網絡工程設計與系統(tǒng)集成緒論第1章

網絡工程設計與系統(tǒng)集成

2012.10

NetworkEngineeringDesignandSystemIntegration（2ndEdition）1山西師范大學網絡信息中心網絡工程設計與系統(tǒng)集成強調網絡設計原理突出系統(tǒng)集成實踐案例學習貫穿全書問題思考回顧計算機技術類課程，系統(tǒng)集成思想對計算機系統(tǒng)的作用聯(lián)想你熟悉的“工程項目”，設想計算機網絡工程包含的內容

學習目標了解系統(tǒng)集成的發(fā)展和層面，理解網絡工程設計和系統(tǒng)集成概念。掌握網絡系統(tǒng)結構與協(xié)議的基本知識，會使用OSI與TCP/IP對比，分析實際網絡體系結構。了解智能DNS工作原理，理解IP協(xié)議要點與使用規(guī)范。理解域名系統(tǒng)表示與域名解析方法。熟練掌握IPv4子網地址設置與子網掩碼設置。了解系統(tǒng)集成體系結構和系統(tǒng)集成步驟，理解網絡結構特點與區(qū)別?；菊莆站W絡各種結構的使用范圍。第1章緒論本章重點：●網絡系統(tǒng)集成內容和步驟●

OSI與TCP/IP體系結構和協(xié)議●使用OSI與TCP/IP對比，分析實際網絡體系結構●

IPv4子網劃分與子網掩碼●本章難點：●

IPv4子網劃分與子網掩碼●智能DNS工作原理第1章緒論1.1.1網絡工程概念網件工程（NetworkEngineering，NE）是從整體出發(fā)，合理規(guī)劃、設計、實施和運用計算機網絡的工程技術。根據(jù)網絡組建需求，綜合應用計算機科學和管理科學中有關的思想、理論和方法，對網絡系統(tǒng)結構、要素、功能和應用等進行分析，以達到最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)設計、最優(yōu)實施和最優(yōu)管理的目的。

1.1網絡工程概述網絡工程設計概念網絡工程設計是按照用戶組網需求，從網絡綜合布線、數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)集成等方面綜合考慮，選用先進網絡技術和成熟產品；為用戶提供科學、合理，實用、好用、夠用的網絡系統(tǒng)解決方案；為網絡系統(tǒng)集成提供技術文檔和工程實施依據(jù)。1.1網絡工程概述1.1.2系統(tǒng)集成的概念系統(tǒng)（System）的意思是“體系，制度，體制，秩序，規(guī)律，方法”。集成（Integration）的意思是“成為整體，組合，綜合，一體化”。集成可以表示將單個元件組裝成一臺設備或一種結構的過程。例如，將大量的晶體管組成一個“集成”電路。集成也可以表示由某種規(guī)則的相互作用形式而聯(lián)結的部件組合體，即有組織的整體。例如，將軟件的多個功能模塊組合成“一體化”系統(tǒng)，使整體系統(tǒng)從一個程序到另一個程序能夠共享命令和信息流。這種軟件被稱為是“集成”軟件。1.1網絡工程概述

網絡系統(tǒng)集成是在信息系統(tǒng)工程方法的指導下，根據(jù)網絡應用的需求，將網絡硬件設備、系統(tǒng)軟件和應用軟件等產品和技術，系統(tǒng)性地集合在一起，成為滿足用戶需求的、較高性價比的計算機網絡系統(tǒng)。1.1.3網絡系統(tǒng)集成的發(fā)展網絡系統(tǒng)集成主要朝著互聯(lián)和高速的方向發(fā)展

LAN-LAN互連和LAN-WAN的互連網絡已經具有了“網格（grid）”的雛形網絡集成正朝著高速率、大容量的方向發(fā)展局域網速度已經從共享式10Mbps升級到交換式100Mbps~1000Mbps，甚至已達到10Gbps。

1.網絡軟硬件產品的集成

網絡信道采用傳輸介質（電纜、光纜）組成，網絡通信平臺采用信息交換和路由設備（交換機、路由器、收發(fā)器）組成，網絡信息資源平臺采用服務器和操作系統(tǒng)組成。1.1.4網絡系統(tǒng)集成的層面2.網絡技術的集成

全雙工交換式以太網、1000Mbps以太網、10Gbps以太網，第三層交換，虛擬個人網（VPN，VirtualPrivateNetwork），雙址（源地址、目標地址）路由，雙棧（IPv4、IPv6）路由，多路（CPU）對稱處理，網絡附加存儲（NAS）、區(qū)域存儲網絡（SAN），Client/Server模式、Browser/Server模式和Browser/Application/Server模式，分布式互連網應用結構等。

3.網絡應用的集成DNS，WWW，E-mail，F(xiàn)TP，VOD（視頻點播），殺毒軟件（網絡版），網絡管理與故障診斷系統(tǒng)等

網絡協(xié)議語法、語義和時序

體系結構

完成計算機間的協(xié)同工作，把計算機間互連的功能劃分成具有明確定義的層次，規(guī)定了同層次進程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口服務

1.2.1網絡協(xié)議與結構1.2網絡體系結構與協(xié)議1.2網絡體系結構與協(xié)議體系結構服務定義協(xié)議規(guī)格1.2.2OSI模型PDU與數(shù)據(jù)封裝

OSI參考模型中，對等層協(xié)議之間交換的信息單元統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ProtocolDataUnit，PDU）。傳輸層及以下各層的PDU有各自特定的名稱：傳輸層——數(shù)據(jù)段（Segment），網絡層——分組數(shù)據(jù)報文（Packet），數(shù)據(jù)鏈路層——數(shù)據(jù)幀（Frame），物理層——二進制比特流（Bit）數(shù)據(jù)多層封裝與拆封

1.TCP/IP協(xié)議

(1)協(xié)議集1.2.3TCP/IP體系結構FTP–文件傳輸協(xié)議；HTTP-超文本傳輸協(xié)議；

SMTP–簡單郵件傳輸協(xié)議；

DNS–域名解析服務系統(tǒng)；TFTP-一般文件傳輸協(xié)議；SNMP-簡單網絡管理協(xié)議；TCP–文件傳輸控制協(xié)議；UDP-用戶報文協(xié)議；IP–網際互連協(xié)議。

TCP/IP模型TCP/IP起源于美國國防部高級研究規(guī)劃署(DARPA)的一項研究計劃——實現(xiàn)若干臺主機的相互通信?，F(xiàn)在TCP/IP已成為Internet上通信的標準。TCP/IP模型包括4個概念層次：應用層（application）傳輸層（transport）網際層（internet）網絡接口（networkinterface）TCP/IP體系結構及功能TCP/IP的應用層應用層協(xié)議支持了文件傳輸、電子郵件、遠程登錄、網絡管理、Web瀏覽等應用。應用層傳輸層網絡接口網際層文件傳輸

●FTP、TFTP、NFS電子郵件

●SMTP、POP3WWW應用

●HTTP遠程登錄

●Telnet、rlogin網絡管理

●SNMP名字管理

●DNSTCP/IP的傳輸層傳輸層的兩項主要功能：流量控制：通過滑動窗口實現(xiàn)；可靠傳輸：由序號和確認來實現(xiàn)。傳輸層提供了TCP和UDP兩種傳輸協(xié)議：TCP是面向連接的、可靠的傳輸協(xié)議。它把報文分解為多個段進行傳輸，在目的站再重新裝配這些段，必要時重新發(fā)送沒有收到的段。UDP是無連接的。由于對發(fā)送的段不進行校驗和確認，因此它是“不可靠”的。應用層傳輸層網絡接口網際層面向連接的●TCP無連接的●UDP傳輸層提供了兩種傳輸協(xié)議TCP/UDP端口號TCP和UDP都用端口(socket)號把信息傳到上層。端口號指示了正在使用的上層協(xié)議。FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP應用層傳輸層保留的端口號：＜255，公共應用255-1023，公司＞1023，未規(guī)定應用層傳輸層網絡接口網際層●IP●ICMP●ARP●RARPTCP/IP網際層的四個主要協(xié)議TCPUDP617IP傳輸層網際層IP數(shù)據(jù)報的協(xié)議域確定目的端的上層協(xié)議

（1）網絡接口層。該層是整個體系結構的基礎部分，負責接收IP層的IP數(shù)據(jù)報，通過網絡向外發(fā)送；或接收處理從網絡上來的物理幀，抽出IP數(shù)據(jù)報，向IP層發(fā)送。

（2）網絡互聯(lián)層。該層是整個體系結構的核心部分，負責處理互聯(lián)網中計算機之間的通信，向傳輸層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)報。

（3）傳輸層。該層是整個體系結構的控制部分，負責應用進程之間的端到端通信。傳輸層定義了兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP與用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP

（4）應用層。該層是整個體系結構的協(xié)議部分，它包括了所有的高層協(xié)議，并且總是不斷有新的協(xié)議加入。

TCP/IP體系結構各層的功能網際控制報文協(xié)議（ICMP）ICMP消息被封裝在IP數(shù)據(jù)報里，用來發(fā)送差錯報告和控制信息。ICMP定義了如下消息類型：目的端無法到達（Destinationunreachable）數(shù)據(jù)報超時（Timeexceeded）數(shù)據(jù)報參數(shù)錯（Parameterproblem）重定向（Redirect）回聲請求（Echo）回聲應答（Echoreply）信息請求（Informationrequest）信息應答（Informationreply）地址請求（Addressrequest）地址應答（Addressreply）……最常用的是“目的無法到達”和“回聲”消息AB數(shù)據(jù)網發(fā)數(shù)據(jù)給Z到Z的數(shù)據(jù)我不知道如何到達Z？用ICMP通知A目的端無法到達路由器用ICMP通知目的地不可達的示意圖ABB可以到達嗎？ICMP回聲請求可以，我在這里。ICMP回聲應答用PING命令產生的回聲及其應答示意圖地址解析協(xié)議(ARP,AddressResolutionProtocol)ARP用于將一個已知的IP地址映射到MAC地址。方法：1）檢查ARP高速緩存表；2）若地址不包含在表中，就向網上發(fā)廣播來尋找。具有該IP地址的目的站用其MAC地址作為響應。ARP只能用于具有廣播能力的網絡。AC我需要的MAC地址IP=MAC=???我就是。這是我的MAC地址IP=MAC=0800.0020.2C0AB反向地址解析協(xié)議(RARP,ReversedARP)RARP用于將一個已知的MAC地址映射到IP地址。RARP要依賴于RARP服務器，該服務器中有一張MAC地址與IP地址的映射表。需要查找自己IP地址的站點向網上發(fā)送包含有其MAC地址的RARP廣播，RARP服務器收到后將該MAC地址翻譯成IP地址予以響應。RARP同樣只能用于具有廣播能力的網絡。AC我的IP地址是什么？MAC:0800.0020.2C0AIP=???我聽到廣播了。這是你的IP地址MAC=0800.0020.2C0AIP=BRARPServer

1.2.4網絡拓撲結構選擇拓撲結構考慮因素:費用、靈活性、可靠性

首選

目前正在使用的IP協(xié)議是第四版的，稱之為“IPv4”，IPv4地址采用32位。按照IP協(xié)議規(guī)定Internet上的地址共有A、B、C、D、E五類

1.2.5IPv4協(xié)議相關知識類別第一字節(jié)范圍網絡地址長度最大的主機數(shù)目適用的網絡規(guī)模A1～1261個字節(jié)16,387,064大型網絡B128～1912個字節(jié)64,516中型網絡C192～2233個字節(jié)254小型網絡IP數(shù)據(jù)報（IP分組、IP包）版本號報頭長度服務類型數(shù)據(jù)報長度DFMF段偏移037151931標識生存時間TTL協(xié)議報頭校驗和源IP地址目的IP地址選項和填充（最大為40字節(jié)）數(shù)據(jù)區(qū)保留的IP地址00...000000...000011...111111...1111本機本網中的主機局域網中的廣播對指定網絡的廣播回路00...00主機號1111...1111網絡號127任意值以下這些IP地址具有特殊的含義:一般來說，主機號部分為全“1”的IP地址保留用作廣播地址；主機號部分為全“0”的IP地址保留用作網絡地址。0000...0000網絡號網絡地址子網（Subnet）劃分因特網規(guī)模的急劇增長，對IP地址的需求激增。帶來的問題是：IP地址資源的嚴重匱乏路由表規(guī)模的急速增長解決辦法：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結構的方法稱為子網劃分。前提：網絡規(guī)模較小——IP地址空間沒有全部利用。例如：三個LAN，主機數(shù)為20，25，48，均少于C類地址允許的主機數(shù)。為這三個LAN申請3個C類IP地址顯然有點浪費。子網劃分舉例例如：C類網絡，主機號部分的前三位用于標識子網號，即：

110000000000101000000001xxxyyyyy網絡號+子網號新的主機號部分子網號為全“0”全“1”不能使用，于是劃分出23-2=6個子網，子網地址分別為：

11000000000010100000000100100000--211000000000010100000000101000000--411000000000010100000000101100000--611000000000010100000000110000000--2811000000000010100000000110100000--6011000000000010100000000111000000--92子網掩碼（SubnetMask）子網劃分后，如何識別不同的子網？解決：采用子網掩碼來分離網絡號和主機號。子網掩碼格式：32比特，網絡號(包括子網號)部分全為“1”，主機號部分全為“0”。“網絡號+子網號”部分“主機號”部分11……1100….00子網掩碼計算前面的例子中：網絡號24位，子網號3位，總共27位。所以子網掩碼為：

11111111

11111111

11111111

11100000即255.255.255.224缺省子網掩碼：A類： B類： C類：子網地址計算子網掩碼∧IP地址，結果就是該IP地址的網絡號。例如：IP地址07，子網掩碼24110010100111010100000001110