第一篇计算机网络基础知识课件

2023/7/29第1页第一章.计算机网络基础知识1.1网络概述

1.2网络的拓扑结构1.3网络的传输介质1.4网络的功能构成与传输协议1.5网络的多种分类1.6网络的访问控制方式和常用技术1.7Internet基础知识.2023/7/29第2页1.1网络概述

1.1.1计算机网络的定义与功能

1.1.2网络的发展.2023/7/29第3页1.1.1计算机网络的定义与功能网络的定义计算机网络就是利用通信线路和通信设备将不同地理位置的、具有独立功能的多台计算机系统或共享设备互连起来，配以功能完善的网络软件（即网络操作系统、网络通信协议及信息交换方式等），使之实现资源共享、互相通信和分布式处理的整个系统。网络的功能硬件资源共享。软件资源与数据资源共享。用户之间的信息交换。.2023/7/29第4页1.1.2网络的发展计算机网络发展的四个阶段1：以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算

机网络雏形。2：多个主计算机通过线路互连的初期计算机网络。3：具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化协议的标准计算机

网络。4：千兆位多媒体智能化网络。.2023/7/29第5页1.2网络的拓扑结构1.2.1星型拓扑1.2.2总线型拓扑1.2.3环型拓扑1.2.4树型拓扑1.2.5混合型拓扑1.2.6网状拓扑1.2.7蜂窝状拓扑.2023/7/29第6页1.2.1星型拓扑组成：由中央节点和各个站点组成优点：1、控制简单。2、容易做到故障诊断和隔离。3、方便服务。4、网络的扩展容易。缺点：1、电缆长度和安装工作量较大。2、过分依赖中央节点。3、各站点的分布处理能力较低。.2023/7/29第7页1.2.2总线型拓扑总线型拓扑：采用单根传输线作为传输介质，所以的站点（包括工作站、共享设备和文件服务器）都通过硬件接口直接连到这一公共传输介质上，或称总线上。优点：1、隔离性好，一个站点出现故障，不会影响其他站点工作。2、所需电缆数量少，价格便宜，且安装容易。3、结构简单，连接方便，易实现、易维护。4、增加或减少用户比较方便。缺点：1、系统范围受到限制。（电缆工作长度：2km，扩展需中继器）2、故障诊断较困难。.2023/7/29第8页1.2.3环型拓扑组成：由网络中若干中继器使用电缆通过点到点的链路首尾相连组成一个闭合环。优点：1、电缆长度短。2、增加或减少工作站时，仅需要简单地连接。3、单方向传输，适用于光纤，传输速度高。4、抗故障性能好。5、单方向单通路的信息流使路由选择控制简单。缺点：1、环路上一个站点出现故障，会造成整个网络瘫痪。2、检测故障困难。3、媒体访问控制协议采用令牌传递的方式，传输速率较慢。.2023/7/29第9页1.2.4树型拓扑组成：形状像一棵树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带分支。优点：1、组网灵活，易于扩展。2、故障隔离较容易

。缺点：

各个节点对根节点的依懒性太大，

如果根节点发生故障，全网瘫痪。.2023/7/29第10页1.2.5混合型拓扑组成：将以上两种单一拓扑结构类型混合起来，综合两种拓扑结构的优点可以构成一种混合型拓扑结构。常见：星型+总线拓扑星型+环状拓扑优点：1、故障诊断和隔离较为方便。2、易于扩展。3、方便安装。缺点：1、需要选用带智能的集中器。2、集中器到各个站点的电缆安装会像星型拓扑结构一样，有时会使电缆安装长度增加。.2023/7/29第11页1.2.6网状拓扑优点：不受瓶颈问题和失效问题的影响。由于节点之间有许多条路径相连，可以为数据流的传输选择适当的路由，绕过失效的部件或过忙的节点。缺点：比较复杂，成本比较高，为提供上述功能，网状拓扑结构的网络协议也较复杂，但由于它的可靠性高，仍受到用户的欢迎。

.2023/7/29第12页1.2.7蜂窝状拓扑组成：无线网拓扑结构，结合点到点和点到多点的策略，将一个地理区域划分成多个单元，单元设备与中央节点设备或集线器进行通信。优点：不依赖于互连电缆，避免了传统的布线限制，对移动设备的使用提供了便利条件，同时使一些不便布线的特殊场所的数据传输成为可能；组网安装容易，节点移动不需重新布线；故障排除、隔离简单，易于维护。缺点：

容易受到外界环境的干扰。.2023/7/29第13页1.2.8网络拓扑结构的选择选择原则：易于安装，易于扩展，易于故障诊断，易于隔离故障。

中小型局域网中，星型网络拓扑结构用得较多，其次是混合型网络拓扑结构。.2023/7/29第14页双绞线：电信号同轴电缆：电信号光纤：光信号1.3网络中的传输介质传输介质：通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。有线（导向）无线（非导向）无线传输介质：电磁波.2023/7/29第15页1.3网络中的传输介质影响通信质量因素：物理特性:介质的特性决定。传输特性：信号类型、调制技术、传输频率等。连通性：受拓扑结构影响。地理范围抗干扰性相对价格.2023/7/29第16页1.3.1双绞线双绞线：最早的传输介质，也是目前应用最广泛的通信介质。特点：既能传输模拟信号，又能传输数字信号，其带宽取决于铜线的粗细和传输的距离。无屏蔽的（UTP）:使用最普遍（很便宜，灵活性好，易于安装）。屏蔽的(STP).2023/7/29第17页1、无屏蔽的（UTP）分类：1类、2类、3类、4类、5类、超5类、6类、超6类、

7类共9种双绞线类型。*实用扩展知识目前常用有：5类、超5类、6类、超6类、7类，带宽在100MHz以上。.2023/7/29第18页1类（Category1）线：最原始的非屏蔽双绞铜线电缆，用于电话语音通信的。*实用扩展知识2类（Category2）线：第一个可用于计算机网络数据传输的非屏蔽双绞线电缆，传输速率达4Mb/s，主要用于旧的令牌网。3类（Category3）线：传输速率可达l0Mb/s4类（Category4）线：传输速率达16Mb/s。.2023/7/29第19页*实用扩展知识5类（Category5）线：快速以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输速率达l00Mb/s。超5类（Categoryexcess5）线：传输速率也可达到100Mb/s。与5类线缆相比，超5类在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比四个主要指标上都有较大的改进。6类（Category6）线：主要应用于百兆位和千兆位。传输频率可达200～250MHz，是超5类线带宽的2倍，最大速率可达到1000Mb/s，满足千兆位以太网需求。超6类（Category6）线：主要指标基本和6类线一样，只是在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。7类（Category7）线：最新的一种双绞线。主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。传输频率至少可达500MHz，又是6类线和超6类线的2倍以上，传输速率可达10Gb/s。.2023/7/29第20页*实用扩展知识——网线制作五类、超五类、六类引脚绞线号12345678绞线色标白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕引脚定义Tx+Tx-Rx+Rx-.2023/7/29第21页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第22页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第23页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第24页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第25页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第26页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第27页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第28页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第29页*实用扩展知识——网线制作.2023/7/29第30页1.3.2同轴电缆目前局域网还在大量使用。传输距离：几千米、几十千米基带同轴电缆：只用于数字信号发送，阻抗50Ω，最高传输率达10Mbps宽带同轴电缆：可用于模拟信号/数字信号发送，阻抗75Ω，.2023/7/29第31页1.3.3光纤光纤通信：是利用光发送机将调制好的红外/激光波注入光纤芯，光在纤芯的包层内壁发生多次全反射，使调制光波在纤芯内延绕着芯轴方向传输到光接收机，光接收机将光信号变换为电信号，经放大、均衡判断等处理后送给接收方。单模光纤多模光纤特点：抗电磁干扰能好通信容量非常大保密性好，无串音干扰信号衰减小，传输距离长抗化学腐蚀能力强.2023/7/29第32页1.3.3光纤.2023/7/29第33页1.3.3光纤.2023/7/29第34页1.3.4无线传输介质

红外线、激光、微波或其他无线电波传输距离一般是几千米至几十千米，主要用于建筑物间拉线有困难的场合。缺点：方向性差，易于窃听和干扰。.2023/7/29第35页1.4网络的功能构成与传输协议功能划分：资源子网和通信子网。1.4.1资源子网：有主计算机、终端控制器、终端和计算机所能提供共享的软件资源和数据源（如数据库和应用程序）构成，给用户提供访问的能力。

主计算机通过一条高速多路复用线或一条通信链路连接到通信子网的节点上。

终端用户通常是通过终端控制器访问网络。

1.4.2通信子网：由用作信息交换的节点和通信线路组成的独立数据通信系统组成的，它承担全网的数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作。.2023/7/29第36页1.4.3开放系统互连模型分层模型的目的和优点：（1）化解复杂性；（2）标准化接口；（3）模块化，易于工程；（4）确保技术的通用；（5）加速发展。ISO/OSI参考模型：（七层，从低到高）物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。物理层、数据链路层、网络层低三层为通信子网，完成有关通信处理问题，传输层、会话层、表示层、应用层属于资源子网，完成面向数据处理的功能，为用户提供与网络之间的接口。.2023/7/29第37页ISO/OSI参考模型各层功能：物理层的主要功能：利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接；实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；物理层的数据传输单元是比特。数据链路层的主要功能：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接；传输以“帧”为单位的数据包；采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。网络层的主要功能：通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；为数据在结点之间传输创建逻辑链路；实现拥塞控制、网络互连等功能。.2023/7/29第38页ISO/OSI参考模型各层功能（续）：传输层的主要功能：向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题；传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。会话层的主要功能：负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点-点传输不中断；管理数据交换。表示层的主要功能：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；数据格式变换；数据加密与解密；数据压缩与恢复。应用层的主要功能:为应用程序提供了网络服务;应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步;建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。.2023/7/29第39页1.4.4/1.4.5网络的协议及三个常用协议定义：在计算机网络中用于规定信息的内容、格式、传输顺序及任何发送和接收信息的一套规则、标准或约定，称为网络的协议。网络协议作用：可以使网络中的各个不兼容的系统互相通信。.1、TCP/IP协议TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。2023/7/29第40页.2、IPX/SPX协议IPX(InternetworkPacketExchange，互联网络数据包交换）是一个专用的协议簇，它主要由NovellNetWare操作系统使用。IPX是IPX协议簇中的第三层协议。SPX（SequencedPacketExchangeprotocol，顺序包交换协议）序列分组交换协议（SPX）是Novell早期传输层协议，为NovellNetWare网络提供分组发送服务。IPX/SPX协议适用于大型局域网、具有路由能力的协议。2023/7/29第41页.3、NetBEUI协议NetBEUI，即NetBiosEnhancedUserInterface，用户扩展接口协议，或NetBios的增强用户接口协议。它是NetBIOS协议的增强版本，曾被许多操作系统采用，例如WindowsforWorkgroup、Win9x系列、WindowsNT等。NETBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NETBIOS通信。

NetBEUI协议适用于不需要路由小规模局域网。2023/7/29第42页.1.5网络的多种分类按照规模大小和延伸范围来分类：局域网（LocalAreaNetwork,LAN）城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）广域网（WideAreaNetwork,WAN）国际互联网Internet(最大的广域网)2023/7/29第43页.局域网一般分布在较小的范围（1-5km），或为一个建筑物、一个工厂、一个单位内，为一个单位所独有。

传输速率：1Mbps以上。2023/7/29第44页.城域网分布范围在局域网和广域网之间，作用距离5-50km。

传输速率：10Mbps以上。2023/7/29第45页.广域网分布范围通常为几十至几千千米。

广域网的典型速率是从56kbps到155Mbps。

2023/7/29第46页.国际互联网Internet是最大的广域网，世界上各种各样的同构、异构网的综合，是一个特殊的广域网。2023/7/29第47页.1m范围内的多个中央处理机连成一个强大的并行处理系统，称为多处理机系统。（是否是网络？）若干大型计算机放在一个机房内互连成功能强大、能高速并行处理的计算机系统，这种系统称为多机系统。（是否是网络？）多机系统是由两台或多台计算机通过共享主存资源(信息)或通过数据链路联结在一起.一般配置在同一地点且不需通信系统来联接。建立多机系统的目的是为了提高可靠性和运算速度,应用范围很广。2023/7/29第48页.1.6局域网的访问控制方式和常用技术第49页局域网：是指在较小的地理范围内，将有限的

通信设备互连起来的计算机网络。特点：共享传输信道地理范围有限传输速率高误码率低分布式控制盒广播式通信.1.6.1网络访问控制方式在计算机网络中工作站、服务器与工作站、工作站之间信息的传播，必然要产生冲突现象，因此，要使网络达到最好的工作效率及可靠性，应该有效地减少或者避免冲突。这就需要一个好的访问控制方式，计算机局域网常用的访问控制方式有三种。

.1、令牌环网（TokenRing）

是IBM公司于世纪70年代开发的，现在仍然是一个主要的LAN技术，它的主要技术指标是：拓朴结构是环形，基带网，数据传送速度是4Mbit/s，采用单个令牌或双令牌传递方式，只有一条环路，数据单向传送。

（1）

令牌的概念：（token）也叫通行证，使用一种专门的数据包，在环路上持续循环传输来确定一个节点何时可以发送包。

例如：令牌可以有两种状态，忙和空，它依次向每个节点传送，当某个节点想传送信息时，要等令牌的到来，并检测是否为空，若为空，则将令牌设为忙，并发送信息，直至发送完，令牌才转为忙，再继续传下去。

（2）令牌环网的接收过程

每一站随时检测经过本站的数据包，当查到数据包与本站的地址相符，则一面拷贝全部信息，一面继续转发该信息包，信息包循环一周之后回到源地址，再检测是否继续发送，不发送才将令牌传下去。

（3）

特点：

在工作少时，由于发送之间要等令牌，有的环路在传送无用的信息，所以效率低。

在工作多时，令牌以循环的方式工作，故效率高，各站获令牌的机会均等。

优点：访问方式可调整，实时性好。

缺点：维护难。

.2、令牌总线网

主要用于总线和树型网络中，综合了令牌和总线的优点。是一个主流的控制方式。

（1）

工作原理

把总路线型和树型上的各个工作站形成一个逻辑上的环，然后将各个工作站设置一定的顺序，形成一个逻辑的环。

（2）

优点：

a、

可以避免冲突，类似于令牌网，每一个站点都可以帧听其它站点所发的信息，只有令牌的站的才可以发送信息。

b、吞吐能力好。

c、

连网的距离较远。

（3）

缺点：

复杂、时间开销大，工作站必须等多个无效的令牌传送才可获得令牌。

.3、CSMA/CD

CSMA（载波侦听）和CD（冲突检测）即带冲突检测的载波侦听多路访问控制方式。主要用于树型和总线型。

（1）

侦听总线

查看线路上是否有信号，有则继续侦听，或者隔一段时间再侦听，信道上无信号才发送信息。

（2）冲突检测

解决信道上有冲突时候，对发生冲突的两个信号如何收发。

（3）

特点：

各工作站处于相同的地位，可以互相争用总线，不能提供优先级，当负载较大时，发送信息等待时间较长。.1.6.2局域网的常用技术略.1.7Internet基础知识Internet最基本的功能：www信息浏览与信息搜索电子邮件远程登录文件传输信息交流.1.7.1Internet的IP地址1、Internet地址的构成1）物理地址与IP地址：在物理网络中，每个站点机器都必须有一个可以识别的地址才能进行信息交换，这个地址就是物理地址。由48位，12个十六进制（一个十六进制等于4位）组成。存在的问题？不同物理网络的物理地址长短、格式不同，阻碍通信。解决？IP地址。IP协议提供一种全网统一的地址格式，进行统一地址分配，保证一个地址对应一台主机，这样物理地址出现的问题就解决了。.2）IP地址的结构Internet概念上的三个层次：第一层Internet

第二层物理网络（网络层）

第三层主机层。

每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号

net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号

host-id，它标志该主机（或路由器）。网络号主机号根据TCP/IP协议IPv4的规定，IP地址由32位二进制数组成，平时使用中按4个字节由3个小数点分割的4个十进制数的形式。IP地址::={<网络号>,<主机号>}.2023/7/29第58页点分十进制记法10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性1128

11331将每8bit的二进制数转换为十进制数.2、IP地址的分类及其表示方法第59页1）IP地址编址结构net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001.第60页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001A类地址的网络号字段net-id为1字节.2023/7/29第61页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001B类地址的网络号字段net-id为2字节.2023/7/29第62页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001C类地址的网络号字段net-id为3字节.2023/7/29第63页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001A类地址的主机号字段host-id为3字节.2023/7/29第64页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001B类地址的主机号字段host-id为2字节.2023/7/29第65页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001C类地址的主机号字段host-id为1字节.2023/7/29第66页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001D类地址是多播地址

.2023/7/29第67页net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1

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0多播地址E类地址保留为今后使用1

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001E类地址保留为今后使用

.2023/7/29第68页网络类别适用范围允许最大网络数A类B类C类126（27-2）16384（214）20971152（221）每个网络中最大主机数167721416384254~54~54~54.2023/7/29第69页1）保留地址的分配/8:-55

/12:-55

/16:-55一个机构网络要连入Internet，必须申请公用IP地址。但是这些保

留地址也可以被其它网络使用，这样网络地址就不唯一，数据发送

会出现问题。在IP地址中专门保留了三个区域作为私有地址，其地

址范围如下：.2023/7/29第70页3、子网划分与子网掩码从两级IP地址到三级IP地址在ARPANET的早期，IP地址的设计确实不够合理。IP地址空间的利用率有时很低。给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。两级的IP地址不够灵活。

.2023/7/29第71页从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的IP地址变成为三级的IP地址。这种做法叫作划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。三级的IP地址.2023/7/29第72页划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个比特作为子网号

subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干个比特。IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}(6-2)划分子网的基本思路.2023/7/29第73页凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号

net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。最后就将IP数据报直接交付给目的主机。划分子网的基本思路（续）.2023/7/29第74页………01014563我的网络地址是R1网络一个未划分子网的B类网络.2023/7/29第75页划分为三个子网后对外仍是一个网络01014563………子网子网

子网所有到达网络的分组均到达此路由器网络R1R3R2.2023/7/29第76页当没有划分子网时，IP地址是两级结构，地址的网络号字段也就是IP地址的“因特网部分”，而主机号字段是IP地址的“本地部分”。划分子网后IP地址就变成了三级结构。划分子网只是将IP地址的本地部分进行再划分，而不改变IP地址的因特网部分。划分子网后变成了三级结构.2023/7/29第77页从一个IP数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。使用子网掩码(subnetmask)可以找出IP地址中的子网部分。子网掩码.2023/7/29第78页图7-17IP地址的各字段和子网掩码（以0为例）.2023/7/29第79页(IP地址)AND(子网掩码)=网络地址网络号net-id主机号host-id两级IP地址网络号三级IP地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id为全0AND.2023/7/29第80页net-idnet-idhost-id为全0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111100000000000000001111111100000000host-id为全0host-id为全0A类、B类和C类IP地址的默认子网掩码.1.7.2新一代IPv6地址略2023/7/29第81页.1.7.3Internet的域名地址一.域名系统与主机命名

1.在Internet中，IP地址是一个具有32比特长的数字，对于一般用户来说，要记住这类抽象数字的IP地址是十分困难的。

2.为了向一般用户提供一种直观明了的主机识别符，TCP/IP协议专门设计了一种字符型的主机命名机制，也就是说给每一台主机一个有规律的名字(由字符串组成)。2023/7/29第82页.2023/7/29第83页二.例子

中国科学院高能物理所的电子邮件服务器的主机域名：""

这个域名的构成方法：

主机名：(sun)

高能物理所：InstituteofHighEnergyPhysics(ihep)

科学院：Academy(ac)

中国：China(cn)

chenq@.2023/7/29第84页

域名代码

意义

COM

商业组织

EDU

教育机构

GOV

政府部门