第1章局域网组建基本知识

局域网组建、管理与维护杨威等编著

人民邮电出版社

Construction，AdministrationandMaintenanceofLocalAreaNetwork21世纪高等院校网络工程规划教材1山西师范大学网络信息中心局域网组建、管理与维护强调网络构建理论基础突出系统集成技术实践重视案例学习兴趣激发学习目标：了解局域网的发展，理解局域网的概念、功能与特点，掌握网络系统结构与协议的基本知识，会使用OSI参考模型与TCP/IP体系结构对比分析实际网络体系结构。理解IPv4与IPv6的要点与使用规范。熟练掌握IPv4子网地址设置与子网掩码设置。基本掌握IPv6地址表示方法与配置方法，理解IPv4向IPv6过渡的途径与方法。理解局域网的组成结构，理解对等网络、客户机/服务器网络及浏览器/服务器网络结构的特点与区别，基本掌握局域网各种结构的使用范围。第1章局域网组建基本知识

重点知识：网络系统结构与协议OSI与TCP/IP体系结构

IPv4子网地址设置与子网掩码设置

IPv6地址表示与配置方法局域网的组成结构与使用范围难点知识：IPv4可变长子网与掩码IPv4向IPv6过渡途径与方法第1章局域网组建基本知识

计算机局域网概述概念功能特点发展网络体系结构与协议

概念原理OSI模型TCP/IP拓扑结构IPv4协议IPv6协议局域网组成结构

对等网Client/ServerBrowser/Server第1章局域网组建基本知识

1.1计算机局域网概述

计算机应用需求的增长和计算机成本的不断降低，使用计算机的用户数量在不断上升。人们希望能够将一个局部范围，如一个办公室、一栋写字楼、一个学校、一个企业的计算机通过一定的方法连接起来，以实现计算机之间数据交换，共享网络硬件和软件资源。这样，计算机局域网（LocalAreaNetwork，LAN）技术得到了广泛的应用和发展。1.1.1局域网的概念体现应用目的的定义：“以相互共享资源方式连接起来，并且各自有独立功能的计算机系统之集合”；体现物理结构的定义：“在网络协议的控制下，由一台或多台服务器、若干台终端机（PC）、数据传输设备（集线器、交换机），以及终端机与服务器间、终端机与终端机间、服务器与服务器间进行通信设备所组成的计算机复合系统”。1.1.2局域网的发展1969年，世界上最早的广域网ARPANET的研制成功，展现了计算机网络的广阔应用前景。1974年英国剑桥大学计算机研究室研究成功了著名的剑桥环局域网络（Cambridge-Ring）。

1976年美国Xerox公司PaloAlto研究中心利用夏威夷大学ALOHA无线电网络系统原理成功开发了以太网（Ethernet），使之成为第一个共享总线式局域网。

1980年美国DEC公司、Intel公司和Xerox公司联合公布了局域网DIX标准，即以太规范，使局域网的典型代表以太网进入规范阶段。1980年2月，IEEE学会下属的802局域网络标准委员会宣告成立，并相继提出了若干802局域网络协议标准。1984年IBM公司推出它的IBMPCNETWORK宽带局域网产品，遵循以太规范，可以用来连接已经有广泛用户的环形局域网产品。

20世纪80年代中后期到90年代，具有较高水平的局域网操作系统（NOS）也得到了很大发展。

进入20世纪90年代，局域网技术主要朝着两个方面发展：互联和高速。在网络高层协议和操作系统支持下，已实现了LAN-LAN互联和LAN-WAN的互联。互联扩大了局域网的应用范围，从某种意义上来说，局域网已不再是“局域”的了。另一方面随着局域通信技术光纤化的趋势，出现了多种新的光以太网通信技术（例如10Gbps以太网），使局域网正朝着高速率、大容量的方向发展。局域网上传输的信息也不再是文本数据，而是融合话音、数据和视频的多媒体信息。局域网速度已经从共享式10Mbps升级到交换式100Mbps–1000Mbps，目前最快的以太网交换机带宽可达到10Gbps。1.1.2局域网的发展1.1.3局域网的功能资源共享。共享网络中的各种硬件和软件资源，使网络中的资源互通有无、分工协作；从而避免了不必要的投资浪费，大大提高了资源的利用率。负载均衡与分布处理。将局域网任务分布在多台主机，均衡网络负载。将任务分散到不同的计算机上进行分布式处理，充分利用各地的计算机资源进行协同工作。信息快速传输和集中处理。局域网可以实现客户机与客户机之间、客户机与服务器之间、服务器与服务器之间快速可靠的信息传输，并可根据实际需要对信息进行分散或集中管理。综合信息服务。企事业局域网可提供数字、语言、图形、图像等各种信息传输，实现电子邮件、电子会议、网上办公、网上学习等。1.1.4局域网的特点局域网地理范围一般在0.01km~20km之间。这样的地理范围可以是一个跨城市的集团组织或是一个集团的建筑楼群，也可以是一栋楼或一个办公室。可见局域网联网非常灵活，甚至两台计算机就可以连成一个对等的局域网。局域网是专用网。一般由一个部门专有，不需要使用公共通信设施连网，专线使得局域网具有较好的信道质量。局域网的数据传输率高，误码率低。数据传输率一般在10Mbps–10Gbps，而误码率却在10-9左右。局域网使用共享信道技术，具有独特的介质访问控制方式。例如，以太网的总线结构和基于CSMA/CD的介质访问控制。局域网价格低廉，组网容易，使用方便。

1.2网络体系结构与协议网络协议由三个要素构成：语法、语义和时序。语法确定通信双方之间“如何讲”，由逻辑说明构成，确定通信时采用的数据格式、编码、信号电平及应答结构等；语义确定通信双方之间“讲什么”，由通信过程的说明构成，要对发布请求、执行动作及返回应答予以解释，并确定用于协调和差错处理的控制信息；时序确定事件的顺序以及速度匹配、排序等。1.2.1基本概念与原理1.2.1基本概念与原理体系结构。为了完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务。将这些同层次进程通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构。分层特点。独立性强，功能简单，适应性强，易于实现和维护。1.2网络体系结构与协议体系结构服务定义协议规格1.2.2OSI模型

1.TCP/IP协议

(1)协议集1.2.3TCP/IP体系结构FTP–文件传输协议；HTTP-超文本传输协议；

SMTP–简单邮件传输协议；

DNS–域名解析服务系统；TFTP-一般文件传输协议；SNMP-简单网络管理协议；TCP–文件传输控制协议；UDP-用户报文协议；IP–网际互连协议。

TCP/IP模型TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网际层（internet）网络接口（networkinterface）TCP/IP与OSI参考模型的对应关系TCP/IP的应用层应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。应用层传输层网络接口网际层文件传输

●FTP、TFTP、NFS电子邮件

●SMTP、POP3WWW应用

●HTTP远程登录

●Telnet、rlogin网络管理

●SNMP名字管理

●DNSTCP/IP的传输层传输层的两项主要功能：流量控制：通过滑动窗口实现；可靠传输：由序号和确认来实现。传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。应用层传输层网络接口网际层面向连接的●TCP无连接的●UDP传输层提供了两种传输协议TCP/UDP端口号TCP和UDP都用端口(socket)号把信息传到上层。端口号指示了正在使用的上层协议。FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP应用层传输层保留的端口号：＜255，公共应用255-1023，公司＞1023，未规定应用层传输层网络接口网际层●IP●ICMP●ARP●RARPTCP/IP网际层的四个主要协议TCPUDP617IP传输层网际层IP数据报的协议域确定目的端的上层协议网际控制报文协议（ICMP）ICMP消息被封装在IP数据报里，用来发送差错报告和控制信息。ICMP定义了如下消息类型：目的端无法到达（Destinationunreachable）数据报超时（Timeexceeded）数据报参数错（Parameterproblem）重定向（Redirect）回声请求（Echo）回声应答（Echoreply）信息请求（Informationrequest）信息应答（Informationreply）地址请求（Addressrequest）地址应答（Addressreply）……最常用的是“目的无法到达”和“回声”消息AB数据网发数据给Z到Z的数据我不知道如何到达Z？用ICMP通知A目的端无法到达路由器用ICMP通知目的地不可达的示意图ABB可以到达吗？ICMP回声请求可以，我在这里。ICMP回声应答用PING命令产生的回声及其应答示意图地址解析协议(ARP,AddressResolutionProtocol)ARP用于将一个已知的IP地址映射到MAC地址。方法：1）检查ARP高速缓存表；2）若地址不包含在表中，就向网上发广播来寻找。具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应。ARP只能用于具有广播能力的网络。AC我需要的MAC地址IP=MAC=???我就是。这是我的MAC地址IP=MAC=0800.0020.2C0AB反向地址解析协议(RARP,ReversedARP)RARP用于将一个已知的MAC地址映射到IP地址。RARP要依赖于RARP服务器，该服务器中有一张MAC地址与IP地址的映射表。需要查找自己IP地址的站点向网上发送包含有其MAC地址的RARP广播，RARP服务器收到后将该MAC地址翻译成IP地址予以响应。RARP同样只能用于具有广播能力的网络。AC我的IP地址是什么？MAC:0800.0020.2C0AIP=???我听到广播了。这是你的IP地址MAC=0800.0020.2C0AIP=BRARPServer

（1）网络接口层。该层是整个体系结构的基础部分，负责接收IP层的IP数据报，通过网络向外发送；或接收处理从网络上来的物理帧，抽出IP数据报，向IP层发送。

（2）网络互联层。该层是整个体系结构的核心部分，负责处理互联网中计算机之间的通信，向传输层提供统一的数据报。

（3）传输层。该层是整个体系结构的控制部分，负责应用进程之间的端到端通信。传输层定义了两种协议：传输控制协议TCP与用户数据报协议UDP

（4）应用层。该层是整个体系结构的协议部分，它包括了所有的高层协议，并且总是不断有新的协议加入。

TCP/IP体系结构各层的功能

1.2.4网络拓扑结构选择拓扑结构考虑因素:费用、灵活性、可靠性

首选

目前正在使用的IP协议是第四版的，称之为“IPv4”，IPv4地址采用32位。按照IP协议规定Internet上的地址共有A、B、C、D、E五类

1.2.5IPv4协议类别第一字节范围网络地址长度最大的主机数目适用的网络规模A1～1261个字节16,387,064大型网络B128～1912个字节64,516中型网络C192～2233个字节254小型网络IP数据报（IP分组、IP包）版本号报头长度服务类型数据报长度DFMF段偏移037151931标识生存时间TTL协议报头校验和源IP地址目的IP地址选项和填充（最大为40字节）数据区保留的IP地址00...000000...000011...111111...1111本机本网中的主机局域网中的广播对指定网络的广播回路00...00主机号1111...1111网络号127任意值以下这些IP地址具有特殊的含义:一般来说，主机号部分为全“1”的IP地址保留用作广播地址；主机号部分为全“0”的IP地址保留用作网络地址。0000...0000网络号网络地址子网（Subnet）划分因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的问题是：IP地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。前提：网络规模较小——IP地址空间没有全部利用。例如：三个LAN，主机数为20，25，48，均少于C类地址允许的主机数。为这三个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费。子网划分举例例如：C类网络，主机号部分的前三位用于标识子网号，即：

110000000000101000000001xxxyyyyy网络号+子网号新的主机号部分子网号为全“0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6个子网，子网地址分别为：

11000000000010100000000100100000--211000000000010100000000101000000--411000000000010100000000101100000--611000000000010100000000110000000--2811000000000010100000000110100000--6011000000000010100000000111000000--92子网掩码（SubnetMask）子网划分后，如何识别不同的子网？解决：采用子网掩码来分离网络号和主机号。子网掩码格式：32比特，网络号(包括子网号)部分全为“1”，主机号部分全为“0”。“网络号+子网号”部分“主机号”部分11……1100….00子网掩码计算前面的例子中：网络号24位，子网号3位，总共27位。所以子网掩码为：

11111111

11111111

11111111

11100000即255.255.255.224缺省子网掩码：A类： B类： C类：子网地址计算∴子网地址为：92主机号为：15

主机之间要能够通信，它们必须在同一子网内，否则需要使用路由器（或网关）实现互联。子网掩码∧IP地址，结果就是该IP地址的网络号。例如：IP地址07，子网掩码24110010100111010100000001110

01111

∧11111111111111111111111111100000

11001010011101010000000111000000子网规划举例网络分配了一个C类地址：。假设需要20个子网，每个子网有5台主机。试确定各子网地址和子网掩码。1）对C类地址，要从最后8位中分出几位作为子网地址：∵24＜20＜25，∴选择5位作为子网地址，共可提供30个子网地址。2）检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求：∵子网地址为5位，故还剩3位可以用作主机地址。而23＞5+2，所以可以满足每子网5台主机的要求。3）子网掩码为48。（11111000B=248）4）子网地址可在8、16、24、32、……、240共30个地址中任意选择20个。

DNS用于将主机名转换为IP地址。采用名字来标记一台主机便于记忆。DNS服务主要基于UDP来实现，端口号=53。三个组成部分：域名空间、名字服务器、解析程序域名空间：分布式的、层次型（分级）的树形结构，根没有名字，顶层域由组织域（如org、com、edu）和国家域（如cn）构成。在往下分还可分为若干层子域，如下页图。通常用点来分隔域的层次，如

域名服务DNS根INTCNMILNETCOMJP……IBMintelengwwwjackedunetwuyiuwwwftp武夷学院的Web服务器：WWW.WUYIU.EDU.CNDNS名字服务器：存放域树结构和主机信息的数据库。为减小查询流量负载，提高可靠性，DNS名字空间被划分成若干不交叉的区域（