计算机网络技术基础汇总课件

第5章计算机网络技术基础第5章计算机网络技术基础2第5章目标网络拓扑结构网络传输介质网络参考模型局域网基础Internet简单应用2第5章目标网络拓扑结构35.1网络概论基于工作过程的教学任务到学校的网管中心、微机实训中心、作为实习基地的相关公司的网络中心参观，认知计算机网络的结构、画出网络拓扑图。35.1网络概论基于工作过程的教学任务45.5.1网络基本概念计算机网络的定义现代计算机网络是自主计算机的互连集合。这些计算机各自是独立的，地位是平等的，他们通过有线或无线的传输介质连接起来，在计算机之间遵守统一的通信协议实现通信。不同的计算机网络可以采用网络互连设备实现互连，构成更大范围的互连网络。在计算机网络上达到信息的高速传送、计算机的协同工作以及硬件、软件和信息资源的共享。

45.5.1网络基本概念计算机网络的定义5计算机网络的发展计算机网络是现代计算机技术与通信技术密切结合的产物，是随着社会对信息共享和信息传递日益增强的需求而发展起来的计算机网络的演变和发展过程可概括为三个阶段面向终端的计算机网络计算机－计算机网络开放式标准化网络5计算机网络的发展计算机网络是现代计算机技术与通信技术密切结5.5.1网络基本概念网络定义说明的问题第一，一个网络中一定包含多台具有自主功能的计算机，所谓具有自主功能是指这些计算机离开了网络也能独立运行和工作。第二，这些计算机之间是相互连接的，所使用的通信手段可以形式各异，距离可远可近，连接所使用的媒体可以是双绞线、同轴电缆、光纤等各种有线传输介质或卫星、微波等各种无线传输介质。第三，相互通信的计算机之间必须遵守相应的协议，按照共同的标准完成数据的传输。第四，计算机之间相互连接的主要目的是为了进行信息交换、资源共享或协同工作。5.5.1网络基本概念网络定义说明的问题5.1.2计算机网络的分类1.根据网络使用的传输技术分类网络所采用的传输技术决定了网络的主要技术特点。在通信技术中，通信信道的类型有两类：广播通信信道与点到点通信信道。在广播通信信道中，多个节点共享一个通信信道，当一个节点广播信息时，其他节点只能处于接收信息的状态。在点到点通信信道中，一条通信线路只连接一对节点，若两个节点之间没有直接连接的线路，就只能通过中间节点转接。根据所采用的通信信道类型不同，网络的传输技术也包含相应的两类，即广播方式与点到点方式，这样相应的计算机网络也分为两类：广播式网络和点到点式网络。在广播式网络中通常要考虑信道的争用问题，而点到点式网络中则不需要考虑。5.1.2计算机网络的分类1.根据网络使用的传输技术分类5.1.2计算机网络的分类2.根据网络所覆盖的地理范围分类局域网LAN：LocalAreaNetwork

，分布距离10~1000m，速率范围为4Mbps~2Gbps；一般限制在一个房间、一幢大楼或一个单位内。城域网MAN：MetropolitanAreaNetwork，分布距离10km，速率范围为50kbps~100Mbps广域网WAN：WideAreaNetwork，分布距离100km以上，速率范围为9.6kbps~45Mbps5.1.2计算机网络的分类2.根据网络所覆盖的地理范围分类5.1.3计算机网络的拓扑结构网络拓扑结构的定义抛开网络中的具体设备，用点和线来抽象出网络系统的逻辑结构。各种不同的网络拓扑结构如图所示5.1.3计算机网络的拓扑结构网络拓扑结构的定义1.总线结构将各个节点的设备，用一根总线连接起来，网络中的所有节点（包括服务器、工作站和打印机等）都是通过这条总线进行信息传输，任何一个节点发出的信息都可以沿着总线向两个方向传输，并能被总线中所有其它节点监听到；另外，总线的负载量是有限的，而且总线的长度也有限制，所以工作站的个数不能任意多，工作站都通过T型搭线头连到总线上。作为通信主干线路的总线可以使用同轴电缆和光缆等传输介质。总线型网络中使用的大多是广播式的传输技术1.总线结构将各个节点的设备，用一根总线连接起来，网络中的所总线结构特点总线两端必须有终结器，用于吸收到达总线末端的信号，否则，信号会从总线末端反射回总线中，造成网络传输的误码；在一个时刻只能允许一个用户发送数据，否则会产生冲突；若总线断裂，整个网络失效。总线结构特点总线两端必须有终结器，用于吸收到达总线末端的信号2.星型结构以中央节点为中心，把若干个外围节点连接起来形成辐射式的互连结构，中央节点对各设备间的通信和信息交换进行集中控制和管理。星型结构的网络中使用的传输技术要根据中央节点来决定，若中央节点是交换机，则传输技术为点到点式；若中央节点是共享式HUB，则传输技术为广播式。星型结构的特点：每台主机都是通过独立的线缆连接到中心设备，线缆成本相对于总线结构的网络要高一些，但是任何一条线缆的故障都不会影响其它主机的正常工作。中心节点是整个结构中的关键点，如果出现故障，整个网络都无法工作。星型结构是局域网中最常使用的拓扑结构。2.星型结构以中央节点为中心，把若干个外围节点连接起来形成辐3.环型结构将各节点通过一条首尾相连的通信线路连接起来形成封闭的环型结构网，环中信息的流动是单向的，由于多个节点共用一个环，因此必须进行适当的控制，以便决定在某一时刻哪个节点可以将数据放在环上环型网络中使用的传输技术通常是广播式。环型结构的特点：同一时刻只能有一个用户发送数据；环中通常会有令牌用于控制发送数据的用户顺序；在环网中，发送出去的数据沿着环路转一圈后会由发送方将其回收。3.环型结构将各节点通过一条首尾相连的通信线路连接起来形成封4.树型结构从星型结构派生出来，各节点按一定层次连接起来，任意两个节点之间的通路都支持双向传输，网络中存在一个根节点，由该节点引出其它多个节点，形成一种分级管理的集中式网络，越顶层的节点其处理能力越强，低层解决不了的问题可以申请高层节点解决，适用于各种管理部门需要进行分级数据传送的场合4.树型结构从星型结构派生出来，各节点按一定层次连接起来，任5.网状结构网状结构是从广域网的角度来看的，有全网状结构和部分网状结构之分。（1）全网状结构全网状结构中，所有设备都两两相连以提供链路的冗余性和容错性优点：每个节点在物理上都与其它节点相连，如果一条线路出现故障，信息仍然可通过其它多条链路到达目的地。缺点：当网络节点很多时，链路介质的数量及链路间连接的数量就会非常大，因此实现全网状结构的拓扑非常困难，也非常昂贵，通常只在路由器之间采用。（2）部分网状结构部分网状结构中，至少有一个节点与其它所有节点相连优点：网络中的连接仍然具有冗余性，当某条链路不可用时，依然能采用其它链路传递数据，这种结构用于许多通信骨干网以及因特网中。5.网状结构网状结构是从广域网的角度来看的，有全网状结构和部5.2网络传输介质基于工作过程的教学任务认知双绞线、同轴电缆、光缆等各种有线传输介质的结构，了解其架设方式，掌握双绞线的直通线缆与交叉线缆的应用环境，制作双绞线水晶头并进行测试。网络介质指网络中的传输媒体，它连接了网络上的所有设备。计算机网络中采用的传输媒体分为有线和无线两大类，有线介质中又有铜介质和光介质之分，双绞线、同轴电缆、光纤是常用的三种有线传输介质。卫星、无线电通信、红外通信、激光通信以及微波通信等属于无线传输介质。5.2网络传输介质基于工作过程的教学任务5.2.1铜介质铜是最常见的信号传输介质，铜的导电性、抗腐蚀性（不易生锈、不易被腐蚀）、韧性（可以被拉得很细又不被折断）、可塑性等都很强，使其很适合用作电缆，常用的铜质介质有两种：同轴电缆和双绞线。5.2.1铜介质铜是最常见的信号传输介质，铜的导电性、抗腐1.同轴电缆分类及特点（1）同轴电缆结构内导体是一根实心铜线，是传输信号的通道；外导体被织成网状，用于屏蔽电磁干扰和辐射。1.同轴电缆分类及特点（1）同轴电缆结构（2）同轴电缆分类根据阻抗不同，可将同轴电缆分为50Ω和75Ω两种。50Ω同轴电缆用于传送基带数字信号，又称为基带同轴电缆，能够以10Mbps的速率传送基带数字信号。根据直径的不同又将50Ω同轴电缆分为粗缆和细缆，粗缆直径为1.47厘米—含保护外套，抗干扰性能好，传输距离远，不使用任何中继设备的情况下，能够传输500m；细缆直径为0.70厘米，价格便宜但距离近，在不使用中继设备的情况下只能传输185m，故使用同轴电缆实现远距离传输时必须使用中继器。细缆标准是10BASE-2以太网，粗缆标准是10BASE-5以太网。75Ω同轴电缆用于进行模拟信号的传输，传输过程中采用了频分多路复用方式同时传输多路信号，又称为宽带同轴电缆，是有线电视CATV中使用的标准同轴电缆。（2）同轴电缆分类根据阻抗不同，可将同轴电缆分为50Ω和75（3）同轴电缆特点频带较宽（是指宽带同轴电缆），传输速率较高；损耗较低，传输距离较远(200m，500m)；辐射低，保密性好，抗干扰能力强。尽管同轴电缆有许多优点，但是因为安装时必须考虑接地问题，难度比双绞线大得多，所以在新的以太网中已经很少采用同轴电缆作为传输介质了。（3）同轴电缆特点频带较宽（是指宽带同轴电缆），传输速率较高2.双绞线的分类及特点双绞线由两根绞合成有规则的螺旋形图样的绝缘铜线组成，线对扭绞在一起可以减少相互间的辐射电磁干扰。主要有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线之分。屏蔽双绞线（STP）：外皮为金属，具有屏蔽能力，但价格昂贵，安装也很困难，需要接地。非屏蔽双绞线（UTP）：外皮为塑料，不具有屏蔽能力，但价格便宜，安装方便，2.双绞线的分类及特点双绞线由两根绞合成有规则的螺旋形图样的（1）常用的UTP电缆类型1类（CAT1）——用于电话通信，不适合传输数据。2类（CAT2）——可传输数据，最大速率4Mbps。3类（CAT3）——用于10BASE以太网，最大速率为10Mbps。4类（CAT4）——用于令牌环网，最大速率为16Mbps。5类（CAT5）——用于快速以太网，最大速率100Mbps。超5类（CAT5e）——用于最大速率为1Gbps的以太网。6类（CAT6）——是2003年2月提出的规范，用于最大速率为1Gbps的以太网。在旧的网络布线中，3类用于传输语音，5类用于传输数据。最新的布线中，超5类以上的线缆用于传输数据和语音。UTP有两种接头：RJ45头和RJ11头。RJ45头使用8芯，连接以太网网卡。RJ11头使用2芯，连接电话线路。（1）常用的UTP电缆类型1类（CAT1）——用于电话通信5.2.2双绞线缆的制作1.RJ45头制作标准前面已经提及，在局域网中双绞线所使用的接口是RJ45头，根据AT&T接线标准，双绞线与RJ45接头的连接方法主要有两种标准：TIA-568-A标准和TIA-568-B标准A标准：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕B标准：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕在普通以太网的应用标准中，通常4对电缆中只有两对真正用于发送和接收数据，分别是白绿和绿、白橙和橙。5.2.2双绞线缆的制作1.RJ45头制作标准2.直通线缆和交叉线缆根据双绞线缆所连接的设备情况，制作线缆时两头所采用的标准也可以不同。那么，根据双绞线两端使用的RJ45头标准，双绞线线缆可分为直通线缆和交叉线缆两类。（1）直通线缆：水晶头两端都是遵循568A或568B标准，双绞线的每组绕线是一一对应的。颜色相同的为一组绕线。适用场合：交换机（或集线器）的Up-Link口--------交换机（或集线器）的普通端口；交换机（或集线器）的普通端口-------------计算机网卡。2.直通线缆和交叉线缆根据双绞线缆所连接的设备情况，制作线缆关于Up-Link口的说明Up-Link口就是交换机上最常见的一种端口，也是我们通常所说的级联端口，它是两台交换机之间进行级联的端口，Up-Link口内部无交叉，而其它端口内部有交叉，所以使用一个级联端口与一个普通端口连接两个交换机时直接使用直通线缆就可以了。另外，Up-Link口和与其相邻的普通UTP口使用的是同一通道，因而如果使用了Up-Link口，另一个与之相邻的普通端口就不能再使用了，这两个端口称为共享端口，不能同时使用。计算机网卡的RJ45接口内部无交叉。总结：根据上面的描述，可以看出如果双绞线缆两端连接的设备接口分别是有内部交叉和无内部交叉的，即接口在内部结构上是不同的，这时所采用的线缆是直通线缆。关于Up-Link口的说明Up-Link口就是交换机上最常见（2）交叉线缆水晶头一端遵循568A，而另一端遵循568B标准。即两个水晶头的连线交叉连接，交叉线缆适用的场合：交换机（或集线器）的普通端口---------交换机（或集线器）的普通端口；计算机网卡-------------计算机网卡。总结：如果双绞线缆两端连接的设备接口在内部结构上是相同的，即都有内部交叉或都无交叉，这时所采用的线缆是交叉线缆。（2）交叉线缆水晶头一端遵循568A，而另一端遵循568B标3.RJ45头制作步骤-1在掌握了双绞线缆的制作标准之后，还需要掌握RJ45头的制作过程，主要包括以下几个操作步骤（1）剥线：使用剥线钳将双绞线的塑料外皮剥离1.5厘米左右，露出内部的四对扭绞在一起的双绞线（注意在剥线时，使用钳子的力度要适中，不要将塑料外皮内的双绞线割断）；（2）理线：用手指将扭绞缠绕的双绞线对分开拉直，按照TIA-568-A标准或TIA-568-B标准中规定的顺序排好序，并在距离外皮1厘米左右的位置剪齐；（3）插线：将8根双绞线同时插入水晶头中（注意插入时不要将线对顺序弄乱）；3.RJ45头制作步骤-1在掌握了双绞线缆的制作标准之后，还3.RJ45头制作步骤-2（4）压线：压线是指使用钳子的压线口将插好线的水晶头的8片凸出的铜片用力压下，压下的铜片会将每根双绞线的外皮切开，达到铜片与铜芯相连接的目的。在压线之前需仔细检查插入到水晶头中的双绞线，检查内容主要包括如下几点：一，线对顺序是否整体颠倒，是否有错乱；二，是否将线对插到水晶头顶端；三，双绞线的塑料外皮是否有0.5厘米左右插入到水晶头中；保证没有问题后才能压线。（5）测线：测线是指在制作了双绞线两端的水晶头之后，用测线仪测试线缆的连通性，如果制作的是直通线缆，则测线仪的指示灯按照1-1，2-2，3-3，4-4，5-5，6-6，7-7，8-8的顺序闪亮；若制作的是交叉线缆，则测线仪的指示灯按照1-3，2-6，3-1，4-4，5-5，6-2，7-7，8-8的顺序闪亮。3.RJ45头制作步骤-2（4）压线：压线是指使用钳子的压线5.2.3光介质在局域网的骨干通道和广域网的长距离、高带宽、点到点传输中，光纤是最普遍的介质。光纤在网络中的广泛应用是因为有如下特点：光纤对闪电、电磁干扰、无线电频率干涉不敏感，抗干扰能力很强；光纤的带宽非常宽，可采用波分多路复用技术传输多路信号；光纤中的信号衰减很低，能够保证很长距离的传输和良好的信号质量；光纤比其他介质更安全，因为很难在光纤中插入分接器，即使插入了也容易检测到；在长距离传输中，光纤成本要低于铜线介质；光纤不用考虑接地问题等。5.2.3光介质在局域网的骨干通道和广域网的长距离、高带宽1.光纤的构造及工作原理光纤的全称为光导纤维（OpticalFiber），单根光纤主要是由纤芯和覆层构成的通信圆柱体。纤芯是光纤中心供光传输的通道，所有的光信号都通过纤芯传送，有光信号相当于“1”，没有光信号相当于“0”。纤芯主要是由二氧化硅和其他元素制成。纤芯的外层是覆盖层，也是由二氧化硅制成，但折射率比纤芯低得多。通过纤芯的光线在纤芯与覆盖层的交界处反射回纤芯，从而保证光线沿着纤芯传播。围绕覆盖层的是缓冲材料，通常是塑料，用于保护纤芯和覆盖层不受破坏。1.光纤的构造及工作原理光纤的全称为光导纤维（Optical光纤分类上面提到，纤芯是光的传输通道，但并不是所有角度的光都能够进入纤芯，即光的入射角是有限制的。同样，一旦光线进入了纤芯，在纤芯内可以使用的光的路数也是有限制的，这些光路被称为模式，根据纤芯内提供的光路数量，将光纤分为多模光纤和单模光纤。光纤分类上面提到，纤芯是光的传输通道，但并不是所有角度的光都（1）多模光纤光纤的纤芯直径很大，光线传输时可以使用的路径很多。标准的多模光纤是局域网中最常用的光缆，一般采用63.5um或50um的纤芯，再加上直径125um的覆盖层，由于纤芯的直径比光的波长大得多，所以光在传播过程中不断反射。如图5.10所示。多模光纤通常采用红外发光二极管LED作为光源，相比激光，发光二极管的造价便宜很多，需要注意的安全问题也非常少，但是发射的光在光缆中传输的距离没有激光远，多模光纤传输数据的距离最远可达2km，主要用在局域网中。（1）多模光纤光纤的纤芯直径很大，光线传输时可以使用的路径很（2）单模光纤光纤的纤芯直径非常小，几乎没有空间供光线进行来回反射，只允许光线沿着一条路径通过。单模光纤使用非常汇聚的红外激光作为光源，激光光源所产生的光线以90度进入纤芯。因此单模光纤中承载数据的光脉冲基本上沿着直线在传输，大大提高了数据传送的速度和距离，单模光纤可将局域网数据传递3km的距离。（2）单模光纤光纤的纤芯直径非常小，几乎没有空间供光线进行来3.关于光缆套塑后的光纤还不能直接在工程中使用，必须把若干根光纤疏松地放在特殊的塑料或铝皮内，加上一些缓冲材料和保护外套后做成光缆，一根光缆可以包括一到数百根光纤，加上加强芯和填充物后就可以大大提高光缆的机械强度，最后加上包带层和保护外套即可使抗拉强度达到几公斤，可以满足工程施工的要求。除了增加抗拉强度外，对需要在海底铺设的光缆，其隔水和防潮能力也要特别强。3.关于光缆套塑后的光纤还不能直接在工程中使用，必须把若干根无线类的传输介质都不需要架设或铺埋电缆或光缆，而是通过大气传输，常用的无线传输方式有无线电通信、微波通信、红外通信和激光通信。1.无线电通信无线电通信在无线电广播和电视广播中已经广泛使用，使用的主要是频率在30kHz~300MHz的无线电波。国际电信联盟的ITU-R已将无线电的频率范围划分为若干波段，即低频段（30kHz~300kHz）、中频段（300kHz~3MHz）、高频段（3MHz~30MHz）、甚高频段（30MHz~300MHz）、超高频段（300MHz~3GHz）和特高频段（3GHz~30GHz），其中后面两种使用的频率范围已经是微波的范围。无线类的传输介质都不需要架设或铺埋电缆或光缆，而是通过大气传在低频和中频波段内，无线电波可以轻易地通过障碍物，但能量随着与信号源距离的增大而急剧减少，因而可沿着地球表面传播，但距离有限。在高频和甚高频波段内，无线电波的传输主要靠离地表数百千米高度的电离子层反射完成，而电离子层的不稳定会产生衰落现象，且电离子层反射将产生多径效应。多径效应是指同一信号经不同的反射路径到达同一个接收点，其强度和时延都不相同，使得最后得到的信号失真很大，传输质量比较差，一般用于传输几十至几百bps的低速数据。在低频和中频波段内，无线电波可以轻易地通过障碍物，但能量随着2.微波通信微波通信系统在长途大容量的数据通信中占有极其重要的地位，微波的频率范围为300MHz~300GHz，但主要是使用2—40GHZ的频率范围。微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。（1）地面微波接力通信由于地球表面是曲面的，而微波在空气中是直线传播的，因此其传输距离受到限制，一般只有50km左右，若采用100米高的天线塔，距离可增大到100km。故实现远距离的通信必须在两个终端之间建立若干个中继站，并且两个中继站之间必须是直视的，不能有任何障碍物，中继站把前一站送来的信号经过整形放大后再发送到下一站，这个过程称为“接力”。使用地面微波接力通信有以下缺点：相邻站之间必须直视，不能有任何障碍物；微波的传输有时也会受到恶劣天气的影响；与有线通信相比，微波通信的隐蔽性和保密性较差。2.微波通信微波通信系统在长途大容量的数据通信中占有极其重要（2）卫星通信卫星通信是利用位于3万6千公里高空的人造地球同步卫星作为中继站来转发微波信号的一种特殊微波通信形式。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，同步卫星发出的信号电磁波可以辐射到地球三分之一以上的表面，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距离地放置三颗同步卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。目前常用的卫星通信频段为6/4GHz，即上行（从地球发往卫星）频率为5.925G-6.425GHz，下行频率为3.7G-4.2GHz，频段的宽度都是500MHz。特点：容量大、距离远、质量高，但一次性投资较大，传播延迟时间长。（2）卫星通信卫星通信是利用位于3万6千公里高空的人造地球同3.红外线和激光通信和微波通信一样，红外线（IR）和激光也有很强的方向性，都是沿直线传播的。但红外通信和激光通信要把传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号后才能直接在空间沿直线传播。红外线的传输特别低，无法穿透墙壁和其他障碍物，经常用于视线范围内的近距离通信，例如遥控设备、无线鼠标和无线键盘等。3.红外线和激光通信和微波通信一样，红外线（IR）和激光也有5.3OSI参考模型基于工作过程的教学任务认知划分层次的网络体系结构的优势。在二十世纪八十年代早期，ISO（国际标准化组织）即开始致力于制定一套普遍适用的规范集合，以使得全球范围的计算机平台可进行开放式互联和通信。ISO创建了一个有助于开发和理解计算机的通信模型，即开放系统互连参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnect/ReferenceModel）。5.3OSI参考模型基于工作过程的教学任务OSI模型将网络当中通信双方的系统结构划分为七层：即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图5.11所示，在图中分别使用英语单词首字母缩写PH、DL、N、T、S、P和A表示从下到上的物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层均有自己的一套功能集，并与紧邻的上层和下层交互作用。在顶层，应用层完成与网络用户的交互。在OSI模型的底端是携带信号的网络电缆和连接器。总的说来，在顶端与底端之间的每一层均能确保数据以一种可读、无错、排序正确的格式被发送。OSI模型将网络当中通信双方的系统结构划分为七层：即物理层、由图可见，整个开放系统由作为信源和信宿的端开放系统及若干各中继开放系统通过物理媒体连接构成。端系统相当于主机，中继开放系统相当于通信子网中的节点机。在主机系统中要有七层，但通信子网中的IMP却不一定要有七层，通常只有下面三个层次，甚至可以只有物理层和数据链路层。在图5.11中，若主机A要发送数据给主机B，则数据将由主机A的应用层向下传递，在传递过程中逐层添加协议包装，最后通过物理层的网络电缆将数据传送出去，而主机B在接收数据时，则是从物理层向上传递，在传递过程中逐层去掉协议包装，最后在应用层获取到的是与主机A应用层发送出来的完全相同的数据。由图可见，整个开放系统由作为信源和信宿的端开放系统及若干各中5.3.1物理层物理层的主要功能是完成相邻结点之间原始比特流的传输。物理层协议关心的典型问题是使用什么样的物理信号来表示数据“1”和“0”；一个比特持续的时间多长；数据传输是否可同时在两个方向上进行；最初的连接如何建立；完成通信后连接如何终止；物理接口（插头和插座）有多少引脚以及各引脚的用处。物理层的设计主要包括物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题。物理层的设计还涉及到通信工程领域内的一些问题。IEEE已制定了物理层协议的标准，特别IEEE802规定了以太网和令牌环网应如何处理数据。术语“第一层协议”和“物理层协议”，均是指描述电信号如何被放大及如何通过电缆传输的标准。5.3.1物理层物理层的主要功能是完成相邻结点之间原始比特5.3.2数据链路层数据链路层（datalinklayer）的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。数据链路层完成的是网络中相邻结点之间可靠的数据通信。为了保证数据的可靠传输，发送方把用户数据封装成帧（frame），并按顺序传送各帧。在一帧中我们可以判断哪一段是地址，哪一段是控制域，哪一段是数据，哪一段是校验码等。由于物理线路的不可靠，因此发送方发出的数据帧有可能在线路上发生差错或丢失，从而导致接收方不能正确接收到数据帧。为了能让接收方对接收到的数据进行正确性判断，发送方为每个数据块计算出CRC（循环冗余检验）并加入到帧中，这样接收方就可以通过重新计算CRC来判断数据接收的正确性。一旦接收方发现收到的数据有错，将立即请求发送方重传这一帧数据，即在数据链路层对差错的控制方法采用的是自动请求重发ARQ。再者，相同帧的多次传送也可能使接收方收到重复帧。数据链路层必需解决由于帧的损坏、丢失和重复所带来的问题。另外，数据链路层还要解决发送方来的高速数据淹没慢的接收方的问题，即流量控制问题。总而言之，一句话，数据链路层的主要作用是：通过一些数据链路层协议和链路控制规程，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。5.3.2数据链路层数据链路层（datalinklay5.3.3网络层网络层（networklayer）的主要功能是进行路由选择，目的是完成不同网络中主机之间的数据包传输，其关键问题之一是使用数据链路层提供的服务将每个数据包从源端传输到目的端，这包括产生从源端到目的端的路由，并要求这条路径经过尽可能少的中间交换节点，这就是路由选择的原则。路由选择的算法可以是简单的、固定的，也可以是复杂的、动态适应的。每个节点在为数据包进行路由选择时，只决定将数据转发给自己的哪个相邻节点，而不考虑数据到达下一个节点后将怎样传输的问题。如果在子网中同时出现过多的数据包，子网可能形成拥塞，必须加以避免，而拥塞控制和流量控制也属于网络层的内容。当数据包不得不跨越两个或多个网络时，又会产生很多新问题。例如第二个网络的寻址方法可能不同于第一个网络；第二个网络也可能因为第一个网络的数据包太长而无法接收；两个网络使用的协议也可能不同，等等。网络层必须解决这些问题，使异构网络能够互连。在单个局域网中，网络层是冗余的，因为数据是以帧的方式直接从一台计算机传送到另一台计算机的，因此基本不需要使用网络层所提供的功能。5.3.3网络层网络层（networklayer）的主要5.3.4传输层传输层（transportlayer）的主要功能是完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据通信。由图5.11可见，在整个通信网络中，传输层是第一个端到端，即主机到主机的层次。有了传输层之后，高层用户就可以利用该层提供的服务直接进行端到端的数据传输，从而不必知道通信子网的存在，在互联网的环境中，各子网所能提供的网络服务往往是不一样的，而传输层的设计就是为了使通信子网的用户能够得到一个统一的通信服务，它弥补了通信子网所提供服务的差异和不足，而在各通信子网提供的服务的基础上，利用本身的传输协议，增强了服务功能。5.3.4传输层传输层（transportlayer）的通常，在高层用户请求建立一条传输虚通信连接时，传输层就通过网络层在通信子网中建立一条独立的网络连接。若需要较高的吞吐量，传输层也可以建立多条网络连接来支持一条传输连接，这就是传输分流的概念。或者，为了节省费用，传输层也可以让多个传输连接合用一条网络连接，称为复用。若通信子网提供的服务很多，传输协议就可以设计得很简单。反之，若通信子网提供的网络服务少了，传输协议的设计必然变得复杂。通常，在高层用户请求建立一条传输虚通信连接时，传输层就通过网5.3.5会话层会话层以上的各层是面向应用的，而会话层以下的各层是面向通信的。会话层最主要的目的是在传输层提供服务的基础上增加一些协调对话的功能，以便对上一层提供更好的服务。一个会话连接持续的时间可能很长。在此时间内，下面的网络连接或传输连接都可能出现故障。若故障出现在会话连接即将结束时，则整个会话活动必须全部重复一遍，这显然是非常不合理的。为解决这样的问题，会话层在一个会话连接中设置一些同步点，这样，一旦传输连接出现故障，会话活动可在出故障前的最后一个同步点开始重复，而不需要全部重复一遍。5.3.5会话层会话层以上的各层是面向应用的，而会话层以下在会话连接上的正常数据交换方式是双工方式，通信的双方能在任何时间发送数据，因而效率较高。但在这种方式下，要将应用协议设计得能够正确工作相对是比较困难的，因此会话层允许用户采用半双工的交替方式，并设置了几种权标（token，即令牌），令牌表示了使用会话服务的权利，令牌在双方交替方式下对协调双方的会话是非常有用的。会话连接与传输连接的关系不一定总是一对一的。有时，当一个会话连接结束后，不释放传输连接而使下一个会话连接继续使用该传输连接；有时也会出现另一种情况，即传输连接出现了瞬间故障，但随即又建立起另一条新的传输连接，这一情况对会话层往往是透明的，即不为会话层所知，这样一个会话连接也可以对应于多条传输连接。虽然一个传输连接可以支持多个会话连接，但这些会话连接是一个接一个地出现的，也就是说一个传输连接并不能复用多个会话连接，但是一个会话连接却可以同时使用多个传输连接。在会话连接上的正常数据交换方式是双工方式，通信的双方能在任何5.3.6表示层表示层（presentationlayer）完成某些特定的功能，对这些功能人们常常希望找到普遍的解决办法，而不必由每个用户自己来实现。值得一提的是，表示层以下各层只关心从源主机到目标主机可靠地传送比特，而表示层关心的是所传送的信息的语法和语义。表示层服务的一个典型例子是对数据进行编码。大多数用户程序之间并非交换随机的比特，而是交换诸如人名、日期、货币数量和发票之类的信息。这些对象是用字符串、整型数、浮点数的形式，以及由几种简单类型组成的数据结构来表示。5.3.6表示层表示层（presentationlay网络上计算机可能采用不同的数据表示，所以需要在数据传输时进行数据格式的转换。例如在不同的机器上常用不同的代码来表示字符串（ASCII和EBCDIC）、整型数（二进制反码或补码）以及机器字的不同字节顺序等。为了让采用不同数据表示法的计算机之间能够相互通信并交换数据，我们在通信过程中使用抽象的数据结构（如抽象语法表示ASN.1）来表示传送的数据，而在机器内部仍然采用各自的标准编码。管理这些抽象数据结构，并在发送方将机器的内部编码转换为适合网上传输的传送语法以及在接收方做相反的转换等工作都是由表示层来完成的。另外，表示层还涉及数据压缩和解压、数据加密和解密等工作。网络上计算机可能采用不同的数据表示，所以需要在数据传输时进行5.3.7应用层连网的目的在于支持运行于不同计算机中的进程之间进行通信，而这些进程是为完成不同的用户任务而设计的。应用层（applicationlayer）包含着大量的、人们普遍需要的协议。例如，若要通过网络仿真某个远程主机的终端并使用该远程主机的资源，PC机用户可以使用应用层提供的仿真终端软件。这个仿真终端程序使用虚拟终端协议VTP将键盘输入的数据传送到主机的操作系统，并接收显示于屏幕的数据。由于每个应用有不同的要求，应用层的协议集在ISO的OSI模型中并没有定义，但是，有些确定的应用层协议，包括虚拟终端、文件传输和电子邮件等都可作为标准化的候选。5.3.7应用层连网的目的在于支持运行于不同计算机中的进程5.4局域网知识基于工作过程的教学任务能够使用集线器、交换机等设备扩大网络的连接范围5.4.1局域网的物理地址1.物理地址的概念在计算机网络中，地址有物理地址和逻辑地址之分，局域网的物理地址是由硬件来处理的，又称为MAC地址或硬件地址。所谓物理地址是指固化在网卡的EPROM中的地址，这个地址在全球是唯一的。在局域网中，计算机是通过网卡中的MAC地址被唯一地标识的。无论是局域网，还是广域网中的计算机之间的通信，最终都表现为将数据分组从某种形式的链路上的初始节点出发，从一个节点传递到另一个节点，最终传送到目的节点。而数据的传递最终都是靠物理地址来确定接收方的。网络中的各节点都是将所收到的数据帧的目的MAC地址与自己的物理地址相比，以决定是接收还是丢弃该数据帧。5.4局域网知识基于工作过程的教学任务2.物理地址的结构MAC地址的结构如图5.12所示，长度为6字节，例如02-60-8C-11-12-12，为保证全球所有的站点和节点都不会存在重复的地址，MAC地址的前3个字节即高24位由IEEE注册委员会统一管理，凡生产局域网网卡的厂商都要向IEEE购买由这三个字节组成的号，称为地址块，又称为机构唯一标示符OUI。MAC地址的低24位由网卡生产厂商分配给所生产的每一块网卡。即一个厂商获得一个前三字节的地址块后，可以生产的网卡数量是16777216块，一块网卡对应一个物理地址，这样，根据网卡物理地址的前三个字节取值可以确定该网卡的生产厂商。2.物理地址的结构MAC地址的结构如图5.12所示，长度为63.物理地址的作用如果固化在网卡中的地址为00-25-14-89-54-23，将这块网卡插到主机A中，主机A的物理地址就是00-25-14-89-54-23。不管主机A是连接在局域网1上还是在局域网2上，也不管这台计算机移到什么位置，主机A的物理地址就是00-25-14-89-54-23，它是不变的，而且不会和世界上任何一台计算机的物理地址相同，当主机A发送一个数据帧时，网卡执行发送程序，直接将这个地址作为源地址写入数据帧首部；当主机A接收一个数据帧时，直接将这个地址与收到帧的目的地址比较，以决定是否接收。3.物理地址的作用如果固化在网卡中的地址为00-25-14-5.4.2局域网中的常用设备在以太网中主要的设备有网卡、中继器、集线器、网桥、交换机和路由器等，其中交换机是现代局域网中最普遍的设备。上述设备中中继器和集线器属于OSI模型的第一层，网卡、网桥和交换机属于OSI模型第二层，而路由器属于OSI模型第三层，路由器的相关知识我们在这里不做讲解。5.4.2局域网中的常用设备在以太网中主要的设备有网卡、中1.网卡网卡（NIC），又称为网络适配器（networkadapter）。网卡工作在OSI模型的第一层和第二层，网卡被看作第二层设备是因为MAC地址是被固化在网卡上的，而像网桥或交换机等第二层的设备都使用MAC地址完成数据通信。另外网卡控制着主机对介质的访问，因此网卡也工作在第一层。网卡的主要功能有如下三个：数据帧的封装与拆封：发送方发送数据时将来自上层（网络层）的数据封装成以太网帧格式，接收方接收到数据帧时则去掉帧头、帧尾，将数据交给上层处理。链路管理：主要是指CSMA/CD协议的实现。编码与译码：指基带数据编码方式的实现，如曼彻斯特编码与译码。1.网卡网卡（NIC），又称为网络适配器（networka2.中继器在第三章的“传输介质”一节中我们了解到各种传输介质往往都有最大线缆长度限制，例如在无中继设备情况下，细同轴电缆只有185的传输距离，粗缆500米，5类非屏蔽双绞线100米等，即使是性能最强的光缆也只能保证几公里的传输距离，因此若要对物理网络范围进行扩展，超出相应的线缆限制范围时，必须使用中继器（repeater）。术语中继器源于早期的可视通信，当时站在某座山上的人将重复前一座山上的人传来的信号，从而将信号传递给后面的人。电报、电话、微波和光通信都使用中继器在长距离传输中对信号进行增强。2.中继器在第三章的“传输介质”一节中我们了解到各种传输介质中继器是一个有着两个端口的设备，使用的目的是在比特级（即第一层）对网络信号进行再生和重定时，以使其在介质上能传输更远的距离。在扩展局域网段时，以10Mbps总线型以太网的4中继器规则（也称为“5-4-3规则”）作为标准，该规则规定，总线以太网最多可以使用4个中继器实现5个网段的连接，但其中只有3个网段中能够连接主机。中继器是一个有着两个端口的设备，使用的目的是在比特级（即第一3.集线器集线器实际上是多端口中继器，在很多情况下，这两种设备间的差距只是各自提供的端口数量不同。典型的中继器只有两个端口，而集线器通常有4到24个端口。另外集线器通常用在使用双绞线的10Base-T或100Base-T网络中。利用集线器连接站点，网络的物理拓扑转变为星型结构。使用集线器时，从一个端口进入的数据帧会从其它所有端口被中继转发，因此所有连接到集线器上的设备都能接收全部通信，即采用集线器的网络中计算机的通信采用的仍然是广播方式。3.集线器集线器实际上是多端口中继器，在很多情况下，这两种设4.网桥为了减少单个局域网内的通信量，有时需要将一个大型的局域网分解为多个更小、更易于管理的网段，即进行冲突域的划分，而用于将各个网段连接起来的设备包括网桥、交换机、路由器等。交换机和网桥都工作在OSI模型的数据链路层。网桥的功能可以如下描述：当其从一个端口接收到来自某个网段上的数据帧时，它能够智能决定是否需要将该数据帧传递到下一个网段。4.网桥为了减少单个局域网内的通信量，有时需要将一个大型的局对上面功能可进一步描述为，网桥的某个端口从网络上接收到数据帧后，会在网桥表中查找目的MAC地址以确定该如何处理该数据帧，结果有三种情况：过滤该数据帧、对其进行泛洪、复制到另一个网段。决策过程如下：如果目的设备所在网段与发送数据帧的源设备相同，网桥将阻止该数据帧进入其它网段，这个过程称为过滤。如果站表中找到的目的设备与源设备处于不同的网段中，网桥则将该数据帧转发到相应的网段。如果目的地址对网桥而言是未知的（即从网桥表中没有找到目的MAC地址），网桥则将该数据帧转发到接收端口以外的所有端口，这个过程称为泛洪。对上面功能可进一步描述为，网桥的某个端口从网络上接收到数据帧另外，网桥在处理数据帧时，如果数据帧中的源MAC地址在MAC地址表中不存在，网桥会为该地址在MAC地址表中创建一个新项目，即网桥能够在工作的同时完善自己的MAC地址表。由上述内容可知，网桥的所有决定都是根据MAC地址或第二层寻址做出的，不会影响逻辑的或第三次寻址，因此网桥只能划分冲突域，而不能划分广播域。另外，网桥在处理数据帧时，如果数据帧中的源MAC地址在MAC5.交换机交换机也被称为多口网桥，典型的网桥可能只有两个端口用于连接两个网段，每个网段属于一个独立的冲突域；而交换机可以有多个端口，每个端口通常用于连接一个设备，这种方式大大减少了局域网中冲突的数量，增加了带宽。与网桥一样，交换机中也存储了一个由设备的MAC地址到交换机端口的对应关系表——MAT表，并且也能够在交换数据的过程中不断完善表中的信息，交换机根据该表的信息确定将数据向哪个端口转发。尽管与网桥有很多相似之处，但交换机的运行速度远远高于网桥，并且可以支持其它功能，例如虚拟局域网。5.交换机交换机也被称为多口网桥，典型的网桥可能只有两个端口交换机的交换模式有以下几种：快速转发交换：当数据帧流经交换机时，交换机只读取到该帧的目的MAC地址部分，就通过查找MAT表立即转发。存储转发交换：交换机在转发数据帧之前先将其整体读入到缓存区中，在对整个帧的所有字段进行校验无误后才将其转发。改进型存储转发交换：只对数据帧的前64个字节进行差错校验，若无误则直接转发。当今，在数据通信中，所有的交换设备都完成两种基本操作：交换数据帧——从输入介质接收数据帧，然后从输出介质上发出交换操作的维护——交换机构建和维护交换表并查找环路。交换机的交换模式有以下几种：5.5internet基础基于工作过程的教学任务某单位根据市场部门和生产部门的需要，要将其C类网络/24划分成两个相同大小的子网，需要划分出几位作为子网号？子网掩码是什么？写出两个子网的子网号及每个子网中的IP地址的范围。Internet是通过TCP/IP及其他有关协议把网络连接起来的全球网络，它包含了成千上万个网络，被称为“网络的网络”。网络与网络之间的访问需要使用TCP/IP协议集中的服务才能实现。5.5internet基础基于工作过程的教学任务5.5.1IP地址1.IP地址结构及分类对于任何两个要进行通信的系统，它们必须能够识别和定位对方，这主要是通过IP地址实现的。IP地址是整个IP协议的核心，对路由选择有着很大的影响。前面提到Internet是“网络的网络”，每台参与网络通信的主机都必须是属于某个网络的，为了寻址方便，IP地址将号码分割为网络号和主机号两部分（即NetID+HostID），这类似于电话号的结构：区号+电话主机号，这种结构使我们可以在Internet上很方便地寻找目的主机：先按IP地址中的网络号码将网络找到，再按主机号码将主机找到。TCP/IP协议规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32比特，即4个字节。为了便于对IP地址进行管理，同时还考虑到网络的规模差异很大，有的网络拥有很多的主机，而有的网络的主机数很少，因此Internet的IP地址就被划分成5类：A、B、C、D、E类地址5.5.1IP地址1.IP地址结构及分类A类地址的最高位标志位0和之后的7位是网络号，剩下的24位表示网内主机号，这样全球最多可有126个A类网络（网络号部分取值范围是1~126，即27-2，号码0和127保留），每个A类网络中最多允许有224-2个主机（24位主机号中全0和全1保留）。只有规模非常大的区域网，如美国的MLNET才能使用A类地址。B类地址的最高两位标志位10和之后的14位是网络号部分，剩下的16位表示网内主机号，这样全球最多可有214个B类网络，每个B类网络中最多允许有216-2个主机（16位主机号中全0和全1保留）。一般大单位和大公司营建的网络使用B类地址。A类地址的最高位标志位0和之后的7位是网络号，剩下的24位表C类地址的最高三位标志位110和之后的21位是网络号部分，剩下的8位表示网内主机号，这样全球最多可有221个C类网络，每个C类网络中最多允许有28-2个主机（8位主机号中全0和全1保留）。较小的单位和公司都使用C类地址。D类地址是组播地址，而E类地址则是保留地址。为了方便使用，将IP地址中每个字节以十进制数字表示，并用“.”隔开，称为点分的十进制表示，如某A类地址01000010110100111011000100111110使用点分的十进制表示为2。在使用点分的十进制表示后，我们可以根据给定的IP地址最高字节的取值范围确定相应的地址类，A类最高字节取值范围是1~126，B类是128~191，C类是192~223，D类是224~239，E类是240~247。C类地址的最高三位标志位110和之后的21位是网络号部分，剩2.特殊的IP地址在整个可分配的地址空间中，除了分配给单个主机的地址外，还有广播地址、组播地址、零地址和私有IP地址等几种特殊的IP地址，这些特殊的地址往往并不固定分配给任何主机，在特定情况下具有特殊的作用。（1）广播地址所有主机号部分为“1”的地址被称为广播（broadcast）地址。广播地址分为两种：直接广播地址和有限广播地址。2.特殊的IP地址在整个可分配的地址空间中，除了分配给单个主直接广播地址在一特定子网中，主机地址部分全是1的地址称为直接广播地址（directbroadcast）。一台主机使用直接广播地址，可以向任何指定的网络直接广播它的数据报。例如，在网络号为的网络上，55就是该网络的直接广播地址。不在这个子网（）内的主机（如IP地址为3的机器），可以用直接广播地址55向该子网上所有的主机广播信息。协议规定，每台主机和路由器都要接收和处理目的地址为本子网广播地址的数据报。直接广播地址在一特定子网中，主机地址部分全是1的地址称为直接有限广播地址32个比特都是1的IP地址（即55）被称为有限广播地址（limitedbroadcastaddress），又称为本地网广播地址（localnetworkbroadcastaddress），该地址被用作在本网络内部广播，即一个子网内部的每台主机都可以使用有限广播地址向自己所在子网的全部主机广播数据报，这种该广播信息不会跨越路由器传递到子网外面。无论哪种广播地址都不能像其它的IP地址那样分配给某台具体的主机。因为广播地址是指满足一定条件的一组机器，这组机器的集合就是广播域。广播地址只能作为IP数据报的目的地址，表示该数据报的一组接收者，而不能作为源地址使用。有限广播地址32个比特都是1的IP地址（即255.255.2（2）组播地址五类地址中的D类地址被称为组播地址，即在–55范围内的每个IP地址，实际上都可以代表一组特定的主机。组播地址与广播地址相似之处是都只能作为IP数据报的目的地址，表示该数据报的一组接收者，而不能把它分配给某台具体的主机。组播地址和广播地址的区别：广播地址是按主机的物理位置来划分各组的（属于同一个子网，具有相同的网络号），而组播地址指定一个逻辑组，参与该组的机器可能遍布整个Internet网，而不要求属于同一个子网。组播地址主要用于电视会议、视频点播等应用。（2）组播地址五类地址中的D类地址被称为组播地址，即在224（3）零地址零地址包含以下三种情况：主机号为0的IP地址：表示一个具体的网络号，该地址从来不分配给任何一个单个主机，例如，

就是一个典型的C类网络号，表示该网络本身。网络号为“0”的IP地址，指的是本网络上的某台主机。例如，如果一台主机的IP地址为6，在某个时刻，它接收到一个IP数据报，它的目的地址中网络号部分为“0”，而主机号部分与它自己的主机号部分匹配（即IP地址为6），则接收方把该IP地址解释成为本网络的主机地址，并接收该IP数据报，此类数据报，路由器并不转发。：代表本主机地址，网络上任何主机都可以用它来表示自己，这就像人类称自己为“我”一样。（3）零地址零地址包含以下三种情况：（4）私有地址在整个可分配的地址范围中，还有一部分保留地址留给各单位内部使用，这部分地址是不能在因特网中直接使用的，因此称为私有地址，而其它可在因特网中直接使用的地址称为公共地址。使用私有地址的主机要接入因特网，必须经过地址转换NAT，将私有地址转换为公共地址才可以。保留的私有IP地址有三块地址空间：一个A类地址段、16个B类地址段和256个C类地址段。A类：~55B类：~55C类：~55另外最高字节是127的地址也被保留下来，作为本地回环地址，一般用于检查本地主机的TCP/IP协议栈是否正确加载。（4）私有地址在整个可分配的地址范围中，还有一部分保留地址留5.5.2子网划分与子网掩码1.子网划分在IP地址中，将具有相同网络号的IP地址范围称为一个逻辑子网，子网就是IP广播能够通达的范围，也就是一个广播域。一个子网一般是在路由器的同一端口下面，任何一个独立的A类、B类或C类网络都可以被称作一个子网，任何子网与其他子网之间必须通过路由器才能实现通信。（1）子网划分的意义事实上，将40亿个IP地址划分为A、B、C、D、E五类是非常不合理的。原因是：在一个逻辑子网中进行IP广播时，若主机数量过多，就会严重影响网络性能，因此尽管一个A类和B类网络支持的主机数量很大，在一个子网中也不能存在过多的主机，因此会浪费掉很多主机号。根据上述理由，就需要将一个大的标准地址段划分成更小的地址段，也就是将一个大的网络分割成多个规模较小的网络，这一过程称为子网划分。5.5.2子网划分与子网掩码1.子网划分（2）子网划分的方法一个单位分配到的IP地址总是网络号码部分，而后面的主机号部分则是受本单位控制的，由本单位进行自主分配，当一个单位的主机很多而且相互之间又具有一定的独立性时，为了便于管理，也为了方便地进行IP广播，可以将本单位所属主机划分为若干个子网，用IP地址中主机号码字段的前若干个比特作为“子网号字段”，后面剩下的仍为主机号码字段，当然在划分时，究竟取几位作为子网号字段则要根据实际需要的子网个数和子网中主机的个数确定。划分子网后，各子网之间必须使用路由器互联，如图5.15所示。图中有一个B类网络，根据需要，从16位主机号中取出前8位作为子网号，剩下8位仍旧作为主机号，图中显示有4个子网，子网号分别是、、、，使用了两个路由器连接。（2）子网划分的方法划分子网后的IP地址组成如下：IP网络号（原网络号）+子网号+主机号（即NetID+SubNetID+HostID）说明：在划分子网后，子网号和主机号部分都不能取全0和全1，即，若对一个B类网络划分子网，取6位作为子网号，剩下10位作为主机号，则拥有的子网个数是26-2个，每个子网中主机的个数是210-2个。划分子网后的IP地址组成如下：2.子网掩码及子网号计算对于一个划分子网之后的IP地址，如，如何区分哪些位是子网号字段，哪些位是主机号字段呢？这需要引入一个新的概念——子网掩码。子网掩码实际上是由一串连续的“1”和一串连续的“0”组成的32位序列，其中“1”的个数表示网络号加子网号的位数，“0”的个数表示主机号的位数，有了子网掩码后，可用如下方法获取子网ID：使用子网掩码和相应的主机IP地址进行“逻辑与”操作，获取的结果就是该主机所在的子网网络号，即：子网ID=IP地址and子网掩码例如，若指定地址的子网掩码是，则该地址所在的子网号计算方法如图所示。2.子网掩码及子网号计算注意：除了上面直接给定的子网掩码方式以外，还可以使用“斜杠表示法”指定子网掩码，如/21表示在给定的IP地址中网络号和子网号部分共占用21位。若一个单位不需要划分子网，则其子网掩码为默认值，此时子网掩码中“1”的个数是网络号码的长度，因此对于A、B、C类地址，默认的子网掩码分别是，，。注意：除了上面直接给定的子网掩码方式以外，还可以使用“斜杠5.5.3获取IP地址1.静态分配IP地址分配IP地址有两种有效的方法：静态地址分配和动态地址分配。静态分配IP地址时，需要为每台设备分配一个IP地址，每个操作系统有自己配置TCP/IP的方法，这种方法需要保存地址分配记录，因为IP地址不能重复分配，否则会产生冲突导致网络故障。并不是网络中的每台设备都需要分配一个静态IP地址，但是如果某台网络设备总是被其他设备访问，必须要为这台设备分配静态的IP地址，例如Web服务器，如果每次启动Web服务器都要获得一个新的IP地址，其他用户将很难找到这台服务器，再有，像网络打印机、应用服务器和路由器等都需要配置永久的静态IP地址。5.5.3获取IP地址1.静态分配IP地址2.反向地址解析协议RARP对于没有配置静态IP地址的工作站在入网时需要动态获取IP地址，这一过程可以使用RARP协议来实现。为了使RARP正常工作，在局域网上至少有一台主机要充当RARP服务器，RARP服务器有一个事先准备好的从各站点的MAC地址到IP地址的映射表。要入网的每个站点都知道自己的MAC地址，它将以广播方式发出一个RARP请求分组，内容是“我的MAC地址是002F39DE187A，我的IP地址是什么？”当收到RARP请求后，RARP服务器就从映射表中查询该站的IP地址写入RARP响应分组，发回给该站。RARP协议应用时，IP地址的个数与工作站的个数是一一对应的，只适用于静态环境。2.反向地址解析协议RARP对于没有配置静态IP地址的工作站3.自举协议BOOTP反向地址解析协议RARP的响应分组中只包含四个字节的IP地址，而BOOTP协议的响应分组中则包含了IP地址、默认网关地址、DNS服务器地址等内容。但是BOOTP协议同样不支持动态地址分配，只支持静态环境，IP地址的数量和主机的数量也必须是一一对应的，网络上的每个主机都需要有一个分配了IP地址的BOOTP配置文件与之对应，两个配置文件不能使用相同的IP地址，否则若两台主机同时入网，又会产生地址冲突。这种情况下，即便某主机没有入网，其IP地址也不能被其它主机使用。3.自举协议BOOTP反向地址解析协议RARP的响应分组中只4.动态主机配置协议DHCP动态主机配置协议DHCP是BOOTP协议的替代者。与BOOTP不同，DHCP允许主机动态获取IP地址，而不需要网络管理员为每台主机设置独立的配置文件。使用DHCP协议时要完成的所有工作是在DHCP服务器上指定一个IP地址范围。主机启动时会与DHCP服务器联系并请求一个IP地址。DHCP的相应分组中包含IP地址、子网掩码、默认网关地址、DNS服务器地址等内容。DHCP协议先进的关键之处是，可以将一个IP地址在不同的时段分配给多个不同的主机，只要一个主机释放该IP地址，接着就可以分配给另一个主机，这意味着IP地址数量与网络主机数量的比例是一对多的，这样可以充分利用IP地址资源。4.动态主机配置协议DHCP动态主机配置协议DHCP是BOO5.5.4域名地址1.域名系统Internet是建立在层次化的IP地址结构上的，这样可以按照地址分类来进行路由，而不用按单个地址进行路由选择。但是问题在于用户如何将正确的地址和Internet中的站点对应起来，因为IP地址与相应站点的内容之间没有任何的对应关系。为了建立起站点内容和地址的对应关系，人们开发了域名系统DNS，简称域名。域名同样是主机在Internet上的唯一标识，与IP地址之间具有一定的对应关系，是由“.”隔开的段组成，每个段中有若干个字符表示特定的含义，域名系统采用一种分层次的组织方法5.5.4域名地址1.域名系统对于一般的主机域名，其分层次的格式如下：第四级域名.第三级域名.第二级域名.第一级域名其中的级别由右向左依次降低，第一级是国家级域名，如cn，被称为顶级域名（表示美国的主机可省略这级域名，直接进入第二级，如），第二级表示组织机构名称或行政区域名,常用的组织机构名有以下几种：com—商业组织、edu—教育部门、gov—政府机构、mil—军事部门、net—网络组织、org—非政府组织等，这些组织机构名称通常也可作为顶级域名。第三级域名表示公司、学校的名称，例如sohu、sina、sdu等。第四级域名表示公司、学校网络中的主机名称。例如：表示新浪网中提供邮件服务的主机的域名。对于一般的主机域名，其分层次的格式如下：在国家级域名下注册的二级域名由该国家自行确定。例如我国将二级域名分为“类别域名”和“行政域名”，com是表示商业组织的类别域名，而bj是表示北京的行政域名。中国的二级域名由中国互联网络信息中心（CNNIC）管理，共有40多个，包括固定的类别域名和行政区域名，但需要注意的是二级域名中edu的管理和运行由中国教育和科研计算机网络中心负责，而不是由CNNIC负责。在国家级域名下注册的二级域名由该国家自行确定。例如我国将二级2.域名解析域名和IP地址之间有一定的映射关系，由域名获取IP地址的过程称为域名解析，域名解析操作由DNS服务器完成。任何一台主机要想获得Internet的域名服务，必须为自己指定或自动获取一个域名服务器的IP地址，然后当该主机想解析域名时，就把域名解析的请求发送给该域名服务器，由服务器完成解析过程。2.域名解析域名和IP