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文档简介
一、互连网体系结构
1974年IBM提出了SNA(系统网络体系结构),考虑到各个网络存
在的异构,异质,导致网络都属于封闭式网络,无法相互连接,通过
ISO(国际标准化组织)定义了0SI(开放式系统互连)标准,将计算
机网络进行分层分层优点:解决了通信的异质性问题,使复杂的问题
简单化,向高层屏蔽低层细节问题,使网络的设计更加的简单、容易
实现。
协•议:网络中通信或数据交换的规则和标准
实体:发送接收信息的软件或硬件的进程
对等实体:不同系统内的同1—层次两个实体
接口:相临两层之间的交互界面
服务:禁一层和此层以下的层能力,通过接口交给相临层
协议找:系统内的各个层的协议集合
网络体系结构:计算机网络的层次结构和协议的集合
I.ISO/OSI
ISO/OSI参考模型是一种逻辑结构,不是具体的设备,任何遵循
协议的系统都可以相互通信经过0SI七层模型的数据要经历数据的
封装(打包)和解封装(解包)过程,封装过程是将原数据从高层向
低层传递的过程,每经过一层都需要加上该层的报头信息,解封装过
程是从低层向高层传递的过程,每经过一层都需要将对等层的报头去
掉还原为上层数据。
第一层:物理层
处于最底层,为上层提供物理连接,负责传送二进制比特流,在
物理层中定义了机械特性(连接器形式和插针分配),电气特性(接
口电路参数),功能特性(物理接口的信号线)和规程特性(信号线
操作规程),传输介质可以使用有线介质或无线介质,物理层传输二
进制比特流,为数据链路层提供物理连接物理层的典型设备有:集线
器
第二层:数据链路层
链路的管理,流量的控制,差错控制,数据以数据帧格式传输的,
数据帧包含帧头(H2)和帧尾(T2)MAC(介质访问控制),48位二进制
组成,为了方便表示使用十六进制表示,网卡上的MAC地址是物理地
址,在生产网卡时就内置在网卡的ROM(只读存储器)芯片中了,不
能修改,但是可以伪造(网卡属性中),为了表示网卡的全球唯一性,
将MAC地址表示的48位二进制地址分为2部分,前24位表示厂商代
号,后24位表示厂商内部代号,MAC地址相同的计算机不能够相互
通信网桥,二层交换机,网卡都工作在数据链路层。
第三层:网络层
提供统一的寻址方案,完成分组的独立路由选择,网络层数据以
数据包传输路由器工作在网络层,实现路径的选择,通过路由表中的
路由表项,(直连路由,路由器自己接口所在的网络形成的路由表),
(静态路由,管理员手工添加路由信息添加的路由表),(动态路由,
路由器通过相互的路由学习,得到的路由表),路由器可以实现网络
分段。
网络层使用的协议:X.25分组包交换协议;IP协议(网际互连协
议);IPX协议(网间包交换协议)
第四层:传输层
向上提供标准传输服务,向下屏蔽不同通信子网,属于OSI模型
中的中间层,传输层中传输数据段,提供端到端服务,向高层屏蔽低
层细节问题。
第五层:会话层
建立和维持会话,使会话同步。
第六层:表示层
解决了异种机之间的编码转换和表示,以便进行互操作,加密和
压缩功能。
第七层:应用层
为用户的应用进程访问提供环境,负责整个网络应用程序一起很
好工作。
例:一封电子邮件从发送端到接收端,首先发送者编辑好电子邮件,
在应用层和表示层将数据转换为字符,到达传输层变成数据段,到达
网络层转换为数据包,到达数据链路层转换为数据帧,再到达物理层
转换为二进制比特流,在接收方进行相反的操作还原原始数据。
分层优势:
降低协议设计复杂性并标准化了接口方便网络模型设计,提供了
互操作,简化学习和教学最终能够使不同厂商生产的设备有共同的标
准使它们相互兼容,加速了网络技术的发展层次划分的基本原则:
网络各个结点都有相同层次,且相同层次执行相同功能,相临层次通
过接口层通信,每一层向上提供服务,并接受下层所提供的服务,不
同结点的同等层次按照协议实现对等层次之间的通信。
入TCP/IPttfidS
TCP/IP起源于20世纪60年代末美国政府资助的一个网络分组交
换研究项目,TCP/IP是发展至今最成功的通信协议,它被用于当今
所构筑的最大的开放式网络系统Internet之上。
TCP和IP是两个独立且紧密结合的协议,负责管理和引导数据报
文在Internet上的传输。二者使用专门的报文头定义每个报文的内
容。TCP负责和远程主机的连接,IP负责寻址,使报文被送到其该去
的地方。TCP/IP也分为不同的层次开发,每一层负责不同的通信功
能。但TCP/IP简化了层次设备(只有4层),由下而上分别为网络接
口层、网络层、传输层、应用层,如图上17所示。
OSI参考模型
应用层
6表示层
5会话层
4传输层
网络层
2数据链路层
1物理层
图1-17TCP/IP分层与OSI对应关系
图1-17TCP/IP分层与OSI对应关系
层描述协议
HTTP、Telnet、FTP、TFTP、
定义了TCP/IP应用协议及主机程序
应用层SNMP、DNS、SMTP、X-Windows以
与要使用网络的传输层服务之间的接口
及其他应用协议
提供主机之间的通信会话管理。定义
传输层TCP、UDP、RTP
了传输数据时的服务级别和连接状态
将数据装入IP数据报,包括用于在
主机间及经过网络转发数据报时所用的
Internet层IP、ICMP、ARP、RARP
源和目标的地址信息。实现IP数据报的
路由
详细指定如何通过网络实际发送数
据,包括直接与网络媒体(如同轴电缆、以太网、令牌环、FDDI、X.25、
网络接口层
光纤或双绞铜线)接触的硬件设备如何将帧中继、RS-232、v.35
比特流转换成电信号
二、传输介质:有线和无线的传输介质
有线介质有:双绞线和同轴电缆与光纤
无线介质有:卫星、微波、红外为导体
双绞线:有屏蔽与非屏蔽两大类,双绞的目的是为了抵消信号传输过
程中产生的磁场
双绞线:分为一类线、二类线、三类线、四类线、五类线、超五类线、
六类线
同轴电缆:粗缆和细缆,粗缆用于主干连接,细缆用于局部连接
光纤:石英玻璃,传输光信号,单膜光纤和多膜光纤,由于光信号不
会受到电磁干扰,在质量比较高的网络里可以采用光纤。
微波:跨越性和穿透力比较弱,所以一般的微波只能进行视距通信
红外:连接的要求比较高
蓝牙:传输距离短,10CM—10M之内
三、网关只是一个概念
首先我们必须先树立一个观念:网关只是一个概念,它不能确切
的代表任何含义,更不能代表任何的设备。对应OSI不同层次的网关
的具体体现甚至都不一样。是对某些有着类似的工作机理的处理机制
的概括。它不像我们提到路由器或者交换机(ethernetswitch)时
候,我们就确切的知道它是什么设备,实现那种功能。而对于网关这
个名词,我们所说的每种具体的功能都是他的一个子类。
如RS232到RS485的转换器,RS232到USB的转换器这些东西也
可以做为第一层的网关来看待,仅供参考。
四、TCPIP协议基础
IP协议是Internet上使用的一个关键协议,它的全称是Internet
Protocol,即Internet协议,通常简称IP协议。通过使用IP协议,
从而使Internet成为一个允许连接不同类型的计算机和不同操作系
统的网络。
要使两台计算机彼此之间进行通信,必须使两台计算机使用同一
种“语言”,IP协议只保证计算机能发送和接收分组数据。IP协议负
责将消息从一个主机传送到另一个主机,消息在传送的过程中被分割
成一个个的小包。
尽管计算机通过安装IP软件,保证了计算机之间可以发送和接收
数据,但IP协议还不能解决数据分组在传输过程中可能出现的问题。
因此,若要解决可能出现的问题,连上Internet的计算机还需要安
装TCP协议来提供可靠并且无差错的通信服务。
TCP协议被称作一种端对端协议。这是因为它为两台计算机之间
的连接起了重要作用:当一台计算机需要与另一台远程计算机连接
时,TCP协议会让它们建立一个连接:用于发送和接收数据的虚拟链
路。
TCP协议负责收集这些信息包,并将其按适当的次序放好传送,
在接收端收到后再将其正确地还原。TCP协议保证了数据包在传送中
准确无误。TCP协议使用重发机制:当一个通信实体发送一个消息给
另一个通信实体后,需要收到另一个通信实体确认信息,如果没有收
到另一个通信实体的确认信息,则会再次重发刚才发送的信息。
通过这种重发机制,TCP协议向应用程序提供可靠的通信连接,
使它能够自动适应网上的各种变化。即使在Internet暂时出现堵塞
的情况下,TCP也能够保证通信的可靠。
□
逋信实体1通信实体2
Q
。
操
操
作
作
虚拟链路
Socket1
图17.4TCP协议的通信示意图
综上所述,虽然IP和TCP这两个协议的功能不尽相同,也可以分
开单独使用,但它们是在同一时期作为一个协议来设计的,并且在功
能上也是互补的。只有两者的结合,才能保证Internet在复杂的环
境下正常运行。凡是要连接到Internet的计算机,都必须同时安装
和使用这两个协议,因此在实际中常把这两个协议统称作TCP/IP协
议。
4.1IP地址规划与子网划分案例
我们知道,对于在Internet和Intranet网络上,使用TCP/IP时
每台主机必须具有独立的IP地址,有了IP地址的主机才能与网络上
的其他主机进行通信。下面用一个简单的案例说明之前的理论知识。
4.1.1网络组建需求
某科技公司成立,成立之初,这个公司只有数十人,每个人根据
工作需要,都配备有电脑终端,有一台公用的服务器负责文件存储和
打印机共享,这些设备要实现联网。另外,公司由于业务的需要,在
内部联网之后要建立和Internet的连接。
要实现并配置这家公司的基本要求,在IP管理中需要包含如下范
畴:
选择一个适合几十个网络终端的IP地址分配范围。
自动分配内部每台终端的IP地址。
Internet连接后要保证每台计算机都能够上网,并不需要
Internet上的其他用户能够直接访问到内部网络。
所有客户端要进行测试。
4.2.2地址规划与配置分析
在IP地址规划中有些IP地址是不能被配置到网络设备接口使用
的,这些IP地址是网络地址和广播地址。另外,这家公司属于典型
的小型网络,机器数量一般在50台以下,我们需要根据网络的规模
考虑IP地址的分配与管理。
1.确定合法地址
网络中第一个不能使用的地址就是网络地址。网络地址用于表示
网络本身,主机位部分为全“0”的IP地址代表一个特定的网络。网
络地址对于网络通信数据量的控制非常重要,位于同一网络中的主机
必然具有相同的网络号,它们之间可以直接相互通信。而网络号不同
的主机之间则不能直接进行通信,必须经过第3层网络设备(如路
由器)进行转发。
如图4-9的示例,上半部分的框架中表示网络198.150.11.0。从
局域网外部看,任何发往该网络主机198.150.11.T198.150.11.254
的数据,目的网络都是198.150.11.0,只有数据到达上半部分的框
架(局域网)时,才能进行主机位的匹配。下半部分的网络编号用
198.150.12.0表示,数据进行比对的情况也是相同。
图4-9网络地址的与寻址
网络中第二个不能使用的地址是广播地址(BroadcastAddress)。
它用于向网络中的所有设备广播分组,具有正常的网络号部分,主机
号部分为全“1”的IP地址代表一个在指定网络中的广播,被称为
广播地址。
广播地址对于网络通信同样重要。在计算机网络通信中,经常会
出现对某一指定网络中的所有机器发送数据的情形,如果没有广播地
址,源主机就要对所有目的主机启动多次IP分组的封装与发送过程。
除了网络标识地址和广播地址之外,其他一些包含全“0”和全“1”
的地址格式也是保留地址。图4T0中标明了这些特殊地址的用途。
00…000000...0000本机
00…00主机号本网中的主机
11…111111...1111局域网中的广播
网络号1111...1111对指定网络的广播
网络号0000...0000网络地址
uClilf>iTlun.CtfwUnlml
127任意值回路Loopback
图4-10特殊的保留地址
2.选择专用IP地址
Internet的稳定直接取决于网络地址的唯一性。这个工作最初由
InterNIC(Internet网络信息中心)来分配IP地址,现在已被IANA
(Internet地址分配中心)取代。IANA管理着剩余IP地址的分配,
以确保不会发生公用地址重复使用的问题。
1)公用IP地址
公用IP地址在Internet上是唯一的,因为公用IP地址是全局
的和标准的,所以没有任何两台连到公共网络的主机拥有相同的IP
地址。所有连接Internet的主机都遵循此规则,公用IP地址是从
Internet服务供应商(ISP)或地址注册处获得的。如果需要到
Internet的直接(路由)连接,则必须使用公用地址;如果需要到
Internet的间接(代理或转换)连接,则可以使用公用地址或专用
地址。
2)专用IP地址
随着Internet的发展,各个连接到Internet的组织需要为每台
设备的每个接口获取一个公用地址。每个网络接口都需要有一个公有
IP地址是不可能的,至少在IPv4版本中。这一需求对公用地址池提
出了很高的要求,A、B、C类地址的总数满足不了全世界所有网络设
备的标识。Internet的设计者注意到这个问题,所以保留了IPv4地
址空间的一部分供专用地址使用。IANA提供了一个为专用网际网络
保留网络ID地址的方案,以下这些网络ID是内部网络中可任意部署
的:
子网掩码为的10.0.0.0网络地址池。
子网掩码为的172.16.0.0网络地址池。
子网掩码为的192.168.0.0网络地址池。
有关为专用Intranet保留的IP地址空间的详细信息,请参阅RFC
1918,“专用Internet的地址分配”。
3.地址转换技术
有一种情况需要特别注意,如果公司网络没有以任何方式连接到
Internet,则可以使用任何IP地址。但这家公司网络需要连接到
Internet,所以应当使用公用地址或专用地址转换技术,以防止非法
IP地址暴露在公网之上。
为了让使用专用IP地址的计算机能够访问Internet,必须使用
网络地址转换(NAT)和路由。NAT使您能够把使用专用IP地址的客
户端计算机连接到使用公共IP地址的Interneto这需要有两个接口
(或网络适配器)来隔离本地网络(使用专用IP地址)和Intemet
网络(使用公共IP地址)。这两个接口是必需的,因为两个网络之间
的请求必须通过路由器服务或设备进行传送。当路由器接收到请求
时,它在两个接口之间转发这些请求。NAT服务帮助从源网络到目标
网络,把IP地址转换成正确的地址。
例如,当客户端计算机发出访问Internet资源的请求时,路由器
设备在本地网络上接收到该请求,客户端计算机的专用IP地址随后
被转换成公共IP地址并路由到外部接口,从而使请求能够被发送到
Interneto当在外部接口上接收到来自Internet的响应时,NAT随
后把公共IP地址转换回客户端计算机的专用IP地址,并把响应路由
到本地接口。通过这种方法,路由和NAT服务提供了过滤功能,从而
解决了这家公司针对网络安全的需求。
4.IP地址配置方法
IP地址的获得可以通过手工配置TCP/IP选项或者使用动态主机
配置协议(DHCP)自动获取。客户端还需要配置的项目包括子网掩码、
网关地址、DNS地址等。
假设企业的服务器操作系统采用的是Windows2000/2003Server
系统,客户端采用Windows2000/XP系统。Windows为TCP/IP客户
端提供了3种配置IP地址的方法,用于满足Windows用户对网络的
不同需求。具体采用哪种IP地址分配方式,可由网络管理员根据网
络规模和网络应用等具体情况而定。
1)手工分配
手工设置IP地址是最常用的一种分配方式。在以手工方式进行设
置时,需要为网络中的每一台计算机分别设置4项IP地址信息(IP
地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器地址)。在通常情况下,手
工设置IP被用于设置网络服务器、计算机数量较少的小型网络。
手工设置的IP地址为静态IP地址,在没有重新配置之前,计算
机将一直拥有该IP地址。因此,既可以据此访问网络内的某台计算
机,也可以据此判断计算机是否已经开机并接入网络。不过,默认网
关必须是计算机所在的网段中的IP地址,而不能填写其他网段中的
IP地址。
2)自动分配
动态主机配置协议(DynamicHostconfigurationProtocol,
DHCP)提供了自动的TCP/IP配置。DHCP服务器为其客户端提供IP
地址、子网掩码和默认网关地址等各种配置。网络中的计算机可以通
过DHCP服务器自动获取IP地址信息。DHCP服务器维护着一个容纳
有许多IP地址的地址池,并根据计算机的请求而出租。DHCP是
Windows默认采用的地址分配方式。
在默认情况下,Windows2000/XP系统都使用DHCP请求来获得IP
地址的分配。所以,如果仍然选择DHCP来分配和管理IP地址,网管
工作将会减轻很多,而且可以很方便地配置客户机,我们所要做的就
是维护好一台DHCP服务器。
4.2.3确定IP规划方案
小型网络可以选择192.168.0.0地址段,大中型企业由于网络设
备众多,有的可以达到上万台,那么则可以选择172.16.0.0或
10.0.0.0地址段。经过前面的分析,确定使用子网掩码为
255.255.255.0,基于专用网络ID192.168.0.0的分配IP地址方案,
这种方案提供在每个网段上最多增加到254台计算机的容量,足够满
足公司所有客户端的需求了。
由于公司刚刚起步,所以在连接Internet的网络带宽不是很大,
而且也没有太多的网络业务往来。因此,可购买一个价格比较低廉的
路由器,使用NAT技术将所有客户端共享上网,隐藏内部网络的结构,
实现比较简单的安全防火墙作用。IP地址配置要分别对待,文件服
务器需要手工配置,这样所有用户都可以随时访问到这个静态IP地
址,而其他客户端采用路由器上的DHCP功能,自动获得IP。
这台路由器的内部接口需要设置成192.168.1.1,这就是客户端
需要指定的网关地址。而DNS服务器的地址可以使用Internet上的
DNS服务器或者自行建立,这里使用外网的DNS服务器。
我们将这个公司的网络地址分配为192.168.1.0,子网掩码为
255.255.255.0,那么它的主机范围就是:
192.168.1.T192.168.1.254,服务器使用固定的192.168.1.2的网
络地址。其他主机采用自动分配的IP地址,但为了预留一些网络管
理员和其他应用需求,只提供192.168.1.100"192.168.1.199这个
范围的IPo
4.2.4实施与连通性测试
下面开始按照上面的IP规划方案进行实施,实施过程中需要让客
户端获得IP地址还有子网掩码、网关地址、DNS地址,完成之后要
测试网络的连通性,可以利用ipconfig、ping、tracert等系统自带
工具。
1.配置IP地址前的状况
在没有启用路由器DHCP和手工配置IP之前,这家公司的所有主
机都能够相互访问,这是一个很怪异的现象。为什么在物理连接之后,
就出现了这个状况呢?这是因为APIPA发挥了作用。
自动专用IP寻址(AutomaticPrivateIPAddressing,APIPA)
可以为没有DHCP服务器的单一网段的网络提供自动配置TCP/IP的功
能。在默认情况下,运行Windows2000/XP的计算机首先尝试与网络
中的DHCP服务器进行联系,以便从DHCP服务器上获得自己的IP地
址等信息,并对TCP/IP进行配置。如果无法建立与DHCP服务器的连
接,则计算机改为使用APIPA自动寻址方式,并自动配置TCP/IP。
使用APIPA时,Windows将在169.254.0.T169.254.255.254的
范围内自动获得一个IP地址,子网掩码为255.255.0.0,并以此配
置建立网络连接,直到找到DHCP服务器为止。这也是计算机没有手
工配置或利用DCHP指定IP时主机就能相互访问的原因。
值得注意的是:APIPA分配的IP地址只适用于一个子网的网络。如
果网络需要与其他的网段通信,或者需接入Internet时就不能使用
APIPA这种分配方式了。
2.配置服务器地址
在Windows2000/XP/2003系统下,具体的配置方法如下:
(1)在完成网卡驱动程序的安装之后,重新启动计算机进入系统。
(2)用鼠标右键单击桌面上的“网上邻居”图标,选择【属性】
命令。
(3)检查是否已经自动安装好了TCP/IP,选择并单击它下面的
【属性】按钮,会弹出“Internet协议(TCP/IP)属性”对话框。
(4)在“IP地址”选项卡里,把“自动获取IP地址”改为“指
定IP地址”,这时原本灰色的不能填写的IP地址和子网掩码就可以
由自己来指定了,如图4-11所示,填入对应内容后单击【确定】按
钮。
图4-11手工指定服务器IP地址
3.配置网关地址和NAT
这里只说明了需要设置网关IP地址这个重要步骤,不同的路由器
配置方法不同;尤其是低端的家用或者商用路由器可以参照说明书或
者安装向导完成配置。很多路由器都自动开启了NAT功能,这台路由
器默认已经启用了NAT服务,所以不需要进行配置。只需要将这台路
由器的内部网络接口的IP地址配置为如图4-12所示的地址:
192.168.1.Io
LAH口设置
本页设置LAB口的基本网络参数.
MAC地址:00-19-E0-EF-C2-72
IP地址:||
子网淹码:|
注意:当LAB口IP参数(包括IP地址、子网掩码)发生变更时,为确保DHCP
server能够正常工作,应保证DHCPserver中设置的地址池、静态地址与新
的加口IP是处于同一网段的,并语重启路由器。
图4-12设置路由器LAN接口IP
4.配置自动分配IP选项
根据方案中确定的内容,这里需要设置192.168.1.100^192.168.1.199
作为客户端获得IP地址的范围。DNS服务器的地址根据城市与地区
的不同,需要填写不同的IP地址,图4-13中是北京地区常用的DNS
服务器IP地址。
DHCP:DHCP协议提供了主机IP地址的动态租用配置,并将其他
配置参数分发给合法网络客户端的TCP/IP服务协议。DHCP提供了安
全、可靠、简便的TCP/IP网络配置,能避免地址冲突,并且有助于
保留网络上客户端IP地址的使用。DHCP使用客户端/服务器模型,
通过这种模式,DHCP服务器集中维持网络上使用的IP地址的管理。
然后支持DHCP的客户端就可以向DHCP服务器请求和租用IP地址,
作为它们网络启动过程的一部分。
DNS:DNS域名则是一种分层的分布式数据库,它包含对DNS域名
到各种数据类型的映射,例如,IP地址。DNS可以用来按友好用户名
称查找计算机和服务的位置,也可以用来发现存储在数据库中的其他
信息。
5.测试配置结果
在IP地址配置完成后需要测试网络的连通性,可以利用
Ipconfig,Ping、Tracert等系统工具。
1)测试IP地址属性
要快速获取计算机的TCP/IP配置信息,打开“命令提示符”,然
后键入:Ipconfig。在“Ipconfig”命令的显示中,要确保正在测试
的TCP/IP配置的网卡不处于“断开”状态。
(1)使用不带参数的Ipconfig
可以显示所有适配器的IP地址、子网掩码、默认网关。在没有
该参数的情况下Ipconfig只显示IP地址、子网掩码和各个适配器的
默认网关值。适配器可以代表物理接口(例如,安装的网络适配器)
或逻辑接口(例如,拨号连接)。
(2)使用带参数的Ipconfig
Ipconfig/All显示所有适配器的完整TCP/IP配置信息。Ipconfig
显示所有当前的TCP/IP网络配置值、刷新动态主机配置协议(DHCP)
和域名系统(DNS)设置。从图4-14中可以看到从DCHP服务器获得
网络属性。
图4-13配置DHCP选项
图4T4Ipconfig/All输出结果
如果要释放和重新获得网络属性可以使用release和renew参数,
Ipconfig的使用方法可以从Windows系统帮助中查询。
2)测试网络连通性
(1)测试回环地址
Ping命令使用Internet控制消息协议(ICMP)回响请求和回响
答复消息。路由器、防火墙或其他类型安全性网关上的数据报筛选策
略可能会阻止该通信的转发。使用Pingl27.0.0.1测试回环地址的连
通性。如果命令失败,本机的TCP/IP可能出现问题。图4T5中的输
出结果表示网络之间可以正常访问。
E4-15pingl27.0.0.1的输出结果
(2)测试内部服务器地址
使用Ping命令检测远程主机(不同子网上的主机)IP地址的连
通性。如果Ping命令失败,请验证远程主机的IP地址是否正确,远
程主机是否运行,以及该计算机和远程主机之间的所有网关(路由器)
是否运行。
(3)测试网关地址
使用Ping命令检测默认网关IP地址的连通性。如果Ping命令执
行失败,验证默认网关IP地址是否正确,以及网关(路由器)是否
运行。
(4)测试DNS服务器地址
使用Ping命令检测DNS服务器IP地址的连通性。如果Ping命令
失败,验证DNS服务器的IP地址是否正确,DNS服务器是否运行,
以及该计算机和DNS服务器之间的网关(路由器)是否运行。
3)使用Tracert诊断工具
Tracert通过递增“生存时间(TTL)”字段的值将“Internet控
制消息协议(ICMP)回响请求”消息发送给目标,并能显示网络路径
中源主机与目标主机间的路由器的近侧路由器接口列表。不带任何参
数时tracert显示帮助和使用格式:tracert[-d][-hMaximumHops]
[-jHostList][-wTimeout][TargetName]
例如,要跟踪名为“”的主机的路径,请输入:
tracertwww.microsoft.com0
在使用Tracert命令时,需要注意以下内容:
(1)Tracert诊断工具通过更改“生存时间(TTL)"的值向目标发
送“ICMP回响请求”消息来确定到达目标的路径。
(2)要求路径上的每个路由器在转发数据报之前至少将IP数据报中
的TTL递减1。这样,TTL就成为最大链路计数器。
(3)数据报上的TTL到达。时,路由器应该将“ICMP已超时”的消
息发送回源计算机。
(4)Tracert发送TTL为1的第一条“回响请求”消息,并在随后
的每次发送过程将TTL递增1,直到目标响应或跃点达到最大值,从
而确定路径。在默认情况下,跃点最大值是30,可使用-h参数指定。
(5)检查中间路由器返回的“ICMP超时”消息与目标返回的“回响
答复”消息可确定路径。但是,某些路由器不会为使用到期TTL值
的数据包返回“已超时(Requesttimedout)”消息,而且有些路由
器对于Tracert命令不可见。在这种情况下,将为该节点显示一行星
号
五、地址解析协议(ARP)
ARP协议是"AddressResolutionProtocol"(地址解析协议)
的缩写。
ARP把IP地址解析成LAN硬件使用的媒体访问控制地址。IP数
据包常通过以太网发送,但以太网设备并不识别32位IP地址,它们
是以48位以太网地址传输以太网数据包。因此,必须把IP目的地址
转换成以太网目的地址。在以太网中,一个主机要和另一个主机进行
直接通信,必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是
如何获得的呢?它就是通过地址解析协议获得的。ARP协议用于将网
络中的IP地址解析为目标硬件地址(MAC地址),以保证通信的顺利
进行。
RARP协议,即"ReverseAddressResolutionProtocol”(反向
地址解析协议)的缩写。
RARP负责将主机的物理地址转换为IP地址。例如,局域网中有
一台主机只知道物理地址而不知道IP地址,那么可以通过RARP协议
发出征求自身IP地址的广播请求,然后由RARP服务器负责回答。ARP
和RARP使用相同的报头结构。
另外,为使广播量最小,ARP维护IP地址到媒体访问控制地址映
射的缓存以便将来使用。ARP缓存可以包含动态和静态项目。动态项
目随时间推移自动添加和删除。静态项目一直保留在缓存中,直到重
新启动计算机为止。
每个动态ARP缓存项的潜在生命周期是10分钟。新加到缓存中的
项目带有时间戳,如果某个项目添加后2分钟内没有再使用,则此项
目过期并从ARP缓存中删除;如果某个项目已在使用,则又收到2分
钟的生命周期;如果某个项目始终在使用,则会另外收到2分钟的生
命周期,一直到10分钟的最长生命周期。在工作站PC的Windows环
境中,可以使用命令"arp-a”查看当前的ARP缓存,如图1-19所示。
在路由器和交换机中可以用showarp完成相同的功能。
下面举个例子:ARP和RARP协议的工作原理。两个位于同一个物
理网络上运行TCP/IP的主机,如图1-20所示,主机A和主机B。主
机A分配的IP地址是192.168.1.1,主机B分配的IP地址是
192.168.1.2o
图1-19查看ARP缓存
图1-19查看ARP缓存
图1-20ARP工作原理解析
当主机A要与主机B通信时,以下步骤可以将主机B软件指定的
地址()解析成主机B硬件指定的媒体访问控制地址。
第1步:根据主机A上的路由表内容,IP确定用于访问主机B的
转发IP地址是192.168.1.2o然后A主机在自己的本地ARP缓存中
检查主机B的匹配硬件地址。
第2步:如果主机A在缓存中没有找到映射,它将询问
“192.168.1.2的硬件地址是什么?”从而将ARP请求帧广播到本地
网络上的所有主机。源主机A的硬件和软件地址都包括在ARP请求中。
本地网络上的每台主机都接收到ARP请求并且检查是否与自己的IP
地址匹配。如果主机未找到匹配值,它将丢弃ARP请求。
第3步:主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配,
将主机的硬件/软件地址映射添加到本地ARP缓存中。
第4步:主机B将包含其硬件地址的ARP回复消息直接发送回主
机A。
第5步:当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时,会用主
机B的硬件/软件地址映射更新ARP缓存。主机B的媒体访问控制地
址一旦确定,主机A就能向主机B发送IP通信,为它找到主机的媒
体访问控制地址。
六、某大学IP管理规划案例
一个大型网络的IP地址管理结构设计要充分考虑,否则很容易引
起整个网络地址重新设计和部署。这不仅会引起长时间的停机,而且
还会在重新编址阶段引起不稳定,这会花掉很多的人力和财力。
使用子网划分技术,大部分网络能够获得较好的地址规划。但在
大型网络中,由于网络的数量与主机的数量比例不平衡,这里就需要
可变长的子网掩码(VLSM)技术作为规划的依据。
6.1网络规划需求
大学的网络ID为157.54.0.0/16,此次IP规划分配任务首先需
要保留一半的地址空间供将来使用(这一点很值得推荐)。另外,海
特大学共有15个分学院,每个学院可能包含2000台主机和不同用
途的服务器,为此需要将网络再划分出为子网。
当然,不能规范每个学院的分配方案,因此,需要为其中一所学
院创建8个可拥有250个主机的子网,其他学院可参照这个模板执行。
6.2VLSM技术分析
严格按照TCP/IP中的A、B、C、D定义给IP地址分类的环境下,
全。和全1网段都不让使用,这种环境叫做基于类的IP(Classful)。
在这种环境下,子网掩码只在所定义的路由器内有效,掩码信息无法
传递到其他路由器。比如RIP-1,它在做路由广播时根本不带掩码信
息,收到路由广播的路由器因为无从知道这个网络的掩码,只好照标
准TCP/IP的定义赋予它一个掩码。
子网划分的原始用途之一是将基于类的网络ID细分为一系列同
等大小的子网。例如,对B类网络ID进行4位子网划分后,会生成
16个同等大小的子网。基于类的网络ID或无类别的网络ID中可以
存在不同大小的子网,这一规则正好适合现实世界中的环境。因为在
现实网络中包含的主机数量不同,所以需要使用不同大小的子网来避
免IPv4地址浪费的现象。从IPv4网络ID创建和部署不同大小子网
的做法叫做可变长度子网划分,这种技术使用可变前缀长度,又叫做
可变长度子网掩码(VariableLengthSubnetMask,VLSM)0
6.3任务实施
假定你是大学的网络管理员,网络ID为157.54.0.0/16,任务如
下。
保留地址:需要保留一半的地址空间供将来使用。
分配各个学院地址:有15个地址前缀,供各个学院使用,海特大
学中每个学院可能包含2000台主机和不同用途的服务器。
创建IP地址模板:为其中一所学院创建8个可拥有250个主机的
子网,其他学院可参照执行。
1.保留地址任务
为了达到保留一半地址空间供将来使用这一要求,应当对网络ID
157.54.0.0进行1位的子网划分。这种子网划分生成了2个子网
157.54.0.0/17和157.54.128.0/17,将地址空间平均分成了两部分。
可以选择157.54.0.0/17作为保留的那一部分地址空间的网络ID,
从而满足上述要求。表4-7显示了保留的那一半地址空间。
表4-7第1次子网划分
子网编号网络ID(点分十进制)网络ID(网络前
缀)
1157.54.0.0,157.54.0.0/17
255.255.128.0
2.各学院地址分配
为了达到拥有15个地址前缀,每个前缀有大约2000个主机这一
要求,对子网网络ID157.54.128.0/17执行4位子网划分。第2次
子网网划分生成了16个地址前缀。
157.54.128.0/21、157.54.136.0/21•••157.54.240.0/21和
157.54.248.0/21,每个地址前缀可拥有多达2046个主机。可以选
择15个子网网络ID(从157.54.128.0/21157.54.240.0/21)作为
分院校的地址前缀,从而满足了这一要求。表4-8列出了这15个地
址前缀,其中每个子网可拥有多达2046个主机。
表4-8第2次子网划分
子网编号网络ID(点分十进制)网络ID(网络前缀)
1157.54.128.0,157.54.128.0/21
255.255.248.0
2157.54.136.0,157.54.136.0/21
255.255.248.0
3157.54.144.0,157.54.144.0/21
255.255.248.0
4157.54.152.0,157.54.152.0/21
255.255.248.0
5157.54.160.0,157.54.160.0/21
255.255.248.0
6157.54.168.0,157.54.168.0/21
255.255.248.0
7157.
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