连接的协议TCP报头中的报文序号TCP是将应用层交给的数据分段后发送的。为了支持数据出错重发和数据段组装，TCP程序为每个数据段封装的报

26、头中，设计了两个数据报序号字段，分别称为发送序号和确认序号。出错重发是指一旦发现有丢失的数据段，可以重发丢失的数据，以保证数据传输的完整性。如果数据没有分段，出错后源主机就不得不重发整个数据。为了确认丢失的是哪个数据段，报文就需要安装序号。TCP报头中的报文序号TCP是将应用层交给的数据分段后发送的TCP使用称为PAR的出错重发方案（Positive acknowledgment and retransmission），这个方案是许多协议都采用的方法。TCP程序在发送数据时，先把数据段都放到其发送窗口中，然后再发送出去。PAR会为发送窗口中每个已发送的数据段启动定时器。被对方主机确认收到的数据

27、段，将从发送窗口中删除。如果某数据段的定时时间到，仍然没有收到确认，PAR就会重发这个数据段。PAR出错重发机制。TCP使用称为PAR的出错重发方案（Positive ackTCP进行流量控制的方法如果接收主机同时与多个TCP通信，接收的数据包的重新组装需要在内存中排队。如果接收主机的负荷太大，因为内存缓冲区满，就有可能丢失数据。因此，当接收主机无法承受发送主机的发送速度时，就需要通知发送主机放慢数据的发送速度。TCP进行流量控制的方法UDP协议在TCP/IP协议集中设计了另外一个传输层协议：无连接数据传输协议Connectionless Data Transport Protocol。这是一个简化了的传输层协议。UDP去掉了TCP协议中5个功能的3个功能：连接建立、流量控制和出错重发，只保留了端口地址寻址和数据分段两个功能。UDP