計算機網絡基礎網絡規(guī)劃課件

1、計算機網絡基礎網絡規(guī)劃課件計算機網絡基礎網絡規(guī)劃課件第二章 網絡規(guī)劃2.1 任務描述張老師家的臺式機和筆記本通過一個集線器（Hub）已經實現了物理連接，如圖2-1所示。但是怎么去實現這兩臺PC終端的資源共享、互相訪問呢？物理連接只是網絡規(guī)劃設計的一部分工作，一個完善的網絡規(guī)劃設計還包括終端計算機網絡協議配置、互連設備選擇、操作系統設置、應用軟件安裝等一系列工作。第二章 網絡規(guī)劃2.1 任務描述2.2 設計與實施2.2.1 設計針對如圖2-1所示的簡單網絡，兩臺PC終端已安裝Windows 7操作系統，需要設置臺式機IP地址為，筆記本IP地址設置為，并診斷網絡連通性，為進一步的網絡資源的互相訪問

2、奠定基礎。2.2 設計與實施2.2.1 設計2.2.2 實施步驟 1所需儀器材料臺式機、筆記本各一臺，均已安裝Windows 7操作系統，集線器一臺，已實現了物理連接。2.2.2 實施步驟 1所需儀器材料2實施步驟（1）設置固定IP地址。 在桌面上找到網上鄰居圖標，在上面點鼠標右鍵，選擇屬性，打開屬性對話框，如圖2-2所示。圖2-2網上鄰居屬性對話框選擇2實施步驟（1）設置固定IP地址。圖2-2網上鄰居屬性對話 在出現的窗口中，單擊左側的更改適配器設置，如圖2-3所示。圖2-3 更改適配器設置 在出現的窗口中，單擊左側的更改適配器設置，如圖2-3所示 在本地連接狀態(tài)對話框中，右鍵單擊選擇“屬性

3、”命令，打開“本地連接 屬性”對話框，如圖2-4所示。圖2-4 選擇“本地連接 屬性”對話框 在本地連接狀態(tài)對話框中，右鍵單擊選擇“屬性”命令，打開“ 在“本地連接 屬性”對話框中，選擇Internet協議（TCP/IPv4），單擊“屬性”按鈕，打開Internet協議（TCP/IPv4）屬性對話框，如圖2-5所示。 圖2-5 TCP/IP屬性對話框選擇 在“本地連接 屬性”對話框中，選擇Internet協議 在Internet協議（TCP/IP）屬性對話框中，填入分配的IP地址，如圖2-6所示，臺式機地址為，子網掩碼填入，默認網關和DNS服務器暫不設置。 圖2-6 IP地址設置 在Inter

4、net協議（TCP/IP）屬性對話框中，填入（2）自動獲取IP地址。以上是固定IP地址的設置步驟，在配置了固定IP地址的網絡后，若需要查詢該計算機的IP地址，則按以上步驟操作即可。在需要自動獲取IP地址的網絡中，在第步選擇“自動獲取IP地址”，系統將為該終端自動分配一個可以用的IP地址，如圖2-7所示。 圖2-7 自動獲取IP地址（2）自動獲取IP地址。 圖2-7 自動獲取IP地址若想查詢自動分配的IP地址，可以使用ipconfig命令獲取。 ipconfig屬于DOS命令，因為我們首先需要打開命令提示符（CMD）。打開“開始”菜單，找到“運行”選項，輸入cmd，然后按Enter鍵，這樣我們就

5、進入到了命令提示符的輸入界面，如圖2-8所示。 圖2-8 輸入cmd命令若想查詢自動分配的IP地址，可以使用ipconfig命令獲取 在命令提示行輸入ipconfig，然后按Enter鍵。 當使用ipconfig時不帶任何參數選項，那么它為每個已經配置了的接口顯示IP地址、子網掩碼和默認網關值。如果用戶安裝了虛擬機和無線網卡的話，它們的相關信息也會出現在這里，如圖2-9所示。圖2-9 ipconfig命令顯示結果 在命令提示行輸入ipconfig，然后按Enter鍵。圖（3）網絡連通性測試。 按“Windows+R”組合鍵打開“運行”窗口，輸入cmd，按Enter鍵進入命令提示符窗口，如圖2-

6、8所示。 查看本地的TCP/IP協議是否設置好，輸入ping+本機IP地址。如果接收和發(fā)送的數據都相等，那么本地IP地址設置沒有問題，如圖2-10所示。圖2-10 ping命令執(zhí)行窗口（3）網絡連通性測試。圖2-10 ping命令執(zhí)行窗口 檢驗與對端計算機是否連通，輸入ping +對端計算機IP地址，若收發(fā)數據相等，代表網絡正常連通。ping 命令是Windows系列自帶的一個可執(zhí)行命令，利用它可以檢查網絡是否能夠連通，用好它可以很好地幫助我們分析判定網絡故障。應用格式：ping+IP地址。該命令還可以加參數使用，ping指的是端對端連通，通常用來作為可用性的檢查。 檢驗與對端計算機是否連通，

7、輸入ping +對端計算機IP2.3 相關知識2.3.1計算機網絡協議計算機網絡協議（Protocol），是計算機網絡中的計算機為了進行數據交換而建立的規(guī)則，標準或約定。網絡協議主要由以下3個要素組成。（1）語法。（2）語義。（3）時序。2.3 相關知識2.3.1計算機網絡協議2.3.2 OSI參考模型 1OSI參考模型概述國際標準化組織（ISO）在1979年建立了一個分委員會來專門研究一種用于開放系統互連的體系結構，提出了開放系統互連參考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM），簡稱OSI模型。由于ISO組織的權威性，OSI

8、參考模型成為廣大廠商努力遵循的標準。OSI參考模型為連接分布式應用處理的“開放”系統提供了基礎。2.3.2 OSI參考模型 1OSI參考模型概述國際標準“開放”這個詞表示：只要遵守OSI參考模型和有關標準，一個系統可以與位于世界上任何地方的、也遵守OSI參考模型及有關標準的其他任何系統進行連接。OSI參考模型是具有7個層次的框架，如圖2-11所示，自底向上的7個層次分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層?！伴_放”這個詞表示：只要遵守OSI參考模型和有關標準，一個系圖2-11 OSI參考模型示意圖圖2-11 OSI參考模型示意圖OSI體系結構的特點（1）每個層次的對應實

9、體之間都通過各自的協議通信。（2）各個計算機系統都有相同的層次結構。（3）不同系統的相應層次有相同的功能。（4）同一系統的各層次之間通過接口聯系。（5）相鄰的兩層之間，下層為上層提供服務，同時上層使用下層提供的服務。OSI體系結構的特點（1）每個層次的對應實體之間都通過各自的22OSI模型各層功能（1）物理層（Physical Layer）。在OSI參考模型中，物理層是參考模型的底層，也是OSI模型的第一層。物理層的主要功能是利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接，實現比特流的透明傳輸。物理層的作用是實現相鄰計算機結點之間比特流的透明傳送，盡可能屏蔽掉具體傳輸介質和物理設備的差異。22OSI模型

10、各層功能（1）物理層（Physical （2）數據鏈路層（Data Link Layer）。數據鏈路層是OSI模型中極其重要的一層，為網絡層提供服務，它的主要功能是在不可靠的物理線路上進行數據的可靠傳輸。數據鏈路層向網絡層提供的功能有：為網絡層提供設計良好的服務接口，如何將物理層的位組成幀，如何進行差錯處理以及如何進行流量控制等。 成幀。為了向網絡層提供服務，數據鏈路層必須使用物理層提供給它的服務。物理層的工作是進行原始位流傳輸，不能保證位流無差錯。數據鏈路層為保證數據的可靠傳輸，將數據組裝成幀，按順序傳送各幀。（2）數據鏈路層（Data Link Layer）。 差錯處理。數據鏈路層為了保證

11、數據的可靠傳輸，必須提供差錯控制功能。常采用的方法包括以下幾種。 數據接收方向數據發(fā)送方提供反饋信息，協議要求接收方發(fā)回特殊的控制幀，作為數據接收肯定或否定的確認。 計時器，當發(fā)送方發(fā)出一幀時，啟動計時器，在一定時間間隔內，如果幀被正確接收并返回確認幀，計時器清零，如果所傳出的幀或者確認信息被丟失，計時器發(fā)出超時信號，提醒發(fā)送方可能出現 差錯處理。數據鏈路層為了保證數據的可靠傳輸，必須提供差錯了問題，將此幀進行重傳。為了避免將同一幀多次傳送給網絡層，通常對發(fā)出的幀進行編號，接收方通過序號辨別是重復幀還是新幀。 流量控制。數據鏈路層要解決的另一個問題是如何防止高速發(fā)送方的數據把低速接收方“淹沒”

12、。當發(fā)送方在負載較輕的機器上運行，而接收方在負載較重的機器上運行時，容易出現“淹沒”現象。解決辦法是，提供流量控制來限制發(fā)送方所發(fā)出的數據流量，使其發(fā)送速率不要超過接收方能處理的速率，其中一種流量控制機制稱為“滑動窗口協議”。了問題，將此幀進行重傳。為了避免將同一幀多次傳送給網絡層，通（3）網絡層（Network Layer）。數據鏈路層協議只能解決相鄰節(jié)點間的數據傳輸問題，而不能解決兩個主機之間的數據傳輸問題，因為兩個主機之間的通信通常要包括許多段鏈路，涉及鏈路選擇、流量控制等問題。當通信的雙方經過兩個或更多的網絡時，還存在網絡互聯問題。（3）網絡層（Network Layer）。 網絡層的

13、主要功能 建立和拆除網絡連接。 分段和組塊。 有序傳輸和流量控制。 路由選擇和中繼。 差錯的檢測和恢復。 網絡層的主要功能 建立和拆除網絡連接。 網絡層提供的服務。數據報服務。 虛電路服務。 網絡層提供的服務。數據報服務。（4）傳輸層（Transport Layer）。傳輸層是資源子網與通信子網的接口和橋梁，它完成了資源子網中兩節(jié)點間的直接邏輯通信，實現了通信子網端到端的可靠傳輸。傳輸層的兩個主要功能是： 提供可靠的端到端的通信。 向會話層提供獨立于網絡的運輸服務。（4）傳輸層（Transport Layer）。傳輸層是資源（4）傳輸層（Transport Layer）。傳輸層是資源子網與通信

14、子網的接口和橋梁，它完成了資源子網中兩節(jié)點間的直接邏輯通信，實現了通信子網端到端的可靠傳輸。傳輸層的兩個主要功能是： 提供可靠的端到端的通信。 向會話層提供獨立于網絡的運輸服務。（4）傳輸層（Transport Layer）。傳輸層是資源（5）會話層（Session Layer）會話層的主要功能是在兩個節(jié)點間建立、維護和釋放面向用戶的連接，并對會話進行管理和控制，保證會話數據可靠傳送。（5）會話層（Session Layer）（6）表示層（Presentation Layer）。OSI模型中，表示層以下的各層主要負責數據在網絡中傳輸時不出錯。但數據的傳輸沒有出錯，并不代表數據所表示的信息不會出

15、錯。表示層專門負責有關網絡中計算機信息表示方式的問題。表示層負責在不同的數據格式之間進行轉換操作，以實現不同計算機系統間的信息交換。（6）表示層（Presentation Layer）。OSI（7）應用層。應用層是OSI/RM的最高層，它是計算機網絡與最終用戶間的接口，它包含了系統管理員管理網絡服務所涉及的所有問題和基本功能。為網絡用戶或應用程序提供完成特定網絡服務功能所需要的各種應用協議。常用的網絡服務包括文件服務（FTP）、電子郵件（E-mail）、DNS等（7）應用層。應用層是OSI/RM的最高層，它是計算機網絡與2.3.3 TCP/IP協議 1TCP/IP體系TCP/IP協議是互聯網中

16、使用的協議，現在幾乎成了Windows、UNIX、Linux等操作系統中唯一的網絡協議了（微軟似乎也在放棄自己的NetBEUI協議了）。也就是說，沒有一個操作系統按照OSI協議的規(guī)定編寫自己的網絡系統軟件，但卻都編寫了TCP/IP協議要求編寫的所有程序。2.3.3 TCP/IP協議 1TCP/IP體系OSI模型和TCP/IP的對應關系圖2-13 TCP/IP協議集OSI模型和TCP/IP的對應關系圖2-13 TCP/IP圖2-14是TCP/IP協議集中各個協議之間的關系。圖2-14 TCP/IP協議集中的各個協議圖2-14是TCP/IP協議集中各個協議之間的關系。圖2-12網絡層協議TCP/I

17、P協議集中最重要的成員是IP和ARP。除了這兩個協議外，網絡層還有一些其他的協議，如RARP、DHCP、ICMP、RIP、IGRP、OSPF等。（1）IP協議。網際協議（IP）是TCP/IP協議簇中最為核心的協議，所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP數據都被封裝在IP數據報中傳送。IP的功能是負責路由（路徑選擇），提供不可靠、無連接的服務，不負責保證傳輸可靠性、流量控制、包順序等其他對于主機到主機協議的服務。2網絡層協議IP數據報首部（報頭）的格式如圖2-15所示。圖2-15 IP數據報首部結構IP數據報首部（報頭）的格式如圖2-15所示。圖2-15 其中各項說明如下。版本：用來表明IP實

18、現的版本號，當前一般為IPv4，即0100。報頭長度：頭部占32位的數字，包括可選項。計數單位為4字節(jié)。服務類型：其中前3位為優(yōu)先權子字段，現已忽略，第8位保留未用，第47位分別代表延遲、吞吐量、可靠性和花費。當它們取值為1時，分別代表要求最小延遲、最大吞吐量、最高可靠性和最小費用。這4位的服務類型中只能置其中1位為1，但可以全為0。若全為0，表示一般服務。其中各項說明如下?？傞L度：指明整個數據報的長度，以字節(jié)為單位，最大長度為65535字節(jié)。標志：用來唯一標識主機發(fā)送的每一份數據報。通常每發(fā)一份數據報，其值就會加1。標志位：標志一份數據報是否分段。段偏移：如果一份數據報要求分段，則此字段指明

19、該段偏移距原始數據報開始的位置。生存期：用來設置數據報最多可以經過的路由器數。選項：用來定義一些任選項，如記錄路徑、時間戳等。這些選項很少被使用?？傞L度：指明整個數據報的長度，以字節(jié)為單位，最大長度為655協議：指明IP層所封裝的上層協議類型，如ICMP（1）、IGMP（2）、TCP（6）、UDP（17）等。頭部校驗和：內容是根據IP頭部計算得到的校驗和碼。計算方法是：對頭部中每16位進行二進制反碼求和。IP不對頭部后的數據進行校驗。源IP地址、目標IP地址：各占32位，用來標明發(fā)送IP數據報文的源主機地址和接收IP報文的目標主機地址。協議：指明IP層所封裝的上層協議類型，如ICMP（1）、I

20、G（2）ARP協議。 基本功能。在以太網協議中規(guī)定，同一局域網中的一臺主機要和另一臺主機進行直接通信，必須要知道目標主機的MAC地址。而在TCP/IP協議簇中，網絡層和傳輸層只關心目標主機的IP地址。這就導致在以太網中使用IP時，數據鏈路層的以太網協議接到上層IP提供的數據中，只包含目的主機的IP地址。于是需要一種方法，根據目的主機的IP地址，獲得其MAC地址，這就是ARP要做的事情。所謂地址解析（address resolution），就是主機在發(fā)送幀前將目標IP地址轉換成目標MAC地址的過程。（b）半雙工通信（2）ARP協議。（b）半雙工通信 工作原理。在每臺安裝有TCP/IP的計算機中都

21、有一個ARP緩存表，表中的IP地址與MAC地址是一一對應的。以主機A（）向主機B（）發(fā)送數據為例。當發(fā)送數據時，主機A會在自己的ARP緩存表中尋找是否有目標IP地址。如果找到了，也就知道了目標MAC地址，直接把目標MAC地址寫入幀中發(fā)送即可；如果在ARP緩存表中沒有找到目標IP地址，主機A就會在網絡上發(fā)送一個廣播，這表示向同一網段內的所有主機發(fā)出這樣的詢問：“我是，我的硬件地址是主機A的MAC地址”，請問IP地址為的MAC地址是什么？網絡上其他主機并不響應ARP請求，只有主機B接收到這個幀時，才向主機A做出響應：“的MAC地址是00-aa-00-62-c6-09”。 工作原理。在每臺安裝有TC

22、P/IP的計算機中都有一個AR這樣，主機A就知道了主機B的MAC地址，因此可以向主機B發(fā)送信息了。A和B還同時都更新了自己的ARP緩存表（因為主機A在詢問時把自己的IP地址和MAC地址一起告訴了主機B），下次主機A再向主機B或者主機B向主機A發(fā)送信息時，直接從各自的ARP緩存表中查找就可以了。ARP緩存表采用了老化機制（設置了生存時間TTL），在一段時間內（一般1520分鐘）如果表中的某一行沒有被使用，就會被刪除，這樣可以大大減少ARP緩存表的長度，加快查詢速度。這樣，主機A就知道了主機B的MAC地址，因此可以向主機B發(fā)送 ARP格式ARP通常應用于局域網，以太網中的ARP報文格式，如圖2-1

23、6所示。圖2-16 以太網中的ARP報文格式圖2-16 以太網中的ARP報文格式 ARP格式ARP通常應用于局域網，以太網中的ARP報文格3傳輸層協議傳輸層是TCP/IP協議集中協議最少的一層，只有兩個協議：傳輸控制協議TCP和用戶數據報協議UDP。TCP協議要完成5個主要功能：端口地址尋址，連接的建立、維護與拆除，流量控制，出錯重發(fā)，數據分段。3傳輸層協議傳輸層是TCP/IP協議集中協議最少的一層，只（1）端口地址尋址。網絡中的交換機、路由器等設備需要分析數據報中的MAC地址、IP地址，甚至端口地址。也就是說，網絡要轉發(fā)數據，會需要MAC地址、IP地址和端口地址的三重尋址。因此在數據發(fā)送之前

24、，需要把這些地址封裝到數據報的報頭中。那么，端口地址做什么用呢？可以想象數據報到達目標主機后的情形。當數據報到達目標主機后，鏈路層的程序會通過數據報的幀報尾進行CRC校驗。校驗合格的數據幀被去掉幀報頭向上交給IP程序。（1）端口地址尋址。IP程序去掉IP報頭后，再向上把數據交給TCP程序。待TCP程序把TCP報頭去掉后，它把數據交給誰呢？這時，TCP程序就可以通過TCP報頭中由源主機指出的端口地址，了解到發(fā)送主機希望目標主機的什么應用層程序接收這個數據報。因此，端口地址尋址是對應用層程序尋址。IP程序去掉IP報頭后，再向上把數據交給TCP程序。待TCPTCP/IP規(guī)定端口號的編排方法低于255

25、的編號：用于FTP、HTTP這樣的公共應用層協議。2551023的編號：提供給操作系統開發(fā)公司，為市場化的應用層協議編號。大于1023的編號：普通應用程序。TCP/IP規(guī)定端口號的編排方法低于255的編號：用于FTPTCP連接的建立、維護與拆除。TCP協議是一個面向連接的協議。所謂面向連接，是指一個主機需要和另外一臺主機通信時，需要先呼叫對方，請求與對方建立連接。只有對方同意，才能開始通信。圖2-20 建立連接TCP連接的建立、維護與拆除。TCP協議是一個面向連接的協議TCP報頭中的報文序號TCP是將應用層交給的數據分段后發(fā)送的。為了支持數據出錯重發(fā)和數據段組裝，TCP程序為每個數據段封裝的報

26、頭中，設計了兩個數據報序號字段，分別稱為發(fā)送序號和確認序號。出錯重發(fā)是指一旦發(fā)現有丟失的數據段，可以重發(fā)丟失的數據，以保證數據傳輸的完整性。如果數據沒有分段，出錯后源主機就不得不重發(fā)整個數據。為了確認丟失的是哪個數據段，報文就需要安裝序號。TCP報頭中的報文序號TCP是將應用層交給的數據分段后發(fā)送的TCP使用稱為PAR的出錯重發(fā)方案（Positive acknowledgment and retransmission），這個方案是許多協議都采用的方法。TCP程序在發(fā)送數據時，先把數據段都放到其發(fā)送窗口中，然后再發(fā)送出去。PAR會為發(fā)送窗口中每個已發(fā)送的數據段啟動定時器。被對方主機確認收到的數據

27、段，將從發(fā)送窗口中刪除。如果某數據段的定時時間到，仍然沒有收到確認，PAR就會重發(fā)這個數據段。PAR出錯重發(fā)機制。TCP使用稱為PAR的出錯重發(fā)方案（Positive ackTCP進行流量控制的方法如果接收主機同時與多個TCP通信，接收的數據包的重新組裝需要在內存中排隊。如果接收主機的負荷太大，因為內存緩沖區(qū)滿，就有可能丟失數據。因此，當接收主機無法承受發(fā)送主機的發(fā)送速度時，就需要通知發(fā)送主機放慢數據的發(fā)送速度。TCP進行流量控制的方法UDP協議在TCP/IP協議集中設計了另外一個傳輸層協議：無連接數據傳輸協議Connectionless Data Transport Protocol。這是一個簡化了的傳輸層協議。UDP去掉了TCP協議中5個功能的3個功能：連接建立、流量控制和出錯重發(fā)，只保留了端口地址尋址和數據分段兩個功能。UDP