路由交換技術(shù)（微課版）課件匯 左浩 ch01- 探索計算機網(wǎng)絡(luò)-ch05-二層網(wǎng)絡(luò)防環(huán)技術(shù)

項目1探索計算機網(wǎng)絡(luò)目錄01學習目標02項目概述03思維導(dǎo)圖04知識準備05項目實施06項目小結(jié)07拓展知識08知識鞏固知識目標1．學習數(shù)據(jù)通信的交換方式。2．掌握OSI、TCP/IP模型結(jié)構(gòu)。3．理解數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程。4．了解VRP和6G網(wǎng)絡(luò)。技能目標1．掌握網(wǎng)絡(luò)通信基本原理。2．掌握網(wǎng)絡(luò)典型參考模型。3．使用Wireshark抓包工具理解網(wǎng)絡(luò)基本概念。素養(yǎng)目標1．通過討論網(wǎng)絡(luò)基本組成，洞察網(wǎng)絡(luò)底層原理，培養(yǎng)學生的觀察意識和思考問題能力。2．通過學習現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，掌握組建網(wǎng)絡(luò)需要的主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并逐漸理解網(wǎng)絡(luò)模型理論。培養(yǎng)學生具有熟練運用各種工具和問題解決的能力。1學習目標2項目概述藍箭公司目前現(xiàn)有3臺路由器，用于連接總部和總部外的兩個分支機構(gòu)，其中R1為公司總部的路由器，R2和R3分別為公司的兩個分支機構(gòu)的路由器。藍箭公司目前網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)正常，實現(xiàn)總部與分支機構(gòu)的互聯(lián)互通。藍箭公司網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1-1所示。通過學習數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)模型、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，華為交換和路由設(shè)備的基本使用。再通過藍箭公司網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實戰(zhàn)，更好地理解計算機網(wǎng)絡(luò)抽象概念。藍箭公司總部和分支機構(gòu)之間的互通互聯(lián)，使用wirshark網(wǎng)絡(luò)抓包工具可以更好地理解網(wǎng)絡(luò)模型各層功能。學習的主要技術(shù)為以后在校園網(wǎng)或小型局域網(wǎng)中得以真正應(yīng)用。圖1-1藍箭公司網(wǎng)絡(luò)拓撲3思維導(dǎo)圖本項目主要帶領(lǐng)讀者探索計算機網(wǎng)絡(luò)，其所含知識點如圖所示。圖1-2OSPF協(xié)議知識點4知識準備計算機網(wǎng)絡(luò)是隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展而不斷前進的產(chǎn)物，為人們提供了遠程通信、信息處理和資源共享。隨著時代的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模會越來越大。雖然現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備很多都是即插即用，但是當真正出現(xiàn)問題時，按一按按鈕是解決不了問題的。學習網(wǎng)絡(luò)知識可以了解網(wǎng)絡(luò)、解決一般性網(wǎng)絡(luò)問題、增強網(wǎng)絡(luò)防范風險意識等。網(wǎng)絡(luò)安全和信息化是事關(guān)國家安全和國家發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題，從國際國內(nèi)的大勢出發(fā)，我們需要總體布局，統(tǒng)籌各方資源，創(chuàng)新發(fā)展，以努力將我國建設(shè)成為網(wǎng)絡(luò)強國。網(wǎng)絡(luò)安全和信息化的重要性不僅體現(xiàn)在對國家安全的影響上，還關(guān)系到廣大人民群眾的工作和生活。沒有網(wǎng)絡(luò)安全就沒有國家安全，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化。本項目主要介紹通信的發(fā)展過程以及網(wǎng)絡(luò)基本原理，網(wǎng)絡(luò)典型模型、數(shù)據(jù)封裝、處理和轉(zhuǎn)發(fā)流程，華為的VRP系統(tǒng)介紹以及6G網(wǎng)絡(luò)等。4知識準備通信，作為人類交流的一種古老而持久的方式，其歷史源遠流長。在諸多與通信相關(guān)的專業(yè)課程中，我們常常能夠見到諸如烽火傳信等經(jīng)典例子，它們生動地展示了通信行為的深遠起源。從更廣泛的角度來看，通信可以被定義為通過某種特定手段，將信息從發(fā)送者跨越一定距離傳遞給接收者的過程。因此，任何形式的通信都至少包含了信息在媒介中的流動，以及這一過程中不可或缺的參與者——信息的發(fā)送者和接收者。4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4知識準備1．通信簡史在媒介中傳遞信息時，往往需要改變信息的原有形態(tài)。這要求發(fā)送方和接收方在通信行為發(fā)生之前，就信息的表示方式達成共識，確保信息在媒介中能夠準確傳輸。這種事先的約定至關(guān)重要，因為只有如此，接收方才能正確解讀并還原被改變的信息。以烽火傳信為例，城郭上的守軍和邊疆的守軍需事先約定，以點燃柴草產(chǎn)生的濃煙來表示“敵軍入侵”。這樣，當城郭上的守軍看到濃煙時，就能立刻明白城外的情況，進而采取相應(yīng)的馳援和城防措施。然而，值得注意的是，信息的表示方式并不是一成不變的，它只在特定的通信情景下有效。若通信情景發(fā)生改變，相同的信息表示方式可能傳達出截然不同的含義。比如，現(xiàn)代人看到濃煙，更可能聯(lián)想到火災(zāi)并撥打火警電話，而非通知國防部進行防御部署。電報的出現(xiàn)為遠程通信利用電信號打開了大門。1858年，第一條跨越大西洋的海底電報電纜成功鋪設(shè)，將原本需要花費10天的跨大西洋輪渡航行才能完成的長距離通信縮短到幾分鐘。這一里程碑事件標志著電信技術(shù)的飛躍。為了規(guī)范和管理電報通信，1865年，在法國巴黎成立了國際電報聯(lián)盟。隨著時間的推移，為了納入后來出現(xiàn)的電話、無線電以及其他電信通信方式，該組織于1934年改名為國際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）。ITU成為全球電信領(lǐng)域的權(quán)威組織，負責制定通信標準和管理國際電信事務(wù)。圖7-3初始狀態(tài)的路由信息4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4知識準備1946年，第一臺通用計算機電子數(shù)字積分計算機（ElectronicNumericalIntegratorandComputer，ENIAC）誕生。隨著集成電路和微處理器的發(fā)明，第二代、第三代計算機相繼問世。隨之而來的是對連接這些計算機的數(shù)據(jù)通信方式的需求，數(shù)據(jù)通信時代的大幕由此拉開。這些技術(shù)的發(fā)展促進了計算機網(wǎng)絡(luò)的興起，為信息交流和數(shù)據(jù)傳輸提供了更廣闊的可能性。計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有廣泛的應(yīng)用，如企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、遠程控制、遠程醫(yī)療、遠程學習、電子商務(wù)和社交網(wǎng)絡(luò)等。計算機網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設(shè)備，通過通信線路和通信設(shè)備連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。其主要目的是在不同的地理位置、設(shè)備與人之間建立信息交流或數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ篮凸蚕頇C制。計算機網(wǎng)絡(luò)主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件由計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器、交換機、集線器等）、通信線纜、天線、中繼器等物理設(shè)備組成。軟件部分則包括協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理和安全軟件。兩者的緊密結(jié)合，使得網(wǎng)絡(luò)成為一種互相連接的信息樞紐，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、資源共享和分布式處理等功能。4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4知識準備2．電路交換網(wǎng)絡(luò)眾所周知，早期的電子計算機體積龐大。例如，之前提到的ENIAC重達271噸，占地面積達167平方米。顯然，這樣的計算機無法用于個人使用，也無法歸類為家用設(shè)備。實際上，早期的計算機是由機構(gòu)內(nèi)部的研究人員共享使用的。為了更好地利用計算資源，研究人員開始使用電傳打字機通過遠程方式控制計算機，這可以看作是最早的計算機遠程通信方式。當時，為了將電傳打字機連接到計算機，人們需要在辦公地點安裝調(diào)制解調(diào)器，并將調(diào)制解調(diào)器連接到電話通信網(wǎng)絡(luò)。在計算機一端，計算機也需要通過調(diào)制解調(diào)器連接到電話通信網(wǎng)絡(luò)。發(fā)送方的信息被調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換為模擬信號后，通過電話通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接嬎銠C端，然后由調(diào)制解調(diào)器將其還原為數(shù)字信號。傳統(tǒng)的電話通信網(wǎng)絡(luò)依賴于電路交換方式，這種方式存在一個明顯的不足。在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，通話雙方需要在開始通話前臨時占用一條專用的電信通道，通話結(jié)束后這條通道才會被釋放供其他通信使用。然而，電路交換網(wǎng)絡(luò)的一個顯著問題是，當遇到如戰(zhàn)爭、地震、海嘯等不可抗力因素導(dǎo)致電信通道受損中斷時，通信連接將無法實現(xiàn)。因此，理想的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備以下特性：即使部分電信通道因各種原因中斷，整個網(wǎng)絡(luò)的通信功能仍然能夠保持正常運行。換句話說，當某些通信介質(zhì)失效時，這樣的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能快速適應(yīng)并選擇其他可用的通信介質(zhì)來完成通信任務(wù)，確保通信的連續(xù)性和穩(wěn)定性。4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4知識準備3．包交換網(wǎng)絡(luò)1964年，波蘭裔美國人保羅·巴蘭（PaulBaran）發(fā)表了一篇名為《論分布式通信》（OnDistributedCommunications）的論文，提出了一種不依賴獨占電信通道進行通信的網(wǎng)絡(luò)方案。在這種網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)男畔康牡刂返臄?shù)據(jù)，其他設(shè)備可以根據(jù)接收到的信息和當前網(wǎng)絡(luò)情況，決定通過哪條路徑將信息轉(zhuǎn)發(fā)給目的地址。巴蘭將這種網(wǎng)絡(luò)稱為分布式網(wǎng)絡(luò)。分布式網(wǎng)絡(luò)的通信方式將信息劃分為多個數(shù)據(jù)包，在傳輸過程中，即使使用的路徑中斷，后續(xù)的數(shù)據(jù)包仍可以通過其他路徑到達目的地址，從而避免了整個網(wǎng)絡(luò)因為單一通信介質(zhì)中斷而導(dǎo)致通信失敗的情況。1966年，英國計算機科學家唐納德·瓦特·戴維斯（DonaldWattsDavies）提出了完全相同的概念。在咨詢了語言學家后，戴維斯決定將分布式網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為"數(shù)據(jù)包"。這種分布式通信網(wǎng)絡(luò)因此被稱為包交換網(wǎng)絡(luò)。包交換網(wǎng)絡(luò)可以解決電路交換網(wǎng)絡(luò)中獨占電信通道的問題，幫助避免整個通信網(wǎng)絡(luò)因大面積中斷而導(dǎo)致通信失敗的情況。ARPAnet（AdvancedResearchProjectAgencyNetwork，美國高級研究計劃局）立即開始實施這種網(wǎng)絡(luò)，并將其稱為ARPAnet網(wǎng)。4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4知識準備3．包交換網(wǎng)絡(luò)最初，ARPAnet僅涵蓋了四個站點，但并沒有采取將站點內(nèi)的所有計算機兩兩連接在一起。而是通過接口消息處理器（IMP，InterfaceMessageProcessor）將站點內(nèi)的設(shè)備互聯(lián)。IMP作為各站點的網(wǎng)關(guān)（Gateway），其職責是根據(jù)實際的連接狀況，為站點內(nèi)的計算機進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。早期的ARPAnet的結(jié)構(gòu)如所示。4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1-3早期的ARPAnet網(wǎng)絡(luò)4知識準備

通過古代的烽火傳信和現(xiàn)代人們對濃煙的反應(yīng)等例子，我們可以發(fā)現(xiàn)不同信號傳遞了不同的含義，這暗示了通信的一個基本規(guī)則：通信各方在通信之前需要對信號進行約定。這是因為物理現(xiàn)象本身并沒有固有的意義，不論是烽火煙塵、鼓聲頻密、燈塔明暗，還是電平高低，都需要事先約定其含義。在描述通信數(shù)據(jù)的物理現(xiàn)象中，常見的包括電平的高低、燈光的明滅、電磁場的擾動等。這些物理現(xiàn)象本身并沒有固有的含義，而通信的目的是將文字、聲音、圖片、視頻等各種數(shù)據(jù)從一個通信方傳輸給另一個通信方。為了描述這些數(shù)據(jù)，需要一系列標準和規(guī)則，用來規(guī)范通信各方在物理和邏輯上的通信，這種用來規(guī)范通信的標準和規(guī)則被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。4.2網(wǎng)絡(luò)參考模型——TCP/IP、OSI4知識準備1．傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol，TCP）/網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議（InternetProtocol，IP）——TCP/IP模型在建設(shè)ARPAnet時，制定協(xié)議和搭建數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是同時進行的。美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的研究生斯蒂芬·克羅克（StephenCrocker），作為ARPAnet的建設(shè)者之一，主導(dǎo)了名為網(wǎng)絡(luò)控制程序（NetworkControlProgram，NCP）的開發(fā)工作。NCP的主要職責是為ARPAnet互聯(lián)主機上運行的進程提供連接和數(shù)據(jù)流控制功能。這一程序由兩種協(xié)議構(gòu)成：ARPAnet主機到主機協(xié)議（ARPAnetHost-to-HostProtocol，AHHP）和初始連接協(xié)議（InitialConnectionProtocol，ICP）。其中，AHHP為兩臺主機之間的數(shù)據(jù)傳輸定義了標準的控制流程，而ICP則確立了兩臺主機間建立雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)范。然而，在20世紀70年代，隨著全球范圍內(nèi)分布式通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，人們的需求從連接主機上不同進程逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫B接多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。從而出現(xiàn)了更靈活的分層協(xié)議框架——TCP/IP模型，如圖所示。4.2網(wǎng)絡(luò)參考模型——TCP/IP、OSI應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接入層圖1-4TCP/IP模型4知識準備網(wǎng)絡(luò)接入層定義了設(shè)備在本地網(wǎng)絡(luò)中如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。具體而言，這一層涉及將一臺設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)層數(shù)據(jù)包傳遞至本地網(wǎng)絡(luò)中另一臺設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)層的協(xié)議。例如，以太網(wǎng)IEEE802.3標準和Wi-FiIEEE802.11標準，都屬于網(wǎng)絡(luò)接入層范疇。從網(wǎng)際協(xié)議（InternetProtocol，IP協(xié)議）英文中，也可以推斷該協(xié)議屬于網(wǎng)絡(luò)層。IP協(xié)議定義了如何把數(shù)據(jù)從源網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間通信。傳輸層協(xié)議進一步定義了網(wǎng)際通信的控制標準，這些標準在確保網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備間能夠按照預(yù)期目標實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層協(xié)議不關(guān)心底層的網(wǎng)際通信如何建立，而是專注于解決諸如數(shù)據(jù)包是否應(yīng)按發(fā)送順序到達、如何確保數(shù)據(jù)按序到達、如何重傳丟失的數(shù)據(jù)以及如何處理網(wǎng)絡(luò)擁塞等具體的傳輸操作問題。應(yīng)用層協(xié)議是為那些需要使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的計算機進程之間實現(xiàn)通信而設(shè)計的標準。如Telnet協(xié)議和FTP都屬于應(yīng)用層協(xié)議。Telnet協(xié)議定義了計算機如何通過遠程設(shè)備的命令行界面，使用基于文本字符的方式實現(xiàn)遠程控制；而FTP則定義了計算機與遠程設(shè)備如何進行文件共享。TCP/IP模型是在TCP和IP的開發(fā)過程中，專為TCP/IP協(xié)議棧定制的參考模型。同時，致力于推動全球標準化工作的國際標準化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）也發(fā)起了一個項目，旨在為各類計算機網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)制定通用標準，該標準最終被稱為開放系統(tǒng)互聯(lián)（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI）參考模型。4.2網(wǎng)絡(luò)參考模型——TCP/IP、OSI4知識準備2．OSI參考模型OSI參考模型在分層上比TCP/IP模型更為細致，總共劃分為七個層次，如圖所示。該模型的設(shè)計初衷旨在明確開放式系統(tǒng)之間應(yīng)如何實現(xiàn)互聯(lián)。為此，OSI參考模型詳細闡述了每一層的職責以及各層之間的相互作用。然而，由于ISO主導(dǎo)了該項目，OSI參考模型并未具體規(guī)定每一層任務(wù)的實現(xiàn)方法，也未定義各層所使用的具體協(xié)議。4.2網(wǎng)絡(luò)參考模型——TCP/IP、OSI圖1-5OSI模型4知識準備按照自底向上的方式，對OSI參考模型每一層進行介紹。物理層主要負責定義通信設(shè)備間相互通信的物理標準。這些標準涵蓋了所使用的物理信號類型（如電流、電磁場等），以及描述這些信號的具體方法（如電平的高低變化、電磁場的擾動模式等）。還規(guī)定了物理接口的針腳配置、線纜的規(guī)格等細節(jié)。數(shù)據(jù)鏈路層主要負責定義直連設(shè)備或同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備間的通信機制。包括如何識別不同設(shè)備、如何將數(shù)據(jù)準確發(fā)送到目標設(shè)備、如何檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯誤，以及錯誤發(fā)生時如何進行糾正。數(shù)據(jù)鏈路層處理的數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)幀，簡稱幀。網(wǎng)絡(luò)層的目的和TCP/IP模型中的互聯(lián)網(wǎng)層基本一致，旨在定義跨網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信標準。為了實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信，網(wǎng)絡(luò)層需要規(guī)范如何對跨網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)備進行編址、中間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何根據(jù)目的地址把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其目的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)包。傳輸層的目的是對跨網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)流進行控制。數(shù)據(jù)是否應(yīng)該按照發(fā)送順序到達，接收方是否應(yīng)該對收到數(shù)據(jù)進行確認，發(fā)送方是否需要重新發(fā)送未成功接收的數(shù)據(jù)，如何對龐大的數(shù)據(jù)進行分片，以及分片后的數(shù)據(jù)如何重組等等。傳輸層的數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)段。4.2網(wǎng)絡(luò)參考模型——TCP/IP、OSI4知識準備會話層的目的是定義不同設(shè)備上的用戶如何建立會話，用戶身份的真實性如何確認，如何向?qū)Χ税l(fā)起會話，如何維護會話，以及如何正常地關(guān)閉會話。表示層的目的是在源和目的網(wǎng)絡(luò)主機的進程之間創(chuàng)建供主機進程間傳輸數(shù)據(jù)，確保雙方使用一致的信息表示法進行通信。如數(shù)據(jù)采取何種編碼方式，以及如何對數(shù)據(jù)進行加解密。應(yīng)用層的目的是給主機的進程或應(yīng)用程序提供一個接口，定義主機的進程或應(yīng)用程序如何利用下層的協(xié)議與對端主機進程或應(yīng)用程序進行通信。模型分層的目的是讓人們更加合乎邏輯地制訂和利用通信標準。因此，在套用分層模型的時候，封裝的順序比分層的目的更重要。舉例來說，端口號的主要作用是用于區(qū)分不同的應(yīng)用進程。因此，如果一個協(xié)議中包含了端口號，那么從封裝層次的角度來看，這個協(xié)議應(yīng)當被歸類為應(yīng)用層協(xié)議。4.2網(wǎng)絡(luò)參考模型——TCP/IP、OSI4知識準備數(shù)據(jù)由發(fā)送方在其協(xié)議棧中自頂向下進行封裝，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各個轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備執(zhí)行解封裝和重封裝，最后由接收方設(shè)備執(zhí)行解封裝的過程。數(shù)據(jù)封裝、轉(zhuǎn)發(fā)和解封裝的過程時，為了便于分析，使用圖所示的五層網(wǎng)絡(luò)模型，該模型綜合了TCP/IP模型和OSI參考模型。在實際工作中，因為OSI模型的表示層和會話層較少被人們提及，各個應(yīng)用層協(xié)議也常常包含了OSI參考模型表示層和會話層定義的功能，所以本節(jié)把OSI參考模型的上三層概括稱為應(yīng)用層。4.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程圖1-6五層網(wǎng)絡(luò)模型4知識準備

當以太網(wǎng)連接本地網(wǎng)絡(luò)用戶希望訪問位于另一個網(wǎng)絡(luò)某臺服務(wù)器的網(wǎng)頁時，需要在瀏覽器中輸入http://xxx.xxx.xxx，這就等于告訴這臺計算機使用HTTP與服務(wù)器進行通信。計算機的協(xié)議棧封裝過程如圖1-7所示。

4.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程

圖1-7計算機協(xié)議棧封裝過程4知識準備1．瀏覽器使用HTTP封裝用戶輸入的數(shù)據(jù)。2．協(xié)議棧在傳輸層根據(jù)TCP給HTTP數(shù)據(jù)封裝TCP頭部，形成數(shù)據(jù)段。3．協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)IP給數(shù)據(jù)段封裝IP頭部，形成數(shù)據(jù)包。IP頭部可以讓負責跨網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的路由器判斷如何對數(shù)據(jù)包執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)。4．因為用戶使用以太網(wǎng)連接到局域網(wǎng)，所以在數(shù)據(jù)鏈路層，計算機使用以太網(wǎng)標準給數(shù)據(jù)包封裝頭部和尾部（尾部的目的是讓本地網(wǎng)絡(luò)的接收方對數(shù)據(jù)幀執(zhí)行錯誤校驗），使數(shù)據(jù)包成為一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。5．到了物理層，計算機把數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成一系列比特。6．計算機的網(wǎng)絡(luò)適配器把這些比特以電信號的形式通過傳輸介質(zhì)（線纜）發(fā)送給服務(wù)器。4.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程4知識準備接下來，計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀被與它直連的交換機接收。交換機對數(shù)據(jù)執(zhí)行解封裝，查看數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)頭部，然后按照以太網(wǎng)頭部的MAC地址查表，判斷要把數(shù)據(jù)通過自己的哪個或哪些端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，再根據(jù)判斷結(jié)果把數(shù)據(jù)幀通過對應(yīng)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。數(shù)據(jù)鏈路層封裝的信息在本質(zhì)上是用于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信的，發(fā)送方封裝的數(shù)據(jù)鏈路層信息只在它所在的本地網(wǎng)絡(luò)中才有意義。當數(shù)據(jù)需要進入另一個網(wǎng)絡(luò)時，為了讓數(shù)據(jù)可以在新的網(wǎng)絡(luò)中得到正確的處理，網(wǎng)關(guān)路由器作為始發(fā)設(shè)備，需要用自己的信息填充對應(yīng)的以太網(wǎng)頭部字段，并封裝數(shù)據(jù)幀。為了簡化轉(zhuǎn)發(fā)流程，突出各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對數(shù)據(jù)執(zhí)行封裝和解封裝的流程，我們在五層模型中假設(shè)網(wǎng)關(guān)路由器直接連到服務(wù)器。當然，在實際網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)路由器和服務(wù)器之間往往使用交換機進行連接。4.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程4知識準備因此，服務(wù)器接收網(wǎng)關(guān)路由器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行解封裝。服務(wù)器執(zhí)行解封裝過程如圖1-8。4.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程圖1-8服務(wù)器執(zhí)行解封裝過程4知識準備1．服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)適配器把介質(zhì)（線纜）中的電信號轉(zhuǎn)換為一系列比特。2．在數(shù)據(jù)鏈路層，服務(wù)器對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀執(zhí)行解封裝，包括查看數(shù)據(jù)幀頭部信息、判斷自己是否為數(shù)據(jù)幀的目的端，以及根據(jù)尾部信息判斷數(shù)據(jù)幀在本地網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中是否出現(xiàn)了差錯。完成操作之后，協(xié)議棧拆除數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)頭部和尾部，把數(shù)據(jù)包提交給網(wǎng)絡(luò)層。3．網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)IP的定義查看數(shù)據(jù)包的IP頭部信息。IP頭部信息有一個字段是協(xié)議號，協(xié)議號為6，即網(wǎng)絡(luò)層在拆除數(shù)據(jù)包的IP頭部后，數(shù)據(jù)段應(yīng)提交給傳輸層由TCP進行處理。4．因為傳輸層使用的是TCP，所以服務(wù)器根據(jù)TCP頭部的信息判斷數(shù)據(jù)是否完整、有序、無錯；同時根據(jù)TCP頭部的目的端口字段，判斷數(shù)據(jù)應(yīng)該提交給哪個上層協(xié)議。HTTP的知名端口號為80，因此這個服務(wù)中目的端口字段值為80。驗證無誤后，TCP拆除數(shù)據(jù)段的TCP頭部，把數(shù)據(jù)交給應(yīng)用層的HTTP協(xié)議?？傊?，在計算機（發(fā)送方）到服務(wù)器（接收方）之間，各個設(shè)備的協(xié)議棧均參與了數(shù)據(jù)的封裝和解封裝。不同設(shè)備工作在分層模型的不同層級（例如在理論上，以太網(wǎng)交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層），因此不同設(shè)備會將數(shù)據(jù)解封裝到不同的分層，并對其進行處理。4.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程4知識準備通用路由平臺（VersatileRoutingPlatform，VRP）是華為數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品通用操作系統(tǒng)。VRP系統(tǒng)不僅具備執(zhí)行核心基礎(chǔ)IP業(yè)務(wù)的能力，更可實現(xiàn)一系列豐富的功能，如安全功能和QoS（QualityofService，服務(wù)質(zhì)量）功能。此外，VRP系統(tǒng)不僅優(yōu)化了路由器和交換機的運行效率，還顯著提升了網(wǎng)絡(luò)連通性服務(wù)的用戶體驗。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作4知識準備1．VRP系統(tǒng)簡介VRP系統(tǒng)具有廣泛的適用性，覆蓋從低端到高端的全系列路由器、以太網(wǎng)交換機和業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。在現(xiàn)有的版本中，VRP5是支持設(shè)備類型最多的版本，而VRP8則是最新的版本，專門適配部分NE系列路由器和部分CE系列交換機。VRP系統(tǒng)的發(fā)展歷程及其不斷增強的特性如圖所示。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作

圖1-9VRP系統(tǒng)的發(fā)展及增強特性4知識準備VRP系統(tǒng)提供的功能極為豐富，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者提供了一個統(tǒng)一的用戶界面和管理界面。這使得管理員僅需熟悉一套操作系統(tǒng)的操作，便能輕松掌握多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作，如廣泛應(yīng)用的路由器和交換機等。此外，VRP系統(tǒng)還提供了統(tǒng)一的控制平面功能，確保轉(zhuǎn)發(fā)平面能夠嚴格按照網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者的意圖執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和過濾任務(wù)。VRP系統(tǒng)是一種先進的操作系統(tǒng)，包含文件系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)。文件系統(tǒng)由負責管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的系統(tǒng)軟件（以.CC文件形式存在）、配置文件（涵蓋.cfg、.zip和.dat文件類型）、補丁文件（以.pat文件形式提供）以及產(chǎn)品適配器文件（ProductAdapterFile，PAF）組成。存儲系統(tǒng)包括同步動態(tài)隨機存儲器（SynchronousDynamicRandomAccessMemory，SDRAM）、閃速存儲器（FlashMemory，F(xiàn)lash）、非易失性隨機訪問存儲器（Non-VolatileRandomAccessMemory，NVRAM）、安全數(shù)碼卡（SecureDigitalMemoryCard，SD）和通用串行總線（UniversalSerialBus，USB）。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作4知識準備2．管理連接簡介命令行界面（CommandLineInterface，CLI），在利用CLI管理設(shè)備前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者需先與設(shè)備建立連接，連接方式主要分為本地登錄和遠程登錄兩種。本地登錄特別適用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初始化階段，因為無需任何預(yù)配置即可直接連接設(shè)備。在本地登錄中，管理員需使用Console線，其一端是RJ45接口，連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；另一端為DB9接口，與網(wǎng)管計算機的COM接口相連。這樣，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)管計算機便實現(xiàn)了直接連接。隨后，管理員通過網(wǎng)管計算機上的超級終端軟件（如PuTTY）向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)起連接請求。Console線針腳的對應(yīng)關(guān)系見表1-1，其中，TXD和RXD是相對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的，沒有列出的針腳表示未連接。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作表1-1Console線針腳的對應(yīng)關(guān)系4知識準備表1-1中TXD表示發(fā)送數(shù)據(jù)，RXD表示接收數(shù)據(jù)，GND表示信號地線。需要注意的是，Console線在連接網(wǎng)管計算機時，其DB9接口應(yīng)接入計算機的COM口。然而，部分筆記本電腦并未配備COM口，因此，管理員需要使用轉(zhuǎn)接線將DB9接口轉(zhuǎn)換為USB接口，以確保正常連接。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作4知識準備3．CLI的基本概念當管理員通過CLI方式成功登錄設(shè)備后，設(shè)備會為其分配一個特定的用戶級別。這一級別決定了管理員可以執(zhí)行哪些命令，進而實現(xiàn)對設(shè)備的全面或部分控制管理。VRP系統(tǒng)的用戶級別詳見表1-2。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作表1-2VRP系統(tǒng)的用戶級別4知識準備當用戶登錄設(shè)備后，會看到命令提示符，光標停在命令提示符后面。命令提示符可以向設(shè)備操作者提示其當前所在的視圖，因此命令提示符又稱為視圖提示符。用戶登錄網(wǎng)絡(luò)設(shè)備后，會看到＜Huawei＞的提示符，這個提示符由尖括號和設(shè)備名稱構(gòu)成，其中Huawei表示華為設(shè)備默認的設(shè)備名，尖括號表示用戶視圖。視圖是VRP系統(tǒng)的一個重要概念，因為VRP系統(tǒng)的命令不僅需要輸入正確，而且需要在正確的視圖下輸入，才可以被執(zhí)行。以名稱為Huawei的設(shè)備為例，本章列舉幾個常用的視圖提示符，表1-3。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作

表1-3華為設(shè)備常用的視圖提示符4知識準備在進行實驗時，如果輸入了正確的命令，設(shè)備卻出現(xiàn)了錯誤提示，那么需要注意是否處于錯誤的視圖中，尤其是用戶視圖和系統(tǒng)視圖，它們的區(qū)別只是尖括號和中括號，讀者需要仔細甄別。從一個視圖進入另一層視圖需要使用各種特定的命令，例如，從一個視圖退出到上一層視圖時，使用固定命令quit；如果需要從任意視圖直接退到用戶視圖，則需要使用固定命令return。以表1-3所列視圖為例，圖1-10展示了進入和返回相關(guān)視圖的命令，也可以從中看出視圖之間的層級關(guān)系。在進行實驗操作時，即使輸入了正確的指令，如果設(shè)備給出了錯誤提示，那么應(yīng)警惕是否當前處于錯誤的視圖界面。特別要區(qū)分用戶視圖和系統(tǒng)視圖，二者之間的主要差別僅在于提示符的符號不同，用戶視圖是尖括號，而系統(tǒng)視圖則是中括號。因此，在進行操作時務(wù)必看清當前所處的視圖。4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作

圖1-10不同視圖之間轉(zhuǎn)換圖1-10可以看出，配置命令可能不是一個詞，有的配置命令有多個詞，還有的配置命令包含數(shù)字。4知識準備在CLI的命令配置中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者可以使用Tab鍵對關(guān)鍵詞進行補全。有兩種補全方式，一是精確匹配。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者輸入的字符己經(jīng)能夠與唯一的關(guān)鍵詞精確匹配時，按下Tab鍵，VRP系統(tǒng)會自動將該關(guān)鍵詞補充完整，例1-1。例1-1精確補全4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作二模糊匹配。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者輸入的字符不能唯一識別為具體關(guān)鍵詞時，按Tab鍵后，VRP系統(tǒng)會按照字母順序依次補全每個候選關(guān)鍵詞；每按一次Tab鍵，VRP系統(tǒng)會自動提示下一個關(guān)鍵詞，如例1-2。圖1-2模糊補全4知識準備只有關(guān)鍵詞可以使用補全功能，參數(shù)則必須由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者手動輸入完整。當網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者忘記關(guān)鍵詞時，可以使用在線幫助與VRP系統(tǒng)進行互動。在線幫助包括完全幫助和部分幫助，通過輸入問號“？”實現(xiàn)。完全幫助：當輸入關(guān)鍵詞時，輸入問號查詢當前可以輸入的關(guān)鍵詞及其解釋，例1-3。例1-3完全幫助4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作部分幫助：當操作者輸入某個關(guān)鍵詞開頭的一個或幾個字母后，可以使用部分幫助功能查看以輸入字母開頭的關(guān)鍵詞及其解釋，例1-4。例1-4部分幫助4知識準備4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作還有一種幫助方式是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者輸入錯誤格式的命令時給予提示，即錯誤信息。例1-5給出幾種常見錯誤命令和提示信息，讀者在實驗中若遇到相同的錯誤提示，可以按提示理解。例1-5錯誤提示4知識準備4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作讀者在進行練習時，若輸入了正確語法的命令，卻發(fā)現(xiàn)參數(shù)輸入不正確，因此希望刪除這條命令，或者想要把自定義的設(shè)置恢復(fù)為缺省配置，可以使用關(guān)鍵詞undo在命令前添加關(guān)鍵詞undo，可以恢復(fù)缺省配置，禁用相應(yīng)的功能，或者刪除相應(yīng)的配置項，如例1-6。例1-6關(guān)鍵詞undo4知識準備4．基本CLI配置命令在對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行配置時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者需要使用各種命令來配置相應(yīng)的功能，先學習一些基本命令。在對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行功能性配置之前，通常需要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備先執(zhí)行一些基本的設(shè)置。Sysname命令用于修改主機名，見例1-7。缺省情況下，華為設(shè)備的主機名為Huawei。例1-7修改設(shè)備主機名4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作例1-8設(shè)置遠程登錄密碼4知識準備Save保存命令，對設(shè)備進行了修改，要使修改生效就要進行保存配置，見例1-9。例1-9保存配置4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作Resetsaved-configuration命令用于清楚已保存的配置，如例1-10所示。使用這條命令清除已保存的配置后，如果沒有再次保存配置，那么在下次啟動時，設(shè)備會以缺省配置參數(shù)進行初始化。例1-10清除配置4知識準備Reboot命令用于重新啟動設(shè)備。在執(zhí)行命令前，系統(tǒng)會向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作者進行確認，如例1-11所示。例1-11重啟設(shè)備4.4VRP系統(tǒng)基本原理及操作Resetsaved-configuration命令用于清楚已保存的配置，如例1-10所示。使用這條命令清除已保存的配置后，如果沒有再次保存配置，那么在下次啟動時，設(shè)備會以缺省配置參數(shù)進行初始化。例1-10清除配置4知識準備隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類社會對通信技術(shù)的需求也在不斷增長。第六代移動通信技術(shù)（6thgenerationmobilenetworks，6G），是一個概念性無線網(wǎng)絡(luò)移動通信技術(shù)，旨在促進產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，實現(xiàn)萬物互聯(lián)的終極目標。它在5G技術(shù)的基礎(chǔ)上進一步提升網(wǎng)絡(luò)性能，具有更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、更低的時延、更高的連接密度以及更可靠的通信質(zhì)量。6G網(wǎng)絡(luò)，為我們帶來更加快速、智能、安全且全面的通信體驗。本節(jié)將對6G網(wǎng)絡(luò)的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用場景以及發(fā)展前景進行概述。1．基本概念6G網(wǎng)絡(luò)，即第六代移動通信網(wǎng)絡(luò)，是5G網(wǎng)絡(luò)的進一步演進與升級。它在繼承了5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進一步提升了數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和智能化程度，為用戶提供了更加優(yōu)質(zhì)、高效的通信服務(wù)。6G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，將極大地推動物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興領(lǐng)域的發(fā)展，加速社會信息化進程。2．關(guān)鍵技術(shù)6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)包括高頻段頻頻資源利用、智能超表面技術(shù)、人工智能和機器學習技術(shù)的應(yīng)用以及全球無縫覆蓋等。4.5未來網(wǎng)絡(luò)——6G4知識準備6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)包括高頻段頻頻資源利用、智能超表面技術(shù)、人工智能和機器學習技術(shù)的應(yīng)用以及全球無縫覆蓋等。更高的頻譜資源利用：為了進一步提高數(shù)據(jù)傳輸速率，6G網(wǎng)絡(luò)將采用更高頻段的頻譜資源，如毫米波和太赫茲波。這些頻段具有更大的帶寬，可以實現(xiàn)更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，從而滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。大規(guī)模天線技術(shù)：6G網(wǎng)絡(luò)將引入大規(guī)模天線技術(shù)，通過增加天線數(shù)量和優(yōu)化天線布局，提高網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍。這將使得網(wǎng)絡(luò)信號更加穩(wěn)定、可靠，為用戶提供更好的通信體驗。人工智能與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合：6G網(wǎng)絡(luò)將廣泛采用人工智能技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)進行智能優(yōu)化和管理。通過機器學習、深度學習等技術(shù)，6G網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的智能分配、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的實時監(jiān)測和故障預(yù)警，從而提高網(wǎng)絡(luò)效率和穩(wěn)定性。全球無縫覆蓋：6G網(wǎng)絡(luò)將利用衛(wèi)星通信、無人機中繼等技術(shù)，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的無縫覆蓋。這將使得偏遠地區(qū)也能夠享受到高質(zhì)量的通信服務(wù)，推動全球范圍內(nèi)的均衡發(fā)展。這些技術(shù)將為6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供強大的支撐，推動其走向更加快速、智能、安全且全面的未來。4.5未來網(wǎng)絡(luò)——6G4知識準備3．應(yīng)用場景全覆蓋多樣化智能連接應(yīng)用：6G網(wǎng)絡(luò)將支持更廣泛的設(shè)備連接和更豐富的應(yīng)用場景。無論是智能家居、智能交通還是智慧城市等領(lǐng)域，6G網(wǎng)絡(luò)都能夠提供穩(wěn)定、高速的通信服務(wù)，推動各類智能應(yīng)用的普及和發(fā)展。高保真擴展現(xiàn)實應(yīng)用：6G網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸和低延遲特性將使得高保真擴展現(xiàn)實應(yīng)用成為可能。例如，在虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等領(lǐng)域，用戶可以享受到更加逼真、沉浸式的體驗，提高生活和工作的樂趣和效率。智能化行業(yè)應(yīng)用：6G網(wǎng)絡(luò)將為各行各業(yè)提供智能化解決方案。在醫(yī)療、教育、工業(yè)等領(lǐng)域，6G網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)遠程醫(yī)療、在線教育、智能制造等應(yīng)用，推動行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。4．發(fā)展前景6G網(wǎng)絡(luò)作為未來通信技術(shù)的重要發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。隨著技術(shù)的不斷進步和市場的逐步成熟，6G網(wǎng)絡(luò)將在未來幾年內(nèi)逐步走向商用化，為人們的生活和工作帶來更多便利和創(chuàng)新。4.5未來網(wǎng)絡(luò)——6G4知識準備然而，6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也面臨著諸多挑戰(zhàn)和困難。首先，技術(shù)難題是制約6G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。如何有效利用高頻段頻譜資源、實現(xiàn)大規(guī)模天線技術(shù)的優(yōu)化布局、推動人工智能與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度融合等，都是當前亟待解決的問題。其次，成本問題也是制約6G網(wǎng)絡(luò)普及的重要因素。高頻段頻譜資源的獲取、大規(guī)模天線技術(shù)的實施以及智能優(yōu)化算法的研發(fā)等都需要大量的資金投入。此外，網(wǎng)絡(luò)安全和隱私保護也是6G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中需要重點關(guān)注的問題。為了推動6G網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展，需要政府、企業(yè)、科研機構(gòu)等多方共同努力。政府應(yīng)加大對6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度，制定相關(guān)政策法規(guī)，為6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供良好的環(huán)境。企業(yè)應(yīng)積極參與6G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研發(fā)和市場推廣，推動產(chǎn)業(yè)鏈的完善和創(chuàng)新能力的提升?？蒲袡C構(gòu)應(yīng)加強與其他國家和地區(qū)的合作與交流，共同攻克技術(shù)難題，推動6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全球發(fā)展。總之，6G網(wǎng)絡(luò)作為未來通信技術(shù)的重要發(fā)展方向，將為我們帶來更加快速、智能、安全且全面的通信體驗。雖然目前6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)和困難，但隨著技術(shù)的不斷進步和市場的逐步成熟，相信在不久的將來，6G網(wǎng)絡(luò)將為我們創(chuàng)造更加美好的通信未來。4.5未來網(wǎng)絡(luò)——6G5項目實施1．任務(wù)描述

藍箭公司目前現(xiàn)有的3臺路由器，連接總部和總部外的兩個分支機構(gòu)，其中R1為公司總部的路由器，R2和R3分別為公司的兩個分支機構(gòu)的路由器。藍箭公司目前可以正常使用，實現(xiàn)總部與分支機構(gòu)的互聯(lián)互通。藍箭公司主干網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1-1。任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖1-1藍箭公司網(wǎng)絡(luò)拓撲5項目實施藍箭公司的網(wǎng)絡(luò)拓撲個接口IP地址如表1-4所示。任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)表1-4總部與分支設(shè)備IP地址分配表5項目實施2．實施步驟通過拓撲圖，可以看出藍箭公司的邏輯鏈路是一個星形網(wǎng)絡(luò)，主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有路由器、交換機和pc。三臺路由器連接了總部和分支機構(gòu)，在總部和分支機構(gòu)內(nèi)部，通過交換機使路由器和pc互聯(lián)。以下是對路由器R1、R2、R3的配置。任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5項目實施（1）R1的配置任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5項目實施（2）R2的配置任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5項目實施（3）R3的配置任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5項目實施3．測試分析圖1-12通過網(wǎng)絡(luò)抓包工具wireshark抓取路由器R1接口g0/0/1數(shù)據(jù)包，可以看到二層數(shù)據(jù)鏈路層幀信息、以太網(wǎng)信息、網(wǎng)絡(luò)層ipv4信息和ospf路由信息。任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖1-12總部和分支機構(gòu)1互通抓包圖1-13是總部和分支機構(gòu)1互通中數(shù)據(jù)鏈路層詳細信息，可以看出數(shù)據(jù)鏈路層幀結(jié)構(gòu)，封裝類型、封裝序號、幀長度和幀內(nèi)封裝的協(xié)議等等。圖1-13R1接口g0/0/1抓包——幀信息5項目實施3．測試分析圖1-14是總部和分支機構(gòu)1互通中網(wǎng)絡(luò)層信息，可以看到網(wǎng)絡(luò)層IPv4的詳細信息，版本號、標志位、偏移量、生存時間、協(xié)議、校驗和、源地址和目的地址等等。任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

圖1-14R1接口g0/0/1抓包——IPv4信息5項目實施3．測試分析圖1-15是總部和分支機構(gòu)1互通中路由協(xié)議ospf的具體信息。包含ospfHeader和ospfHelloPacke。ospfHeader中有版本號、包類型、包長度、ospfid和區(qū)域id等信息。任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖1-15R1接口g0/0/1抓包——ospf信息圖1-16是總部和分支機構(gòu)1互通中傳輸層UDP協(xié)議，主要有源端口號、目的端口號、長度、校驗和等等。圖1-16R1接口g0/0/1抓包——UDP協(xié)議5項目實施3．測試分析圖1-17是利用wireshark抓包工具啟動本地接口。從圖1-17中可以看到應(yīng)用層協(xié)議HTTP的信息，還可以看到請求方式GET，HTTP協(xié)議版本號、請求序列、響應(yīng)序列等。超文本傳輸協(xié)議（HyperTextTransferProtocol，HTTP）是一種用于分布式、協(xié)作式和超媒體信息系統(tǒng)的應(yīng)用層協(xié)議。HTTP是由蒂姆·伯納斯-李于1989年在歐洲核子研究所發(fā)起的。HTTP的標準制定由萬維網(wǎng)協(xié)會（WorldWideWebConsortium，W3C）和互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（InternetEngineeringTaskForce，IETF）進行協(xié)調(diào)，最終發(fā)布一系列RFC，最著名的是1999年6月公布的RFC2616，定義了HTTP中現(xiàn)今使用最廣泛的一個版本——HTTP1.1。任務(wù)5.1利用Wireshark了解網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖1-17總部和分支機構(gòu)抓包——http協(xié)議5項目實施1．任務(wù)描述通過基本概念的學習，將利用藍箭公司網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，使用學過的網(wǎng)絡(luò)測試命令，認識網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和網(wǎng)絡(luò)模型各層功能。2．實施步驟在1.5.1任務(wù)中，藍箭公司網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)互聯(lián)互通。3．測試分析現(xiàn)在測試網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點能否互相通信，分支機構(gòu)1的PC1ping總部PC5。5.2利用ping、tracert了解網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)5項目實施在總部的PC5上使用tracert命令，查看PC5經(jīng)過哪些路由最終到達目標主機。5.2利用ping、tracert了解網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)PC5上通過路由追蹤，可以看出到達目標主機，首先經(jīng)過了54，再經(jīng)過，最后到達目標主機。其它情況可以類似測試。6項目小結(jié)本項目主要利用藍箭公司當前網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。剖析網(wǎng)絡(luò)互通和網(wǎng)絡(luò)參考模型的核心知識點，主要有藍箭公司總部和分支機構(gòu)之間路由互通，總部、分支機構(gòu)通過交換機分別和終端設(shè)備互聯(lián)互通。通過Wireshark工具進一步理解OSI和TCP/IP參考模型，具體為應(yīng)用層http協(xié)議、傳輸層udp協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層ipv4協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層幀結(jié)構(gòu)和以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征。7拓展知識——帶寬、吞吐量和時延1．帶寬帶寬是衡量網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的重要指標，是指在單位時間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的能力。具體來說，帶寬通常以每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)（bps）來表示，常用的帶寬單位有兆比特每秒（Mbps）和千兆比特每秒（Gbps）。帶寬越大，意味著傳輸速度越快，能夠支持的數(shù)據(jù)處理量也越大。在實際應(yīng)用中，帶寬的計算方法通常是基于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量除以所需的時間。例如，如果在10秒內(nèi)傳輸了50兆字節(jié)（MB）的數(shù)據(jù)，則帶寬為50MB除以10秒，即5MB/s。進一步轉(zhuǎn)換為Mbps，帶寬則為5MB/s乘以8，即40Mbps。2．吞吐量吞吐量是指對網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、端口、虛電路或其他設(shè)施在單位時間內(nèi)成功地傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量，通常以比特、字節(jié)、分組等為測量單位。在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，吞吐量指的是主機之間單位時間內(nèi)實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，單位通常為比特/秒（b/s）或兆比特每秒（Mbps）、兆字節(jié)每秒（MBps）等。但需要注意的是，實際的吞吐量可能會受到多種因素的影響，如網(wǎng)絡(luò)擁堵、數(shù)據(jù)包丟失等，因此在進行性能評估時需要綜合考慮這些因素。3．時延發(fā)送時延：發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)幀從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間。也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。7拓展知識——帶寬、吞吐量和時延傳播時延：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。信號發(fā)送速率和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。處理時延：交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。排隊時延：結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當時的通信量。數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和：總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+處理時延8知識鞏固1．單選題（1）以下哪一項是由工程師手動輸入的路由協(xié)議？（）1．單選題（1）當代計算機通信網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)使用如下哪種網(wǎng)絡(luò)？（）A．數(shù)據(jù)包交換網(wǎng)絡(luò) B．電路交換網(wǎng)絡(luò) C．線路交換網(wǎng)絡(luò) D．數(shù)據(jù)幀交換網(wǎng)絡(luò)（2）下列哪種拓樸可以很好地避免設(shè)備或者鏈路出現(xiàn)單點故障的問題？（）A．星形拓樸 B．環(huán)形拓撲 C．全網(wǎng)狀拓撲 D．總線拓撲（3）（雙選）TCP/IP模型的網(wǎng)絡(luò)接入層對應(yīng)OSI模型的哪些分層？（）A．物理層 B．數(shù)據(jù)鏈路層 C．網(wǎng)絡(luò)層 D．傳輸層（4）TCP工作在OSI模型的哪個分層？（）A．網(wǎng)絡(luò)層 B．傳輸層 C．會話層 D．表示層（5）IP工作在OSI模型的哪個分層？（）A．網(wǎng)絡(luò)層 B．傳輸層 C．會話層 D．表示層（6）（雙選）下列哪一項是TCP和UDP都可以提供的服務(wù)？（）A．保證數(shù)據(jù)段按序到達 B．校驗數(shù)據(jù)段的傳輸錯誤C．接收端確認收到的數(shù)據(jù) D．發(fā)送端重傳未確認數(shù)據(jù)8知識鞏固（7）滑動窗口機制的工作不涉及TCP的哪些服務(wù)？（）A．接收端對數(shù)據(jù)進行確認 B．發(fā)送端重傳未確認數(shù)據(jù)C．接收端校驗數(shù)據(jù)的錯誤 D．雙方協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸進度（8）典型的三層園區(qū)網(wǎng)設(shè)計方案不包含下列哪一層？（）A．接入層 B．網(wǎng)絡(luò)層 C．匯聚層 D．核心層2．填空題（1）根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)的基本功能，可以將網(wǎng)絡(luò)分為兩部分：

和資源子網(wǎng)。（2）路由器的功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和

，其工作在OSI的

層。（3）TCP/IP參考模型中從低到高各層的名稱分別為

、

、傳輸層、應(yīng)用層。（4）數(shù)據(jù)交換方式有電路交換、

、

和信元交換。（5）理論上的網(wǎng)絡(luò)參考模型是

。3．簡答題（1）簡述計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史。（2）OSI模型和TCP/IP模型的異同。（3）數(shù)據(jù)在交換機中的轉(zhuǎn)發(fā)過程。8知識鞏固4．拓展任務(wù)圖1-18所示是一個校園網(wǎng)拓撲簡圖，在校園范圍內(nèi)，為廣大師生提供資源共享、信息交流和協(xié)同工作的局域網(wǎng)。校園網(wǎng)是一個帶寬大，可交互和專業(yè)性很強的局域網(wǎng)絡(luò)。通過組建校園網(wǎng)，認識網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、熟悉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備特點及用途，了解校園網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)。圖1-18校園網(wǎng)拓撲圖謝謝觀看項目2規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)地址目錄01學習目標02項目概述03思維導(dǎo)圖04知識準備05項目實施06項目小結(jié)07拓展知識08知識鞏固知識目標1．學習IP地址（InternetProtocolAddress）的基本概念。2．學習進制之間轉(zhuǎn)換的方法。3．學習子網(wǎng)掩碼的作用。技能目標1．掌握常用的網(wǎng)絡(luò)測試命令。2．掌握子網(wǎng)劃分的方法。3．具備網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃的能力。素養(yǎng)目標1．通過理解IP地址的分類、子網(wǎng)劃分、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)地址等過程，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。2．通過思考如何更有效地利用IP地址資源、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計等方面的問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。1學習目標2項目概述藍箭公司是一家快速發(fā)展的企業(yè)，正面臨著公司規(guī)模不斷擴大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃已經(jīng)無法滿足日益增長的需求，對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行構(gòu)成了威脅。為了確保公司的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行，并滿足未來幾年內(nèi)公司規(guī)模擴展的需求，藍箭公司決定對網(wǎng)絡(luò)地址進行重新規(guī)劃。網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。為了合理分配IP地址資源，藍箭公司首先進行了IP地址需求分析，評估未來幾年的規(guī)模擴展計劃，預(yù)留足夠的IP地址資源。為此，藍箭公司根據(jù)公司的組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)需求進行了重組，對機構(gòu)內(nèi)的財務(wù)部、生產(chǎn)部、研發(fā)部、質(zhì)管部這四個部門進行調(diào)整，通過重新規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，為不同部門的員工分配適當?shù)腎P地址范圍。這一舉措將有助于更好地管理和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)使用情況，確保網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定。藍箭公司決定根據(jù)公司組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)需求，為不同部門的員工分配適當?shù)腎P地址范圍，藍箭公司網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖2-1所示。子網(wǎng)劃分是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重要組成部分，合理的子網(wǎng)劃分可以提高網(wǎng)絡(luò)性能，降低網(wǎng)絡(luò)擁堵。設(shè)計過程中應(yīng)避免IP地址浪費和沖突，提高地址使用效率，確保子網(wǎng)之間的通信順暢，滿足業(yè)務(wù)需求，并且充分考慮網(wǎng)絡(luò)延遲、帶寬等因素，避免不必要的數(shù)據(jù)傳輸。圖2-1藍箭公司網(wǎng)絡(luò)拓撲3思維導(dǎo)圖本項目主要學習網(wǎng)絡(luò)地址的規(guī)劃，其所含知識點如圖所示。圖2-2規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)地址知識點4知識準備在當今世界，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為科技創(chuàng)新的重要領(lǐng)域，全球各國都在積極布局和發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我國政府高度重視互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，并涌現(xiàn)出了一批杰出的網(wǎng)絡(luò)科學家和工程師，他們以國家利益為重，以科技創(chuàng)新為己任，為我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻。例如，被譽為“中國互聯(lián)網(wǎng)之父”的錢華林研究員，他帶領(lǐng)團隊成功研發(fā)出我國第一款擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的IPv6核心路由器，打破了國際壟斷，提升了我國在國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的地位。正是在這些優(yōu)秀科學家和工程師的努力下，我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得了舉世矚目的成就。然而，與國際先進水平相比，我國在網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃方面還存在一定的差距。為了縮小這一差距，我們需要進一步學習和了解網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃的相關(guān)知識，為推動我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展貢獻力量。在網(wǎng)絡(luò)中，對主機的識別要依靠地址，而保證地址全網(wǎng)唯一性是需要解決的問題。在任何一個物理網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點的設(shè)備必須都有一個可以識別的地址，才能使信息進行交換，這個地址稱為硬件地址或MAC地址。MAC地址是數(shù)據(jù)鏈路層（第二層）的地址，它用于在局域網(wǎng)中唯一標識和尋址設(shè)備。MAC地址是與物理網(wǎng)卡緊密相關(guān)的，每個網(wǎng)卡都有一個唯一的MAC地址。MAC地址通常由設(shè)備制造商預(yù)先分配，并在出廠時固化到網(wǎng)卡中。由于內(nèi)置在網(wǎng)卡里的固定MAC地址不能在地址空間上引入邏輯結(jié)構(gòu)，這種非層次化的地址只能標識出單個的設(shè)備，標識不出該設(shè)備連接的是哪一個網(wǎng)絡(luò)，并且無法具備真正的地址來表示國家、省、市、區(qū)、街道、路、號這類層次。因此，要進行數(shù)據(jù)傳輸，必須使用一種邏輯化、層次化的尋址方案對網(wǎng)絡(luò)進行組織，這就是IP地址（InternetProtocolAddress，IP）。4知識準備IP地址是用于在Internet上唯一標識設(shè)備的地址，它是分配給IP網(wǎng)絡(luò)中每臺機器的數(shù)字標識符，指出了設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的具體位置。IP地址是軟件地址，而不是硬件地址，它與鏈路類型、設(shè)備硬件無關(guān)，而是由管理員分配、指定的，因此也稱為邏輯地址。每臺主機可以擁有多個網(wǎng)絡(luò)接口卡，也可以同時擁有多個IP地址?？傊?，IP地址和MAC地址各自在不同的層次上發(fā)揮作用，兩者都有其優(yōu)點和局限性，共同構(gòu)成了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。4.1IP地址4知識準備IP協(xié)議有版本之分。兩個重要的版本分別是IPv4（IPVersion4，IPv4）和IPv6（IPVersion6，IPv4）。IPv4是目前最常用的IP地址版本，但已經(jīng)接近飽和狀態(tài)。在2011年2月3日，IANA已經(jīng)宣布將其最后的468萬個IPv4地址平均分配到全球5個區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)注冊管理機構(gòu)（RegionalInternetRegistry，RIR），此后IANA再沒有可分配的IPv4地址。NAT技術(shù)的應(yīng)用，緩解了IPv4地址不足產(chǎn)生的問題，但是部署IPv6是解決IPv4地址不足的最終方案。當前IPv4網(wǎng)絡(luò)仍然占主流地位，但是逐步在向IPv6過渡。若無特別聲明，課程所提及的IP均指IPv4。4.2IPv44知識準備日常生活中，人們通常使用十進制來進行運算和數(shù)字表達，但是計算機是基于二進制進行運行計算的，只是用其他進制表現(xiàn)出來。在數(shù)字電路中常用1來代表通電（開），0代表斷電（關(guān)）。常用進制表如表2-1所示。表2-1進制表4.3進制之間的轉(zhuǎn)換

基數(shù)位權(quán)系數(shù)表示方法進位規(guī)則二進制22n0,1B逢二進一八進制88n0~7O或Q逢八進一十進制1010n0~9D逢十進一十六進制1616n0~9，A~FH逢十六進一4知識準備進制指進位計數(shù)法，也可以描述為每一位數(shù)字相比于其后的一位數(shù)字，權(quán)重高多少倍。例如十進制是每一位數(shù)字比后一位數(shù)字的權(quán)重高10倍，即十位上的數(shù)字比個位上的數(shù)字的權(quán)重高10倍，百位上的數(shù)字比十位上的數(shù)字的權(quán)重高10倍，以此類推。十進制各個位的權(quán)重如表2-2所示。表2-2十進制權(quán)重表4.3進制之間的轉(zhuǎn)換位數(shù)權(quán)重十進制形式………………第6位105100000第5位10410000第4位1031000第3位102100第2位10110第1位10014知識準備

十進制數(shù)可以用每一位的權(quán)重與該位值乘積累加的形式來表示，具體如下。1519=1*103+5*102+1*101+9*100802=8*102+0*10'+2*100二進制各個位的權(quán)重及其對應(yīng)的十進制形式如表2-3所示。4.3進制之間的轉(zhuǎn)換位數(shù)權(quán)重十進制形式………………第6位2532第5位2416第4位238第3位224第2位212第1位201表2-3二進制權(quán)重表4知識準備每個二進制數(shù)可以與表2-3進行對應(yīng)，例如二進制數(shù)1010110的對應(yīng)結(jié)果如表2-4所示。4.3進制之間的轉(zhuǎn)換二進制數(shù)1010110權(quán)重26252423222120十進制形式6432168421二進制數(shù)10001110轉(zhuǎn)換為十進制形式的方式如下。10001110=1*27+0*26+0*25+0*24+1*23+1*22+1*21+0*20=128+0+0+0+8+4+2+0=142將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制形式的一種方法是“除2取余、逆序排列”。該方法把十進制數(shù)作為被除數(shù)、2作為除數(shù)進行除法運算，得到商。除法運算的余數(shù)可能為0（即整除），也有可能為1。如果商不為0，則把商作為被除數(shù)、2作為除數(shù)繼續(xù)進行除法運算，直到商為0為止。最后，把余數(shù)0和1按照從下到上的順序，從左到右進行排列。表2-4二進制、十進制權(quán)重對應(yīng)表（以1010110為例）4知識準備以86為例，十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制形式首先進行“除2取余”，具體如表2-5所示。4.3進制之間的轉(zhuǎn)換被除數(shù)

除數(shù)

商余數(shù)86÷2=43043÷2=21121÷2=10110÷2=505÷2=212÷2=101÷2=01然后將余數(shù)按照從下到上的順序，從左至右排列，得到1010110。將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制形式的另一種方法的具體操作為：首先找到2的各次冪中，小于要轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)的所有數(shù)字，用這個十進制數(shù)減去2的最大次冪，同時記二進制數(shù)的最高位數(shù)1；然后判斷上一次減法運算的差是否大于2的次大次冪，如果大于則執(zhí)行減法運算，并記二進制數(shù)的次高位為1，反之則不執(zhí)行減法運算，僅記二進制數(shù)的次高位為0。以此類推，直到與2的0次冪（即1）對比完為止，此時便得到二進制數(shù)從高到低的所有位。表2-5十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制過程表（以86為例）4知識準備4.3進制之間的轉(zhuǎn)換還是以86為例，具體轉(zhuǎn)換步驟如下：步驟1：找到小于86的2次冪，有64、32、16、8、4、2、1。步驟2：86-64=22記為1。步驟3：22<32記為0。步驟4：22-16=6記為1。步驟5：6<8記為0。步驟6：6-4=2記為1。步驟7：2-2=0記為1。步驟8：0<1記為0。步驟9：把標記的二進制數(shù)按照從高位到低位的順序進行排列，得到1010110。4知識準備IP地址由32位二進制數(shù)組成，為了便于用戶閱讀和理解，通常情況下，使用的是點分十進制表示法。點分十進制表示法把32位二進制數(shù)平均分成4組，每組8位（1字節(jié)），然后按組轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，組與組之間使用點“.”隔開。例如，采用點分十進制表示的IP地址可用二進制數(shù)表示，表2-6可以幫助大家更好的理解IP地址。4.4IP地址格式點分十進制表示法十進制數(shù)19216811二進制數(shù)11000000101010000000000100000001表2-6IP地址的進制格式IP地址是統(tǒng)一由互聯(lián)網(wǎng)名稱與數(shù)字地址分配機構(gòu)(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN)來分配和管理的。IP地址的分配有一套嚴格的機制和程序，這種機制和程序保證了地址在Internet上的唯一性。4知識準備IP地址分為網(wǎng)絡(luò)地址（即網(wǎng)絡(luò)號）和主機地址（即主機號）兩個部分，如表2-7所示。表2-7IP地址組成結(jié)構(gòu)4.4IP地址格式網(wǎng)絡(luò)地址主機地址1921681111000000101010000000000100000001網(wǎng)絡(luò)地址：用來唯一地標識網(wǎng)絡(luò)。在同一個網(wǎng)絡(luò)中，所有設(shè)備的IP地址都包含相同的網(wǎng)絡(luò)地址。比如IP地址中，192.168.1為網(wǎng)絡(luò)地址。主機地址：用來在一個網(wǎng)絡(luò)中唯一地標識節(jié)點（主機網(wǎng)卡、路由器接口等）。這部分IP地址必須是唯一的，因為它標識特定的設(shè)備（個體），而不是網(wǎng)絡(luò)（群體）。比如IP地址的主機地址即為1。4知識準備1．有類編址為了解決IP地址的分配和管理問題，IP地址最初被設(shè)計劃分成了5類，分別稱為A類、B類、C類、D類、E類。例如，A類網(wǎng)絡(luò)使用固定的子網(wǎng)掩碼，B類網(wǎng)絡(luò)使用固定的子網(wǎng)掩碼，C類網(wǎng)絡(luò)則使用固定的子網(wǎng)掩碼。設(shè)備只需要讀取IP地址前面幾個bit就知道如何區(qū)分該IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分，這樣的網(wǎng)絡(luò)被稱為有類地址（ClassfulIPAddress）。具體網(wǎng)絡(luò)地址類型如圖2-3所示。4.5有類編址和無類編址圖2-3有類地址各類型4知識準備（1）A類IP地址：如圖2-4所示，指第1位二進制數(shù)為0的IP地址。A類IP地址的前8位二進制數(shù)為網(wǎng)絡(luò)位，后24位二進制數(shù)為主機位。由于第1位二進制數(shù)為0，A類IP地址的理論范圍為?55。另外，主機號全為0和全為1也有特殊作用，所以一臺主機能使用的A類地址的有效范圍是～54。4.5有類編址和無類編址圖2-4A類地址范圍及有效地址范圍4知識準備（2）B類IP地址：如圖2-5所示，指前2位二進制數(shù)為10的IP地址。B類IP地址的前16位二進制數(shù)為網(wǎng)絡(luò)位，后16位二進制數(shù)為主機位。由于前2位二進制數(shù)為10，B類IP地址的理論范圍為?55。與A類地址類似（網(wǎng)絡(luò)號和主機號全0和全1有特殊作用），一臺主機能使用的B類地址的有效范圍是：～54。4.5有類編址和無類編址圖2-5B類地址范圍及有效地址范圍4知識準備（3）C類IP地址：如圖2-6所示，指前3位二進制數(shù)為110的IP地址。C類IP地址的前24位二進制數(shù)為網(wǎng)絡(luò)位，后8位二進制數(shù)為主機位。由于前3位二進制數(shù)為110，C類IP地址的理論范圍為?55。同樣，一臺主機能使用的C類地址的有效范圍是：～54。4.5有類編址和無類編址圖2-6C類地址范圍及有效地址范圍4知識準備（4）D類IP地址：指前4位二進制數(shù)為1110的IP地址。D類IP地址預(yù)留為組播地址。由于前4位二進制數(shù)為1110，D類IP地址的理論范圍為?55。（5）E類IP地址：指前4位二進制數(shù)為1111的IP地址。E類IP地址預(yù)留為保留地址。由于前4位二進制數(shù)為1111,D類IP地址的理論范圍為?55。在一個網(wǎng)絡(luò)中，第一個IP地址代表整個網(wǎng)絡(luò)，最后一個IP地址代表這個網(wǎng)絡(luò)的廣播地址，其他IP地址分配給這個網(wǎng)絡(luò)中的主機，所以一個網(wǎng)絡(luò)的可用主機數(shù)=主機數(shù)-2。例如，在C類IP地址192.1.1.x中，代表整個網(wǎng)絡(luò)，55代表這個網(wǎng)絡(luò)的廣播地址，該網(wǎng)絡(luò)中可用的主機地址為~54，共254個。有類IP地址是兼顧IP地址分配靈活性和路由器處理器性能的一種折中方案，這種地址分配方式使得網(wǎng)絡(luò)管理員可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模選擇合適的IP地址類型，從而減少IP地址的浪費。本課程討論的重點是A類地址、B類地址、C類地址，因為他們是用于常規(guī)IP尋址的地址。4.5有類編址和無類編址4知識準備2．無類編址隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變得越來越龐大，有類IP地址的劃分方式已經(jīng)不能滿足復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)需求。因此，無類IP地址（ClasslessIPAddress）應(yīng)運而生，它允許網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)實際需要自由地分配子網(wǎng)掩碼，提供了更靈活的網(wǎng)絡(luò)劃分方式。無類網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計概念，它的主要特點是IP地址的子網(wǎng)劃分不需要遵循傳統(tǒng)的類別劃分規(guī)則，IP地址的范圍描述可按照人為意愿自己定義。在無類網(wǎng)絡(luò)中，子網(wǎng)掩碼的長度可以根據(jù)實際需求進行靈活的配置，從而更有效地管理IP地址資源。在傳統(tǒng)的類別劃分規(guī)則中，IP地址被分為A、B、C三個類別，每個類別的子網(wǎng)掩碼長度固定,而無類網(wǎng)絡(luò)則打破了這種劃分限制，子網(wǎng)掩碼長度可以根據(jù)實際需求進行靈活配置，例如，可以劃分為19位、20位、21位等，以滿足不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的需求。這樣，無類網(wǎng)絡(luò)可以更有效地利用IP地址資源，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的靈活性和可擴展性?？傊蓄怚P地址的出現(xiàn)是為了解決IP地址的分配和管理問題，而無類IP地址則是為了解決有類IP地址無法滿足的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)需求。4.5有類編址和無類編址4知識準備我們曾提到IP地址是由ICANN來統(tǒng)一分配的，以保證任何一個IP地址在Internet上的唯一性。其實，這里的IP地址是指公網(wǎng)IP地址。連接到Internet的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須具有由ICANN分配的公網(wǎng)IP地址。但是，實際上有一些網(wǎng)絡(luò)并不需要連接到Internet，如一個企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無須使用公網(wǎng)IP地址，只要同一網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址不發(fā)生沖突即可。在IP地址的空間里，A、B、C三類地址中各預(yù)留了一些地址專門用于上述情況，它們被稱為私網(wǎng)IP地址，如表2-8所示。4.6私有IP地址地址類型保留的地址空間A類~55B類~55C類~55表2-8保留的IP地址空間私有IP地址在Internet上是不可路由的。凡是Internet上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均不會接收、發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)源IP地址或目的IP地址在上述范圍內(nèi)的報文，這些IP地址只能用于私有網(wǎng)絡(luò)。私網(wǎng)地址的使用使得網(wǎng)絡(luò)可以得到更為自由的擴展，因為同一個私網(wǎng)IP地址是可以在不同的私有網(wǎng)絡(luò)中得到重復(fù)使用的。4知識準備特殊IP地址主要是指在IPv4地址空間中，有一些IP地址被保留或特殊分配給特定的用途，而不是用于一般的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。以下是一些常見的特殊IP地址：。（1）網(wǎng)絡(luò)地址（NetworkAddress）：網(wǎng)絡(luò)地址是用于標識一個網(wǎng)段，它不屬于任何一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。例如，IPv4地址空間中第一個網(wǎng)絡(luò)地址是，它被保留作為網(wǎng)絡(luò)地址，不能分配給任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。（2）廣播地址（BroadcastAddress）：廣播地址是用于向本網(wǎng)段中的所有設(shè)備發(fā)送信息的IP地址。IPv4地址空間中的55為全局廣播地址，它代表所有主機，可以用于向所有網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備發(fā)送廣播信息。（3）環(huán)回地址（LoopbackAddress）：環(huán)回地址是一個虛擬的IP地址，它用于標識一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的本地連接。例如，IPv4地址空間中的環(huán)回地址是，它被保留用于表示一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的本地連接，往往用于環(huán)路測試。（4）組播地址（MulticastAddress）：組播地址是用于向多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送信息的IP地址。例如，IPv4地址空間中的組播地址范圍是到55，它們可以被用于向多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送組播信息。這些特殊IP地址無法分配給設(shè)備，但是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和實現(xiàn)中起到重要作用，幫助網(wǎng)絡(luò)工程師更有效地管理和規(guī)劃IP地址資源。4.7特殊IP地址4知識準備IP地址由網(wǎng)絡(luò)號和主機號兩部分組成，那么在一個IP地址的32位中有多少位是網(wǎng)絡(luò)號，又有多少位是主機號呢？這個是通過IP地址對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼（subnetmask）來確定的。子網(wǎng)掩碼又叫網(wǎng)絡(luò)掩碼、地址掩碼、子網(wǎng)絡(luò)遮罩，子網(wǎng)掩碼不能獨立存在，它必須結(jié)合IP地址一起使用。1．子網(wǎng)掩碼的組成子網(wǎng)掩碼與IP地址類似，