第1章-網絡工程基礎解析課件

第1章 網絡工程基礎1.1

網絡工程概述21、工程的定義簡單地講，工程是有一個明確的目標、在指定的組織領導下，按計劃進行的工作。2、計算機網絡工程的含義計算機網絡工程是工程的一個子概念，它是在信息系統(tǒng)工程方法和完善的組織機構指導下，根據網絡應用的需求，按照計算機網絡系統(tǒng)的標準、規(guī)范和技術，詳細規(guī)劃設計可行方案，將計算機網絡硬件設備、軟件和技術系統(tǒng)性地集成在一起，成為滿足用戶需求、高效性價比的計算機網絡系統(tǒng)的組建工作。簡單地說，計算機網絡工程就是組建計算機網絡的工作，凡與組建計算機網絡有關的事情都可以歸納在計算機網絡工程中。網絡工程的內容包括四個方面：1、網絡規(guī)劃與設計。對計劃建設的網絡系統(tǒng)的類型規(guī)模、體系結構、硬件與軟件、管理與安全等方面提出一套完整的技術方案和實施方案。2、網絡硬件系統(tǒng)建設。主要包括計算機設備、網絡設備和布線系統(tǒng)等硬件的集成。3、網絡軟件系統(tǒng)建設。主要包括網絡操作系統(tǒng)、工作站操作系統(tǒng)通信及協(xié)議軟件、數據庫管理系統(tǒng)、網絡應用軟件和開發(fā)工具軟件等的選擇與安裝。4、網絡安全管理建設。主要包括網絡管理與安全體系以及相應軟件系統(tǒng)的組建。網絡工程的目標，就是工程的建設方和施工方，要在遵守國家相關法律、法規(guī)，遵循國家標準和國際標準的前提下，完成網絡工程的規(guī)劃、設計、

施工和驗收等工作。3、網絡工程建設的主要內容與目標3計算機網絡工程要有一個機構來負責組織、協(xié)調、實施和管理。由于計算機網絡工程的實際情況各不相同，因此具體的組織機構也不可能完全相同。對所有的網絡工程進行抽象，歸納出一種通用的組織形式，簡稱為三方結構，分別是工程甲方、工程乙方和工程監(jiān)理方。這三方的基本關系如下圖所示。4、網絡工程的組織機構及其職責工程說明工程監(jiān)督工程報告工程咨詢需求分析4工程目標甲方乙方監(jiān)理方工程甲方是網絡工程中的用戶，即網絡工程的提出者和投資方。例如，某校園網建設工程中的學校就是工程甲方。甲方的人員組成主要包括行政聯(lián)絡人和技術聯(lián)絡人。行政聯(lián)絡人是甲方的工程負責人，一般由甲方的行政領導擔任，他負責甲方的組織協(xié)調工作。技術聯(lián)絡人是甲方的工程技術負責人，工程中有關技術問題，乙方和監(jiān)理

方可以與甲方技術聯(lián)絡人協(xié)調。甲方的職責：可行性論證編制標書、招投標工程監(jiān)督5工程甲方工程乙方工程乙方是計算機網絡工程的承建者。例如，校園網由A公司承建，則A公司就是工程乙方。有時候，由于網絡工程的量比較大，可以由多個公司各承擔網絡工程的建設任務。那么，此時就存在著多個乙方。乙方在承建計算機網絡工程時多采用項目經理制。項目經理制的人員結構如圖所示。項目經理設備工程師布線系統(tǒng)工程師軟件系統(tǒng)工程師布線技術工人網絡程序設計人員6編制投標書。簽訂工程合同。進行用戶需求調查。進行規(guī)劃設計。制訂實施計劃。產品選型。系統(tǒng)集成。合同規(guī)定的其他工作。7乙方的職責網絡工程監(jiān)理，是指為了幫助用戶建設一個性能價格比最優(yōu)的網絡系統(tǒng)，在網絡工程建設過程中，給用戶提供前期咨詢、網絡方案論證、確定系統(tǒng)集成商、網絡質量控制等服務。提供工程監(jiān)理服務的機構就是監(jiān)理方，工程監(jiān)理方的人員組織包括總監(jiān)理工程師、監(jiān)理工程師、監(jiān)理人員等。工程監(jiān)理方的職責：幫助用戶做好需求分析。幫助用戶選擇好的系統(tǒng)集成商。幫助用戶控制工程進度。幫助用戶控制工程質量。幫助用戶作好各項測試工作。8工程監(jiān)理方5、網絡工程建設的過程9下圖給出了工程建設的大致過程，圖中的實線表示組織方必須參與其過程，虛線表示組織方可以參與也可不參與其過程。1.2計算機網絡體系結構ISO/RM七層參考模型10TCP/IP的4層模型11TCP/IP的4層模型TCP/IP分層協(xié)議OSI分層應用層FTPSMTPTelnetDNSSNMP7傳輸層TCPUDP4網絡層IP，ICMP，(RIP，OSPF)3ARP,RARP鏈路層EthernetTokenBusTokenRingFDDIWLAN1，2產生背景：開放式系統(tǒng)互連參考模型是由ISO制定的一個參考模型，提供了一個參考建議；TCP/IP是產生于早期ARPA網的一組協(xié)議，但由于各廠家主動遵守而變成了一個事實上的工業(yè)標準。共同點：解決異構網絡的互連問題；采用了分層結構的思想；各層次的劃分和所應用的協(xié)議功能大體相同。不同點：① OSI參考模型體協(xié)結構清晰，TCP/IP把功能描述與實現細節(jié)混雜起來如想分析更普遍的網絡通信問題，OSI模型能起到更好的效果。② OSI詳細的定義和劃分了各個層次的功能，特別是區(qū)分了物理層和數據鏈路層；TCP/IP卻只用一個網絡接口層來代替。③

OSI

提供了面向連接和面向無連接的服務，提供了較高的可靠性

TCP/IP降低了可靠性。④ OSI造成了協(xié)議復雜、效率低下和現實困難；TCP/IP設計目的單一協(xié)簡單而有效，可操作性強。12OSI和TCP/IP模型的比較1.3

IP地址IP地址的組成IP地址是與物理地址相對應的一種邏輯地址，由兩個部分組成：網絡標識（

net

id

）和主機標識（

host

id

）。網絡標識用于區(qū)分不同的網絡，主機標識用于在一個網絡中區(qū)分主機。IP地址的表示IP 地址有兩種表示法：二進制和十進制。二進制的

IP 地址有

32 位，由8位的二進制數組成，每8位之間用圓點隔開。由于二進制數不利于記憶，通常轉換成十進制數表示，其取值范圍為0～255。二進制

10100110011011110000010001010000十進制

166.

111.

4.

8013IP地址被分成了A、B、C、D、E五類。各類IP地址結構3．IP地址的分類143．IP地址的分類15類別地址范圍網絡數每個網絡的主機數適用的網絡規(guī)模A～5512816777216大型網絡B～551638465536中型網絡C～552097152256小型網絡目前，一般具體的網絡只分配到A類、B類、C類地址中的一種。IP地址中的

D類作為多目地址（multicast

address）是比廣播地址稍弱的多點傳送地址，用于支持多點傳輸技術。E類地址保留作為將來使用。IP地址的類別與規(guī)模4．TCP/IP對IP地址的一些規(guī)定16網絡號主機號源地址目的地址代表的意義00可以不可以在本網絡上的本主機0主機號可以不可以在本網絡上的某個主機全1全1不可以可以只在本網絡上進行廣播(有限廣播地址)網絡號全1不可以可以對在網絡號的網絡上所有主機進行廣播(廣播地址)127由以任何數上規(guī)定可可以以看出，可以主機號全用作本地軟件環(huán)回測試用（回送地址）“0”全“1”的地址在TCP/IP協(xié)議中有特殊含義，一般不能用作一臺主機的IP地址。另外：地址段

～

55，也是屬于保留使用的，用于本機環(huán)路測試類IP地址。有一些IP

地址保留用于一般用途，它們的使用無需得到ICANN批準。盡管這些地址可以被任何組織任意使用，但他們不允許用于Internet通信。因

這些地址不會分配給某個組織，所以只能在局域網內部使用，稱為私有IP地址或保留IP地址。保留地址范圍見下表。17起始地址結束地址5555192.168.255.2555．保留地址1.子網由于Internet規(guī)模的急劇增長，促使對IP地址的需求激增。由此帶來的問題是：第一，巨大的網絡地址管理開銷，使IP地址資源嚴重不足；第二，網關尋徑要求急劇膨脹，“路由表”規(guī)模急速增長。其中第二點尤為突出，路由表的膨脹不僅會降低網關尋找路徑的效率（甚至可能使路由表溢出，從而造成尋徑故障），更重要的是將增加內外部路徑刷新時的開銷，從而加重網絡負擔。因此，迫切需要尋求新的技術，以應付網絡規(guī)模增長帶來的問題。對這個問題的一種解決辦法是劃分子網，即把一個網絡再分為更小的一些網絡，稱為子網。子網是一個邏輯概念，子網中的各主機的網絡地址部分是相同的。18子網掩碼增加子網在IP編址系統(tǒng)中就是：從主機號部分拿出幾位作為子網號。這種在原來IP地址結構的基礎上增加一級地址結構的方法稱為子網編址（addressing）技術或子網劃分。如下圖所示。19劃分子網有如下好處：①混合使用多種技術，如以太網和令牌網；②克服已有技術的缺陷，如超過每網段中最大主機數目；③通過對交通重定向和減少廣播來減少網絡阻塞；④便于網絡的管理，劃分子網以后，每個子網看起來像一個獨立的網絡。2.

子網編址┃網絡號部分

┃ 主機號部分┃ 網絡號部分

┃ 子網號

┃ 主機號┃┃一個網絡被劃分成子網后就存在一個子網的識別的問題，使用子網掩碼(subnet

mask)可以找出IP地址中的子網部分。IP協(xié)議標準規(guī)定：每一個使用子網的節(jié)點都選擇一個32位的位模式，若位模式中的某位置為1，則對應IP地址中的某位就為網絡地址（包括網絡部分和子網號）中的一位；若位模式中的某位置0，則對應IP地址中的某位就為主機地址中的一位。例如，位模式11111111

11111111

11111111

00000000

中，前三個字節(jié)全1

，代表對應IP地址中最高的三個字節(jié)為網絡地址；后一個字節(jié)全0，代表對應IP地址中最后的一個字節(jié)為主機地址。這種位模式叫做子網模（

subnet

mask

）或子網掩碼。203.

子網掩碼子網掩碼常常使用“點分整數表示法”來表示一個IP

地址和子網掩碼例如C類地址子網掩碼（11111111.11111111.11111111.00000000）為：。子網掩碼可以獲取主機IP地址的網絡地址信息，用于區(qū)分通信的兩臺主機是否在同一子網，由此選擇不同的路徑。路由器就是利用此技術得到網絡或子網地址信息的。若一個網絡不設置子網，則按子網掩碼制定規(guī)則得到的掩碼稱為缺省子網掩碼。各類地址的缺省子網掩碼表示：

A

類地址

；；C類地址。213.

子網掩碼4．子網掩碼舉例一個B類網絡，若在主機標識中取出5位作為子網地址位，則該子網的子網掩碼為255.255.248.0。如圖所示22子網掩碼與IP地址結合使用，可以區(qū)分出一個網絡地址的網絡號和主機號。例如：有一個C類地址為：5，其缺省的子網掩碼為：。則它的網絡號和主機號可按如下步驟得到：（

1

）將

IP

地址

5

轉換為二進制，

11000000

0000100100001111；（

2

）將子網掩碼

轉換為二進制，11111111

11111111

111111100000000；（3）將兩個二進制數邏輯與（AND）運算后得出的結果即為網絡部分；11000000000010011100100000001111AND

1111111111111111111111110000000011000000000010011100100000000000結果為，即網絡號為。235．子網掩碼與IP地址例子（4）將子網掩碼取反再與IP地址邏輯與（AND）后得到的結果即為主機部分。11000000000010011100100000001111AND

00000000

00000000000000001111111100000000

00000000

0000000000001111結果為5，即主機號為15。利用子網掩碼可以判斷兩臺主機是否在同一子網中。若兩臺主機的IP地址分別與他們的子網掩碼相“與”后的結果相同，則說明這兩臺主機在同一子網中。245．子網掩碼與IP地址例子例

:

C 類地址

中

24 位網絡標將主機標識中的前3位分離出來作為子網地址標識。則這個C類地址可以被分成

2

3

=8

個子網，每個子網可以擁有

2

5

-2

=

30

臺主機

(

全0

和全1

分別為子網網絡地址和廣播地址)

。子網掩碼都是

255.

255.

255.

224 （即

11111111.

11111111.11111111.

11100000 ）。注意：有的教材認為子網號全為0或1的情況是無效的，這要看路由器所使用的路由選擇軟件是否支持子網號全為0或1的用法。如果不支持的話，那么上例中要劃分4個子網的話，就要向主機號借3位作為劃分子網用。256．

子網的劃分例子無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇

CIDR(ClasslessInter-Domain Routing)

。

它消除了傳統(tǒng)的

A

類、

B

類和

C

類地址以及劃分子概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。CIDR使用各種長度的“網絡前綴”來代替分類地址中的網絡號和子網號。無分類的兩級編址的記法是：IP地址={<網絡前綴>,<主機號>}。CIDR

還使用“斜線記法”，它又稱為CIDR記法，即在IP地址后面加上個斜線“/”，然后寫上網絡前綴所占的比特數（這個數值對應于三級編址中子網掩碼中比特1的個數）。CIDR將網絡前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR地址塊”。

/20表示的地址塊共有2

12

個地址（因為斜線后面的20是網絡前綴的比特數，所以主機號的比特數是12）。/20 地址塊的最小地址是

，最大地址是55。全0和全1的主機號地址一般不使用。267.無分類編址方法CIDR網絡傳輸介質是指從一個網絡設備（如計算機）連接到另外一個網絡設備傳遞信息的介質，是網絡的基本構件。網絡傳輸介質可分為有線傳輸介質和無線傳輸介質。有線傳輸介質分為雙絞線、同軸電纜和光纖等，無線傳輸介質分為紅外線、無線電波和通信衛(wèi)星等。1.雙絞線(Twisted

Pair)雙絞線是由兩根相互絕緣的銅導線按照一定的規(guī)格互相纏繞在一起，并被封裝在一個絕緣外套中而形成的一種網絡傳輸介質，是目前建立局域網最

常用到的一種布線材料。線被雙絞在一起的目的是：如果外界電磁信號在兩

條導線上產生的干擾大小相等而相位相反，那么這個干擾信號就會相互抵消。雙絞線分為屏蔽雙絞線（

Shielded

Twisted

Pair

，

簡稱STP

）

和非屏蔽雙絞線（

Unshielded

Twisted Pair

，

簡稱

UTP

）

兩種。所謂的屏蔽就是指線內部信號線的外面包裹著一層金屬網，在屏蔽層外面才是絕緣外皮，屏蔽層可以有效地隔離外界電磁信號的干擾。271.4

網絡傳輸介質同軸電纜（

Coaxial

Cable

）是指有兩個同心導體，而導體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。它是計算機網絡中使用廣泛的另外一種線材，它在主線外包裹絕緣材料，在絕緣材料外面又有一層網狀編織的屏蔽金屬網線，能很好地阻隔外界的電磁干擾，提高通訊質量。同軸電纜一般分為細纜（

RG-58

）和粗纜（

RG-11

）兩種。細纜和粗纜其直徑并沒有嚴格的規(guī)定，不同的廠家生產的線纜其粗細各有區(qū)別。同軸電纜的優(yōu)點是可以在相對長的無中繼器的線路上支持高帶寬通信。

缺點：一是體積大，細纜的直徑有3/8英寸粗，要占用電纜管道的大量空間；二是不能承受纏結、壓力和嚴重的彎曲，這些都會損壞電纜結構，阻止信號的傳輸；三是成本高。而這些缺點正是雙絞線能克服的，因此在現在的局域網環(huán)境中，基本已被基于雙絞線所取代。282.同軸電纜光纖（Fiber

Optic

Cable）也稱光導纖維，以光脈沖的形式來傳輸信號，材質也以玻璃或有機玻璃為主。它由纖維芯、包層和保護套組成。光纖的結構和同軸電纜很類似，但沒有網狀屏蔽層，中心為一根由玻璃或透明塑料制成的光導纖維，周圍包裹著保護材料。根據光信號發(fā)生方式的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖：由激光作光源，細芯；端難接；色散小，效率高；價格昂貴；適于長距離與高速場合。傳輸距離長，2公里以上。多模光纖：由二極管發(fā)光，粗芯；端接容易；色散大，效率低；價格較便宜；用于短距離與低速場合，2公里以內。光纖最大的特點就是傳導的是光信號，不受外界電磁信號的干擾，信號的衰減速度很慢，信號的傳輸距離遠，并且特別適用于電磁環(huán)境惡劣的地方。但

是光纖網絡由于需要把光信號轉變?yōu)橛嬎銠C的電信號，因此在接頭上更加復雜，除了具有連接光導纖維的多種類型接頭外，還需要專用的光纖轉發(fā)器等設備，

以便把光信號轉變?yōu)橛嬎銠C電信號，并且把光信號繼續(xù)向其他網絡設備發(fā)送。293.光纖無線傳輸介質是利用可以穿越外太空的大氣無線電波來傳輸信號的?？梢苑譃榧t外線、無線電波和通信衛(wèi)星等。紅外線系統(tǒng)：紅外線局域網采用小于1微米波長的紅外線作為傳輸媒體，有較強的方向性，它采用低于可見光的部分頻譜作為傳輸介質，使用不