模块2-计算机网络体系结构-《计算机网络技术基础与实训》教学课件.ppt

计算机网络技术基础与实训模块2 计算机网络体系结构12342.1必备知识 2.2扩展知识 2.3实训 2.4思考与练习2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织2.1.2OSI参考模型2.1.3TCP/IP参考模型2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织1.人类活动的类比2.网络协议3.计算机网络管理组织2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织2.网络协议 协议定义了在两个或者多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输或接收等其他事件方面所采取的动作。简单来说，协议就是通信双方必须遵守的规则与规定，也可以说协议是协议制定组织给出的一个标准。2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织3.计算机网络管理组织1）Internet协会2）Internet体系结构组3）Internet工程任务组4）Internet工程指导组2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织3.计算机网络管理组织5）Internet编号管理局6）Internet名字和编号分配组织7）Internet网络信息中心和其他注册组织8）RFC编辑9）Internet服务提供商2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织3.计算机网络管理组织 Internet体系结构组以前称为Internet行动组，是Internet协会技术顾问，这个小组定期会晤，考查由Internet工程任务组和Internet工程指导组提出的新思想和建议，并给IETF带来一些新的想法和建议。2）Internet体系结构组2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织3.计算机网络管理组织 Internet工程任务组是由网络设计者、制造商和致力于网络发展的研究人员组成的一个开放性组织。IETF一年会晤3次，主要的工作通过电子邮件组来完成，IETF被分成多个工作组，每个组有特定的主题。3）Internet工程任务组2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织3.计算机网络管理组织 Internet编号管理局（IANA）负责分配IP地址和管理域名空间，IANA还控制IP协议端口号和其他参数，IANA在Internet名字和编号分配组织（ICANN）下运作。IANA的站点是。5）Internet编号管理局2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织3.计算机网络管理组织 Internet网络信息中心（Internet network information center，InterNIC）从1993年起由Network Solutions公司运作，负责最高级域名的注册（.com、.org、.net、.edu），InterNIC由美国国家电信和信息管理机构（NTIA）监督，这是商业部的一个分组。7）Internet网络信息中心和其他注册组织2.1必备知识2.1.1计算机网络协议与标准组织3.计算机网络管理组织 RFC是关于Internet标准的一系列文档。RFC编辑是Internet RFC文档的出版商，负责RFC文档的最后编辑检查。想获得关于RFC编辑的更多信息，可以访问。8）RFC编辑2.1必备知识2.1.2OSI参考模型 OSI参考模型分为7层，从下往上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图2-2所示。图2-2OSI参考模型2.1必备知识2.1.2OSI参考模型1.层次划分的原则（1）网络中各结点都有相同的层次。（2）不同结点的同等层具有相同的功能。（3）同一结点内相邻层之间通过接口通信。（4）每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。（5）不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。2.1必备知识2.1.2OSI参考模型2OSI参考模型各层功能1）物理层2）数据链路层3）网络层4）传输层5）会话层6）表示层7）应用层2.1必备知识2.1.2OSI参考模型2OSI参考模型各层功能 物理层协议关心的典型问题是使用什么样的物理信号来表示数据1和0，一位持续的时间多长，数据传输是否可同时在两个方向上进行，最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止，物理接口（插头和插座）有多少针以及各针的用处。1）物理层2.1必备知识2.1.2OSI参考模型2OSI参考模型各层功能 数据链路层（data link layer）的主要功能是保证在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。数据链路层完成的是网络中相邻结点之间可靠的数据通信。为了保证数据的可靠传输，发送方把用户数据封装成帧（frame），并按顺序传送各帧。2）数据链路层2.1必备知识2.1.2OSI参考模型2OSI参考模型各层功能 传输层（transport layer）的主要功能是完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据通信。传输层要决定最终对网络用户提供什么样的服务。最好的传输连接是一条无差错、按顺序传送数据的管道，即传输层连接是真正端到端的。4）传输层2.1必备知识2.1.2OSI参考模型2OSI参考模型各层功能 会话层（session layer）允许在不同机器上的用户之间建立会话关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据的传送，在某些场合还提供了一些有用的增强型服务，允许用户利用一次会话在远端的分时系统上登录，或者在两台机器间传递文件。5）会话层2.1必备知识2.1.2OSI参考模型2OSI参考模型各层功能 表示层（presentation layer）完成某些特定的功能，对这些功能人们常常希望找到普遍的解决办法，而不必由每个用户自己来实现。值得一提的是，表示层以下各层只关心从源端机到目标机可靠地传送比特流，而表示层关心的是所传送的信息的语法和语义。6）表示层2.1必备知识2.1.2OSI参考模型2OSI参考模型各层功能 通过把7层比喻为真实世界收发信的两个老板的图（左为发送端，右为接收端）来更加形象地介绍7层之间的关系，如图2-3所示。图2-37层结构图与实际生活对比图2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型与OSI参考模型一样，TCP/IP也采用层次化结构，每一层负责不同的通信功能。但是TCP/IP简化了层次设计，只分为4层网络接口层、网络层、传输层和应用层，如图2-4所示。2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型 为上层提供一致的网络接口。因此，TCP/IP模型的网络接口层大体对应于OSI模型的数据链路层和物理层，通常包括计算机和网络设备的接口驱动程序和网络接口卡等。TCP/IP可以基于大部分局域网和广域网技术运行，这些协议便可以划分到网络接口层。1.网络接口层2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型 典型的网络接口层技术包括常见的以太网、光纤分布式数据接口（FDDI）和令牌环等局域网技术，用于串行连接的串行线路IP（SLIP）、高级数据链路控制（HDLC）和点到点协议（PPP）等技术，以及常见的X.25、帧中继和异步传输模式（ATM）等分组交换技术。1.网络接口层2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型 网络层是TCP/IP体系的关键部分，它的主要功能是使得主机能够将信息发往任何网络并传送到正确的目标。基于这些要求，网络层定义了主要包格式及其协议IP。网络层使用IP地址标识网络结点；使用路由协议生成路由信息，2网络层2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型 并且根据这些路由信息实现包的转发，使包能够准确地发送到目的地；使用Internet控制报文协议（ICMP）、Internet组管理协议（IGMP）这样的协议管理网络。TCP/IP网络层在功能上与OSI网络层极其相似。2网络层2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型 传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的连接，使源、目的端主机上的对等实体可以进行会话。TCP/IP协议簇的传输层协议主要包括TCP和UDP。3传输层2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型 其中TCP是面向连接的，可以保证通信两端的可靠传递，支持乱序恢复、差错重传和流量控制。而UDP是无连接的，它提供非可靠性数据传输，数据传输的可靠性由应用层保证。3传输层2.1必备知识2.1.3TCP/IP参考模型 TCP/IP模型没有单独的会话层和表示层，其功能融合在TCP/IP应用层中，应用层直接与用户和应用程序打交道，负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。这里的网络服务包括文件传输、文件管理、电子邮件的消息处理等。典型的应用层协议主要包括以下几个。（1）Telnet（2）FTP（3）SMTP（4）SNMP4应用层2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分2.2.2IPv6简介2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分网络上的每台主机都有一个唯一的IP地址。IP就是使用这个地址在主机之间传递信息的，这是计算机网络能够运行的基础。IP地址的长度为32位，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0255，段与段之间用句点隔开。例如，159.226.1.1。IP地址由两部分组成，一部分为网络地址，另一部分为主机地址。IP地址分为A、B、C、D、E共5类。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上的工作站、服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适应不同容量的网络，即A类E类。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分其中A、B、C三类（如表2-1所示）由InterNIC在全球范围内统一分配，D、E类为特殊地址。（1）A类IP地址。（2）B类IP地址。（3）C类IP地址。（4）特殊地址。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分1IP子网划分的需求背景早期的计算机网络是一个简单的二级网络结构。接入网络的结构由一个物理网络构成，该物理网络包括机构中需要接入网络的全部主机。采用自然分类法将IP地址划分为A、B、C、D、E类。每个32位的IP地址都被划分为由网络号和主机号构成的二级结构。为每个机构分配一个按照自然分类法得到的Internet网络地址，能够很好地适应当时的网络结构。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分1IP子网划分的需求背景随着时间的推移，网络计算逐渐成熟，网络的优势被许多大型组织认知，网络中出现了很多大型的接入机构。这些机构中需要接入的主机数量众多，单一物理网络容纳主机的数量有限，因此在同一机构内部需要划分多个物理网络。早期解决这类大型机构接入网络的方法是为机构内的每一个物理网络划分一个逻辑网络，2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分1IP子网划分的需求背景即为每一个物理网络都分配一个按照自然分类法得到的网络地址，称为“物理网络自然分类IP网段”设计方案，如图2-5所示。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分1IP子网划分的需求背景2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分1IP子网划分的需求背景但是这种“物理网络自然分类IP网段”分配方案存在严重问题，主要有如下几个。1）IP地址资源严重浪费2）IP网络数量不够用3）业务扩展缺乏灵活性2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分2子网划分基础知识20世纪80年代中期，IETF在RFC950和RFC917中针对简单的两层结构IP地址所带来的日趋严重的问题提出了解决方法。这个方法称为子网划分（subnetting）。子网划分技术又叫子网寻径，是最广泛使用的IP网络地址复用方式，目前已经标准化，并成为IP地址模式的一部分。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分2子网划分基础知识32位的IP地址分为两部分，即网络号和主机号，分别把它们叫做IP地址的“网络部分”和“本地部分”。子网编址技术将“本地部分”进一步划分为“物理网络”和“主机”两部分，其中“物理网络”部分用于标识同一IP网络地址下的不同物理网络，常称为“掩码位”、“子网掩码号”，或者“子网掩码ID”，不同子网就是依据这个掩码ID来识别的。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分2子网划分基础知识按IP的子网标准规定，每一个使用子网的网点都选择一个32位的位模式，若位模式中的某位置为1，则对应IP地址中的某位为网络地址（包括网络部分和子网掩码号）中的一位；若位模式中的某位置为0，则对应IP地址中的某位为主机地址中的一位。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分3子网的划分如果要将一个网络划分成多个子网，如何确定这些子网的子网掩码和IP地址中的网络号和主机号呢？下面就来介绍。子网划分的步骤如下。（1）将要划分的子网数目转换为2m形式。（2）将上一步确定的幂m按高序占用主机地址m位后，转换为十进制。2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分4子网掩码的计算 在求子网掩码之前必须先弄清楚要划分的子网数目，以及每个子网内所需的主机数目。然后按以下基本步骤进行计算。（1）将子网数目转化为二进制来表示。（2）取得子网数二进制的位数（n）。（3）取得该IP地址类的子网掩码，然后将其主机地址部分的前n位置1，即得出该IP地址划分子网的子网掩码。1）利用子网数来计算2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分4子网掩码的计算 利用主机数来计算子网掩码的方法与利用子网数计算方法类似，基本步骤如下。（1）将子网中需容纳的主机数转化为二进制。（2）如果主机数大于或等于254（因为要去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数n，这里肯定有n8，也就是说，主机地址将占据不止8位。2）利用主机数来计算2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分4子网掩码的计算（3）将255.255.255.255的主机地址位数全部置1，然后从后向前将n位全部置为0，即为子网掩码值。2）利用主机数来计算2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分4子网掩码的计算 子网ID增量计算法的基本计算步骤如下。（1）将所需的子网数转换为二进制，如所需划分的子网数为4，则转换成二进制为。（2）取子网数的二进制中有效位数，即为向缺省子网掩码中加入的位数（即向主机ID中借用的位数）。如前面的，有效位为100，为3位。（3）决定子网掩码。3）子网ID增量计算法2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分4子网掩码的计算（4）将所借位的主机ID的起始位段最右边的1转换为十进制，即为每个子网ID之间的增量，如前面的借位的主机ID起始位段为，最右边的1，转换成十进制后为25=32。（5）产生的子网ID数为2m-2（m为向缺省子网掩码中加入的位数），如本例向子网掩码中添加的位数为3，则可用子网ID数为23-2=6。3）子网ID增量计算法2.2扩展知识2.2.1IP地址规划与划分4子网掩码的计算（6）将上面产生的子网ID增量附在原网络ID之后的第一个位段，便形成了第一个子网网络ID：129.20.32.0。（7）重复步骤（6）操作，在原子网ID基础上加上一个子网ID增量，以此类推，直到子网ID中的最后位段为缺省子网掩码位用主机ID位之后的最后一个位段值，这样就可得到所有的子网网络ID。3）子网ID增量计算法2.2扩展知识2.2.2IPv6简介1.IPv6的特点单从数量级上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约81028倍，达到2128（算上全零的）个。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除计算机外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。IPv6最大的特点是几乎无限的地址空间。IPv6普及的一个重要的应用是网络实名制下的互联网身份证（VieID）。2.2扩展知识2.2.2IPv6简介2.IPv6地址的表示方式IPv6地址的128为被分成8段，每16位为一段，每段被转换为一个4位的十六进制数，并用冒号隔开。为了尽量缩短地址的书写长度，IPv6地址可以采用压缩方式来表示。在压缩时，有以下几个原则。（1）每段中前导0可以去掉，但保证每段至少有一个数字。（2）一个或多个连续的段内各位为0的时候，可用双冒号（:）压缩表示，但一个IPv6中只允许有一个双冒号。2.2扩展知识2.2.2IPv6简介3.IPv6地址的分类（1）链路本地地址（2）站点本地地址（3）全球单播地址（4）未指定地址（5）环回地址1）单播地址2.2扩展知识2.2.2IPv6简介3.IPv6地址的分类 组播地址用来标识一组接口，类似于IPv4的组播地址。多个接口可配置相同的组播地址，发送到组播地址的数据报文被发送给此地址所标识的所有接口。IPv6组播地址的范围是FF00:/8。2）组播地址2.2扩展知识2.2.2IPv6简介3.IPv6地址的分类 任播地址是IPv6中特有的地址类型，也用来标识一组接口。但与组播地址不同的是，发送到任播地址的数据报文被传送给此地址所标识的一组接口中距离源结点最近的一个接口。例如，移动用户在使用IPv6接入因特网时，根据地理位置的不同，接入距离用户最近的一个接收站。3）任播地址2.2扩展知识2.2.2IPv6简介4.IPv6的优势（1）IPv6具有更大的地址空间。（2）IPv6使用更小的路由表。（3）IPv6增加了增强的组播支持以及对流的支持，这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为QoS控制提供了良好的网络平台。2.2扩展知识2.2.2IPv6简介4.IPv6的优势（4）IPv6加入了对自动配置的支持。（5）IPv6具有更高的安全性。（6）允许扩充。（7）更好的头部格式。（8）新的选项。2.3实训 2.3.1常用网络命令的使用 2.3.2手动配置IP地址2.3实训2.3.1常用网络命令的使用1.实训目的掌握常见的几种TCP/IP网络命令的使用方法。2.3实训2.3.1常用网络命令的使用2.实训内容使用常见的几种TCP/IP网络命令。2.3实训2.3.1常用网络命令的使用3.实训环境的搭建（1）PC一台。（2）安装有TCP/IP的网络操作系统。2.3实训2.3.1常用网络命令的使用4.实训操作实践与步骤1）ping命令2）tracert命令3）ipconfig命令4）arp命令2.3实训2.3.2手动配置IP地址1.实训目的掌握手动配置IP地址的方法。2.3实训2.3.2手动配置IP地址2.实训内容通过手动配置IP地址来上网。2.3实训2.3.2手动配置IP地址3.实训环境的搭建（1）PC一台。（2）安装有TCP/IP的网络操作系统。2.3实训2.3.2手动配置IP地址4.实训方法（1）在桌面上右击“网上邻居”图标，然后在弹出的快捷菜单中单击“属性”命令。（2）随即打开“网络连接”窗口（3）在其中双击“本地连接2”选项，在弹出的“本地连接 2 属性”对话框的“此连接使用下列项目”列表框中选择“Internet协议（TCP/IP）”选项。2.3实训2.3.2手动配置IP地址4.实训方法（4）单击“属性”按钮，在弹出的对话框中，选中“使用下面的IP地址”单选按钮，在下面的地址栏中输入需要输入的IP地址、子网掩码、默认网关及首选DNS服务器2.4思考与练习简答题2.4思考与练习简答题谢谢聆听谢谢聆听