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計算機網(wǎng)絡技術概述 重慶銳久科技有限公司 龍豹 電郵：longbao 手機：13508361030 2008年11月22日,計算機網(wǎng)絡基本概念,什么是網(wǎng)絡， 指處于不同地理位置的多臺具有獨立功能的計算機系統(tǒng)通過通信設備和通信介質(zhì)互連起來。對兩臺通信的終端而言，網(wǎng)絡可以虛擬成連接它們的一根電纜 網(wǎng)絡軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡硬件系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)賴以存在的基礎,計算機網(wǎng)絡的功能,資源共享 通信 分布計算(BT下載,分布密碼破解) 娛樂(VOD) 遠程教育 ,網(wǎng)絡的分類,隨著標準和視角的不同,網(wǎng)絡的分類有很多種,幾以只舉幾例: 按網(wǎng)絡的規(guī)模和大小 按傳輸介質(zhì)來分 按網(wǎng)絡拓樸來分 ,按網(wǎng)絡的規(guī)模和大小,1局域網(wǎng) 一般限定在較小的區(qū)域內(nèi)，小于10km的范圍 2區(qū)域網(wǎng)（城域網(wǎng)） 規(guī)模局限在一座城市的范圍內(nèi)，10100km的區(qū)域 3廣域網(wǎng) 網(wǎng)絡跨越國界、洲界，甚至全球范圍,按傳輸介質(zhì)來分,有線 電纜（粗、細與電線） 雙絞線（STP、UTP和電話線） 光纜（單模和多模） 無線 微波 紅外 電波 光線,按網(wǎng)絡拓樸來分,用連網(wǎng)電纜將通信結點在物理上連接起來的的形式，稱為計算機網(wǎng)絡的拓樸結構 總線 星型 環(huán)型 全網(wǎng) 樹型 蜂窩 以及其它不規(guī)則的拓樸，實質(zhì)是以上各拓樸的綜合,總 線,星 型,環(huán) 型,樹 型,全 網(wǎng),蜂 窩,載波信號、介質(zhì)與網(wǎng)絡拓樸,通信方式：單工，半全工，全雙工 交換方式：電路交換和分組交換 廣播方式：點對點，廣播， 組播 帶寬的概念(兩種帶寬模擬與數(shù)字、兩個比如，管道與車道，常見介質(zhì)的帶寬，兩個方式:基帶與寬帶 帶寬通常是指在一段固定時間內(nèi)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。也是一定介質(zhì)上電子信號所占據(jù)的頻率范圍的寬度。數(shù)字設備用bit/s來衡量，模擬設備用Hz來衡量,雙絞線（Twisted-pair）,顧名思義，雙絞線是由一對相互絕緣的導線纏繞在一起構成的。雙絞線電纜由兩對或更多對絕緣的細芯銅導線束相互纏繞構成。它能夠消除EMI/RFI。雙絞線有兩種標準：非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）。它價格便宜，輕便柔韌，易于安裝。UTP依靠成對的絞合導線使EMI/RFI最小化，所以沒有外加屏蔽層。每根電纜中有212對絞合線。雖然從外觀上看，UTP與電話線很相似，但是為了傳輸數(shù)字信號，UTP必須達到很嚴格的標準。尤其值得注意的是，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中禁止使用扁平電話線或未絞合的電纜線,雙絞線（Twisted-pair）,電子工業(yè)協(xié)會(EIA)/電信工業(yè)協(xié)會(TIA)現(xiàn)在只有第5類UTP被推薦用于數(shù)據(jù)網(wǎng)安裝。分析家們建議只使用第5類電纜，以便提供將來可能需要的足夠帶寬容量。第3類至第5類UTP的特性阻抗是100。,光纖（Fiber Optical Cable）,光纜是由傳輸光波的玻璃內(nèi)芯以及包圍它的反射層組成。光纜外面可吸收光線的保護層，包圍并保護著內(nèi)層的玻璃芯和反射層。作為局域網(wǎng)媒介，光纖有很多優(yōu)點。光纖能支持高數(shù)據(jù)傳輸率，在理論上可高達50 Gbps。光纖支持遠距離傳輸，通?？蛇_2公里以上。由于光纖采用光波傳輸，而不是用沿著導體變化的電壓傳輸，光纖對EMI/RFI天生就免疫。光纖是一種高度安全的媒介，因而要想進行光纖偵聽而不被探測到是很難的。,光纖（Fiber Optical Cable）,光纖可分為多模光纖和單模光纖。多模光纖使用更便宜的電子器件(LED)產(chǎn)生信號，玻璃光芯的半徑也更大,LED能提供大約250 MHz的帶寬62.5/125m 。 ；而單模光纖使用激光束產(chǎn)生光信號，玻璃光芯的半徑要小些,510m 。光線在單模光纖中比在多模光纖中傳輸?shù)木嚯x更遠。不要用眼睛看光纖中有沒有光線。光纖局域網(wǎng)中使用的紅外線激光束是不可見的，但對人的視力會產(chǎn)生永久性損傷。,光纖（Fiber Optical Cable）,通信系統(tǒng)的基本模型包括發(fā)送器、接收器和連接它們的線纜。圖描繪了一個光纖通信系統(tǒng)的輪廓,無線(Wireless),微波 紅外 電波 光線 要考慮的一個重要問題是電磁波頻率的范圍（頻譜）是相當有限的。其中大部分都已被電視、廣播以及重要的政府和軍隊系統(tǒng)占用。因此，只有很少一部分留給網(wǎng)絡電腦使用，而且這些頻率也大部分都由國內(nèi)“無線電管理委員會（無委會）”統(tǒng)一管制。要使用一個受管制的頻率必須向無委會申請許可證，這在一定程度上會相當不便。如果設備使用的是未經(jīng)管制的頻率，則功率必須在1W以下，這種管制目的是限制設備的作用范圍，從而限制對其它信號的干擾。用網(wǎng)絡術語來說，這相當于限制了未管制無線電的通信帶寬。 下面這些頻率是未受管制的： 902 925MHz 2.4GHz（全球通用） 5.72 5.85 GHz,網(wǎng)絡組件中繼器,中繼器運行在OSI模型的物理層上,網(wǎng)絡組件之集線器,集線器是一種集中連接纜線的網(wǎng)絡組件，有時認為集線器是一個多端口的中繼器。換句話說，集線器不僅集中網(wǎng)絡連接，還可以重發(fā)數(shù)字信號。 常見的獨立集線器是8端口和12端口的。但有可堆疊集線器和插槽機箱式集線器來增加計算機數(shù)量。 以太網(wǎng)集線器、 令牌環(huán)集線器,集線器,總結,中繼器與集線器都屬于第一層設備。不能過濾，轉(zhuǎn)發(fā)等功能。,網(wǎng)橋,基于二層的設備。 網(wǎng)橋?qū)僮髑彝耆槐乜紤]幀的內(nèi)容，對上層透明 過濾幀，網(wǎng)絡分段 有些可以連接使用不同高層協(xié)議的LAN節(jié)點,網(wǎng)橋,網(wǎng)橋判斷入幀的目標設備是否位于產(chǎn)生這個幀的網(wǎng)段中。如果是，網(wǎng)橋就不把幀前向轉(zhuǎn)發(fā)到其他的網(wǎng)橋端口，如果不是，舍棄。有利于緩解網(wǎng)絡壓力。關鍵就在于分段。,交換機,交換機通過計算幀中的目標MAC地址、并將各個幀交換到正確的端口上來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。因為交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，所以將其視為第二層交換設備。當一個交換機第一次開機時，它像一個標準的被動集線器那樣廣播各個幀。交換機查看各個幀有沒有新的源地址，如果有的話，就將這些地址加入到交換機的內(nèi)存表中，這樣，過了一段時間，交換機就建立起一張幀地址和端口號的關聯(lián)表 。其實上是多端口網(wǎng)橋。,交換機,交換機的種類,每種交換機支持不同的速率和LAN類型，比如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、光纖分布式接口（FDDI）和異步傳輸模式（ATM） 現(xiàn)在交換機朝著功能更加強大、更智能發(fā)展，而且出現(xiàn)了三層交換機。,集線器與交換機的區(qū)別,Hub的特點如下： 在星型結構中，它是連接的中間結點，它起放大信號的作用； 所有設備共享Hub的帶寬，也就是說，如果hub的帶寬是10M，連結了10了設備，每個設備就是1M； Switch 的特點如下： 用于星型結構時，它作為中心結點起放大信號的作用；更為重要的是，是它限制了流量。 端口不共享帶寬，如果是一個10M的switch，那么每個端口的帶寬就是10M； 都是平面網(wǎng)絡，無法抑制廣播,三層交換機,傳統(tǒng)的交換技術是在OSI網(wǎng)絡標準模型中的第二層數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而三層交換技術是在網(wǎng)絡模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術三層轉(zhuǎn)發(fā)技術。三層交換技術的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡瓶頸問題。 假設兩個使用IP協(xié)議的站點A、B通過第三層交換機進行通信，發(fā)送站點A在開始發(fā)送時，把自己的IP地址與B站的IP地址比較，判斷B站是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的站B與發(fā)送站A在同一子網(wǎng)內(nèi)，則進行二層的轉(zhuǎn)發(fā)。若兩個站點不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站A要與目的站B通信，發(fā)送站A要向“缺省網(wǎng)關”發(fā)出ARP(地址解析)封包，而“缺省網(wǎng)關”的IP地址其實是三層交換機的三層交換模塊。當發(fā)送站A對“缺省網(wǎng)關”的IP地址廣播出一個ARP請求時，如果三層交換模塊在以前的通信過程中已經(jīng)知道B站的MAC地址，則向發(fā)送站A回復B的MAC地址。否則三層交換模塊根據(jù)路由信息向B站廣播一個ARP請求，B站得到此ARP請求后向三層交換模塊回復其MAC地址，三層交換模塊保存此地址并回復給發(fā)送站A，同時將B站的MAC地址發(fā)送到二層交換引擎的MAC地址表中。從這以后，當A向B發(fā)送的數(shù)據(jù)包便全部交給二層交換處理，信息得以高速交換。由于僅僅在路由過程中才需要三層處理，絕大部分數(shù)據(jù)都通過二層交換轉(zhuǎn)發(fā)，因此三層交換機的速度很快，接近二層交換機的速度，同時比相同路由器的價格低很多。,路由器,路由器連接具有相同通信架構的網(wǎng)絡，但這些網(wǎng)絡的低層架構可能不同。換句話說，路由器是協(xié)議相關的。路由器常常可以用來替代網(wǎng)橋或交換機。注意，為了做到是“可被路由的”，架構中必須包含網(wǎng)絡層，如圖 路由器從物理上和邏輯上對網(wǎng)絡進行分割。這是通過計算包中的目標地址來實現(xiàn)的，目標地址指示網(wǎng)絡中目標節(jié)點的位置。如果包地址指示的目標在同一個網(wǎng)段（或子網(wǎng)）內(nèi)，路由器就把數(shù)據(jù)流限制在那個網(wǎng)段。如果包的目標地址在另一個網(wǎng)段，路由器就把包發(fā)送到與目標網(wǎng)段對應的物理端口上。,路由器,路由器總是有多個LAN和WAN端口，每個端口所聯(lián)的網(wǎng)段是一個獨立的網(wǎng)絡或子網(wǎng)號。,路由器的工作原理,網(wǎng)間尋徑和數(shù)據(jù)傳送,尋徑的依據(jù)是經(jīng)過每個路由器中的路由表。 路由表指明了從源站點到目的站點的一條路徑。 路由協(xié)議是生成路由表的方法，分為靜態(tài)路由協(xié)議和動態(tài)路由協(xié)議。 靜態(tài)路由協(xié)議：手工為每臺路由器編寫一張固定不變的靜態(tài)路由表； 動態(tài)路由協(xié)議：為每臺路由器配置一個動態(tài)路由尋徑協(xié)議，讓該路由協(xié)議自動形成和刷新路由表。動態(tài)路由協(xié)議有：RIP、RIP、IGRP 、EIGRP、OSPF、ISIS、BGP、EGP等。,路由器能對其互聯(lián)的兩個異構形網(wǎng)絡的幀格式進行轉(zhuǎn)換。,路由器所聯(lián)網(wǎng)絡的廣播包被隔離在本網(wǎng)段之內(nèi)，起到了防火墻作用。根據(jù)統(tǒng)計的80/20規(guī)律，一個網(wǎng)絡應用的80信息是在同一個LAN中交換的，使80的信息不會經(jīng)路由器轉(zhuǎn)到其它網(wǎng)絡上，隔離廣播風暴，從面提高了整個網(wǎng)絡的帶寬。,流量管理,包過濾：過濾某些用戶不需要的信息流，減少網(wǎng)絡流量，緩解網(wǎng)絡阻塞。包括對特定的工作站、某些網(wǎng)絡或子網(wǎng)、某些協(xié)議。 優(yōu)先權：對特定服務的包給予特別的優(yōu)先權，使某些對延時敏感的包快速通過。 排隊：對某幾類服務進行排隊通過,網(wǎng)關,由于通信架構和應用層協(xié)議之間有多種組合方式，所以網(wǎng)關的類型也有很多種。有一種稱為協(xié)議轉(zhuǎn)換器的網(wǎng)關，可以將協(xié)議從一種通信架構轉(zhuǎn)化到另一種通信架構。能夠把TCP/IP網(wǎng)絡連接到SNA網(wǎng)絡的節(jié)點就是協(xié)議轉(zhuǎn)換器的一個例子，如圖所示。,總結與比較,局域網(wǎng)技術10Base2總線網(wǎng),10Base2同軸電纜有時稱做細纜以太網(wǎng)（thin Ethernet）、細纜網(wǎng)（Thinnet）或廉價網(wǎng)絡（Cheapernet） 10Base2適配卡能完成所有的收發(fā)功能，因此無需外部收發(fā)器。適配卡的背部有一個螺旋形BNC連接器。一個T型連接頭將適配卡直接連至同軸電纜。在10Base2電纜的兩個末端都必須有一個50的終結器。,10Base2總線網(wǎng),10BaseT 和100BaseTX,雙絞線采用RJ-45連接頭，一頭直接連接設備端的NIC，另一頭連接集線器。在配置這種類型的網(wǎng)絡時，通常使用第5類UTP電纜方案。與10Base2和10Base5網(wǎng)絡相比，10BaseT網(wǎng)絡有如下優(yōu)點： 集線器可以偵測發(fā)生故障的電纜和設備?？梢院芊奖愕南蚓W(wǎng)絡中增加設備和從網(wǎng)絡中拆除設備。查找網(wǎng)絡故障可更容易，因為可以很方便的將節(jié)點從集線器上斷開。,星型連線規(guī)則,網(wǎng)絡互聯(lián)技術,單機與單機的聯(lián)接 單機與LAN的聯(lián)接 單機與WAN的聯(lián)接 LAN與LAN的聯(lián)接 LAN與WAN的聯(lián)接 WAN與WAN的聯(lián)接,單機與單機的聯(lián)接,頭腦風暴 1、通過數(shù)據(jù)線傳遞數(shù)據(jù) 2、通過反向網(wǎng)線連接 3、通過與HUB或交換機的連接,通過加入10BASE2網(wǎng)絡 通過交換機與集線器,單機與LAN的聯(lián)接,單機與WAN的聯(lián)接,遠程訪問服務器 其它方法：VPN等,遠程訪問,LAN與LAN的聯(lián)接,原因：在一個規(guī)模較大的機構中單個局域網(wǎng)絡可能不夠用，所以在一開始便設計了多個局域網(wǎng)絡。也有隨著數(shù)據(jù)通信量的增加，使得原有的局域網(wǎng)絡的通信效率的下降，這種情況下，需要增設網(wǎng)段，以分擔通信負荷。 例子：校園網(wǎng) LAN-LAN互聯(lián)需要的網(wǎng)絡互聯(lián)設備：網(wǎng)橋，集線器，路由器。,交換式,路由式,實例,LAN與WAN的聯(lián)接,原因及目的：是為了解決在一個組織機構內(nèi)部或包括在一個小區(qū)域范圍內(nèi)相鄰的幾個樓群之間的聯(lián)網(wǎng)通信。LANWAN 互聯(lián)是要擴大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的連通范圍，使不同單位或機構使用的LAN連入范圍更大的一體化的網(wǎng)絡體系中，其擴大的范圍可以超越城市，超越國界或州界，形成世界范圍的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。 例子：一個大型集團公司 LAN-WAN互聯(lián)需要的網(wǎng)絡互聯(lián)設備：路由器是一種較方便的選擇。那么接入方式有哪些呢？,WAN與WAN的聯(lián)接,是電信、大型通信機構關注的事情。 典型的例子： 聯(lián)通與移動短信息互通， 教育網(wǎng)與公眾網(wǎng)的互通。,計算機網(wǎng)絡發(fā)展熱點技術,電話線局域網(wǎng) 電線網(wǎng)絡 無線網(wǎng)絡 網(wǎng)格計算,IP Addressing,255,255,255,255,最大值,十進制,Network,Host,128 64 32 16 8 4 2 1,11111111,11111111,11111111,11111111,10101100,00010000,01111010,11001100,二進制,32 bits,172,16,122,204,舉例,1,8,9,16,17,24,25,32,128 64 32 16 8 4 2 1,128 64 32 16 8 4 2 1,128 64 32 16 8 4 2 1,一個32位IP地址被寫成4個8位組（8bit組），每個8位組表示為一個十進制數(shù)，8位組之間用句號分開，這就是著名的“點分十進制計數(shù)”（dotted decimal notation）。下面是一個IP地址的例子，分別用二進制和點分十進制計數(shù)格式表示： 32位IP地址：10101100000100000000101000010100 用4個8位組表示：10101100. 00010000. 00001010. 00010100 用點分十進制計數(shù)表示：172.16.10.20 255.255.0.0 網(wǎng)類：B 網(wǎng)址屬性：172.16.0.0,IP地址標識,有類別的網(wǎng)絡或叫有類別尋址 將IP地址定義成5類,IP Address 分類,1,Class A:,Bits:,0NNNNNNN,Host,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,Range (1-126),1,Class B:,Bits:,10NNNNNN,Network,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,Range (128-191),1,Class C:,Bits:,110NNNNN,Network,Network,Host,8,9,16,17,24,25,32,Range (192-223),1,Class D:,Bits:,1110MMMM,Multicast Group,Multicast Group,Multicast Group,8,9,16,17,24,25,32,Range (224-239),IP Address 分類,無類別的網(wǎng)絡或叫無類別尋址 無類別的網(wǎng)絡或叫無類別尋址廢除了傳統(tǒng)的5類IP地址的想法和子網(wǎng)的概念，在無類別的世界不存在子網(wǎng)和主網(wǎng)，代之的是只有網(wǎng)絡前綴和主機位。,有類別地址,無類別地址,地址,掩碼,掩碼,地址,IP Address 分類,特殊情況 （回路、廣播和網(wǎng)絡地址 ） IP地址空間中的某些地址已經(jīng)為特殊目的而保留，而且通常并不允許作為主機地址。這些保留地址的規(guī)則如下： A）IP地址的網(wǎng)絡地址部分不能設置為“全部為1”或“全部為0”。 B）IP地址的子網(wǎng)部分不能設置為“全部為1”或“全部為0”。 C）IP地址的主機地址部分不能設置為“全部為1”或“全部為0”。 D）網(wǎng)絡127.x.x.x不能作為網(wǎng)絡地址。,主網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)化就是將一個主網(wǎng)劃分為更小的（通常也是更有用的）子網(wǎng)。這是用從主網(wǎng)的主機位“竊取”若干位來完成的，用這些位來標示子網(wǎng)地址。主機位長度發(fā)生的變化，依賴于將要子網(wǎng)化的主網(wǎng)類別。,子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)劃分和子網(wǎng)掩碼（例用網(wǎng)絡地址：192.168.1.0子網(wǎng)掩碼：255.255.255.224來劃分子網(wǎng)）,子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)規(guī)劃,子網(wǎng)規(guī)劃的過程涉及到分析網(wǎng)絡上的通信量形式，以確定哪些主機應該分在同一個子網(wǎng)中。我們也需要了解我們需要的子網(wǎng)的整體數(shù)目，通?？紤]發(fā)展的因素，而留下一個空間。我們也需要考慮我們正在處理的網(wǎng)絡的地址類和我們預料的在每個子網(wǎng)中必須支持的主機的總數(shù)。 選擇子網(wǎng)掩碼 考慮主機數(shù)目的影響 確定每個子網(wǎng)的地址范圍,子網(wǎng)規(guī)劃舉例,假如某公司請你把它的一個C類主網(wǎng)（192.168.1.0）子網(wǎng)化，并告訴你如下需求： A） 2個起碼能支持60個主機的子網(wǎng) B） 4個起碼能支持10個主機的子網(wǎng) C） 可能要有很多能支持2個主機的子網(wǎng),子網(wǎng)化的第一輪： 某公司的主網(wǎng)：192.168.1.0（8位主機位） 第一輪的掩碼：255.255.255.192（26位掩碼支持每個子網(wǎng)62臺主機） 255.255.255.1100-0000（為了有助于說明，掩碼的最后一個8位組展開成二進制的形式）,目的：將地址空間（例如一個主網(wǎng)）子網(wǎng)化大地址塊，其大小基于所需的最大子網(wǎng)而定。并將這些大地址塊分配給大的子網(wǎng)。,子網(wǎng)化的第二輪A： 子網(wǎng)化的第二輪就會對子網(wǎng)1和4進行再子網(wǎng)化 子網(wǎng)1： 192.168.1.0/26（6位主機位） 第二輪掩碼：255.255.255.240（28位掩碼支持每個子網(wǎng)14臺主機） 255.255.255.1111-0000,目的：任意取沒有使用的地址塊，進一步子網(wǎng)化，用于主機數(shù)較少的更小的子網(wǎng)，可以把這看成第二輪子網(wǎng)化。并分配第二輪子網(wǎng)化形成的子網(wǎng)。,子網(wǎng)化的第二輪A： 子網(wǎng)化的第二輪就會對子網(wǎng)1和4進行再子網(wǎng)化 子網(wǎng)1： 192.168.1.0/26（6位主機位） 第二輪掩碼：255.255.255.240（28位掩碼支持每個子網(wǎng)14臺主機） 255.255.255.1111-0000,目的：任意取沒有使用的地址塊，進一步子網(wǎng)化，用于主機數(shù)較少的更小的子網(wǎng)，可以把這看成第二輪子網(wǎng)化。并分配第二輪子網(wǎng)化形成的子網(wǎng)。,子網(wǎng)化的第三輪B： 子網(wǎng)化的第二輪就會對子網(wǎng)1和4進行再子網(wǎng)化 子網(wǎng)4.2： 192.168.1.208/28（4位主機位） 第二輪掩碼：255.255.255.252（30位掩碼支持每個子網(wǎng)2臺主機） 255.255.255.1111-1100,目的：進入下一輪子網(wǎng)化，繼續(xù)劃分沒有使用的地址塊為多個更小的子網(wǎng)，按照所需來配置它們。,通過子網(wǎng)化的第三輪A（1.1）、B（4.2）、C（4.3）、D（4.4）的劃分，我們就結束對某公司的子網(wǎng)化。 對某公司子網(wǎng)化的結果 通過子網(wǎng)化產(chǎn)生了3個不同大小、總共20/22個可分配的子網(wǎng)，滿足了該公司規(guī)定的需求。,謝謝！,