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1、第一章 局域网基础1.1 计算机网络的定义、发展过程和趋势1.2 计算机网络的组成、功能和应用1.3 计算机网络的分类与工作模式1.4 计算机网络体系结构1.5 局域网的相关概念与标准1.6 局域网中常用通信协议选择策略,1.1 计算机网络的定义、发展过程和趋势,1.1.1 计算机网络的定义 抽象地讲，计算机网络是结点和链路的集合。它可以为两个或多个特定结点建立连接，以在这些结点之间进行通信。一般将计算机网络定义为相互联接、彼此独立的计算机系统的集合。下图描述了一个典型的计算机网络。,1.1.2 计算机网络发展的历史阶段 计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。这种结合主要体现在两个方面
2、：一方面，通信网络为计算机之间的数据传递和信息交换提供了必要的条件；另一方面，计算机技术在通信领域中的广泛应用，又提高了通信网络的性能。三个重要的里程碑第一个里程碑以报文（Message）或分组（Packet）交换技术为标志，第二个里程碑以1980出现的开放式系统互联参考模型（OSI/RM）为标志。第三个里程碑以Internet的迅速发展与推广为特征。,1.1.3 计算机网络的发展趋势1网络高速化2网络综合化3网络智能化4网络的易用性,1.2 计算机网络的组成、功能和应用,1.2.1 计算机网络的组成 计算机网络脱胎于联机系统。20世纪70年代，随着ARPANET的出现，产生了分组交换网。分组
3、交换网才称得上真正的计算机网络。随着技术的进步，计算机网络也在不断变化，但所采用的交换方式仍然以分组交换为主。在此，主要介绍分组交换网的组成。分组交换网由通信子网和资源子网两部分构成，如图1-2-1所示。,1.2.2 计算机网络的功能1数据通信2资源共享3提高计算机系统的可靠性和可用性4易于进行分布处理,1.2.3 计算机网络的典型应用1管理信息系统（MIS，Management Information System）。2办公自动化（OA，Office Automation）系统3信息检索系统（IRS，Information Retrieve System）4电子收款机系统（POS，Point
4、 Of Sells）5分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）6计算机集成与制造系统（CIMS，Computer Integrated Manufacturing System）7电子数据交换（EDI，Electronic Data Interchange）和电子商务（EB，Electronic Business或EC，Electronic Commerce）系统8信息服务系统,1.3 计算机网络的分类与工作模式,1.3.1 计算机网络的分类,1.3.1.1 按网络的拓扑结构分类网络的拓扑结构指网络中结点（设备）和链路（连接网络设备的信道）的几何形状。常见
5、的网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型、网型和混合型，如图1-3-1所示。,1.3.1.2 按网络的覆盖范围分类按网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为：局域网（LAN，Local Area Network）、城域网（MAN，Metropolitan Area Network）、广域网（WAN，Wide Area Network）和因特网（Internet）。,表1-3-1 各类计算机网络的典型特征,1.3.2 计算机网络的工作模式1基于服务器（Server-based）的网络在基于服务器的网络中，一般至少存在台比其他客户机功能强大的计算机（该机被称为服务器），其上装有网络操作系统，所有其
6、他工作站（客户机）的管理工作都以此服务器为中心。即，所有的工作站的注册登录和资源访问操作，均受服务器控制。下图说明了基于服务器结构的网络配置。其中，文件服务器控制着用户的注册登录和共享资源（如数据、打印机等）的访问权限。,2对等网络在对等网络结构中，计算机彼此处于同等地位，没有主从之分，故称为对等网络（Peer to Peer network）。下图为对等网络模式示意图。,1.4 计算机网络体系结构,1.4.1 计算机网络体系结构概述,1.4.1.1 网络的分层体系结构为了构造计算机网络以实现通信，可采用“分层”的方法，将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的问题总是易于研究
7、和处理的。按照上述思路，可以把网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，如下图所示。,1.4.1.2 计算机网络标准制定组织简介,1国际标准化组织（ISO，International Standards Organization）由美国国家标准组织（ANSI，American National Standards Institute）及其他各国的国家标准组织的代表组成。该组织对计算机网络的主要贡献是开放系统互联（OSI，Open System Interconnection）参考模型。,2电气电子工程师协会（IEEE，the Institute of Electrical and Electr
8、onic Engineer）IEEE是世界上最大的专业组织之一。该组织对计算机网络的主要贡献是IEEE802协议。该协议主要用于局域网，其中比较著名的是802.3（CSMA/CD）和802.5（Token Ring）。,3美国国防部高级研究计划署（ARPA，Advanced Research Projects Agency）该机构对计算机网络的主要贡献是TCP/IP协议。该协议主要用计算机网络之间的互联。,1.4.2 OSI的参考模型OSI开放系统互联参考模型将整个网络的通信功能划分成7个层次，每个层次完成不同的任务。如下图所示。,1.4.3 TCP/IP参考模型TCP/IP体系共分成四个层次
9、（如下图所示）。,1.5 局域网的相关概念与标准,1.5.1 局域网（1）局域网是限定区域的网络。（2）局域网的线路是专用的。（3）局域网具有较高的数据通信速率。（4）局域网具有开放性。1.5.2 局域网标准IEEE802是主要的局域网标准，该标准所描述的局域网通过共享的传输介质通信，网络站点连在传输介质上，并按照某种方式串行使用传输介质。,1IEEE802参考模型 IEEE802标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系如图所示。,2MAC地址MAC地址又称为物理地址，也就是通常所说的计算机硬件地址。在生产网卡时，MAC地址被固化在网卡中。IEEE（国际电气和电子工程师协会）负责分配M
10、AC地址中的前3个字节，生产局域网卡的厂家必须向IEEE购买由三个字节构成的一个编号，该编号称为“块地址”或“厂商代码”，而MAC地址中的后三个字节，则由厂家自行分配。3IEEE802标准主要标准：802.1（A）：综述和体系结构802.1（B）：寻址、网络管理、网间互连及高层接口802.2：逻辑链路控制（LLC），用于实现高层协议与MAC子层的接口802.3：带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法和物理层规范802.4：令牌传递总线访问方法和物理层规范802.5：令牌环访问方法和物理层规范802.6：城域网访问方法和物理层规范802.7：IEEE为宽带LAN推荐的实用技术802.
11、8：光纤技术802.9：介质访问控制子层（MAC）与物理层（PHY）上的集成服务接口802.10：互操作LAN安全标准802.11：无线局域网介质访问控制子层与物理层规范802.12：需要优先权的访问方法及物理层和重发器（Repeater）描述802.14：交互式电视网（包括Cable Modem）802.3z：千兆以太网802.3ab：1000Base-T（铜质千兆以太网）802.3ac：虚拟局域网中的标签交换802.3ad：链路集成802.3ae：10千兆以太网,1.5.3 以太网（IEEE802.3）,1.5.3.1 以太网（IEEE802.3）概述以太网（Ethernet）具有性能高、
12、价格低、使用方便等特点，是目前最为流行的局域网体系结构。下表给出了以太网的主要类型与标准。,1.5.3.2 以太网的帧结构下图给出了以太网的帧结构。（1）前导符。长度为7个字节，内容为“0”、“1”交错出现的比特流（即“101010”）。用于建立同步。（2）帧首定界符（SFD）。长度为1个字节，内容为“10101011”。标识一帧即将开始。（3）目的地址（DA）。长度为6个字节，内容为帧的目标地址。该地址可以是普通地址（如“0000e8114953”）、组播地址或广播地址（“FFFFFFFFFFFF”）。（4）源地址（SA）。长度为6个字节，内容为帧的源地址。（5）类型（TYPE）。长度为2个
13、字节，代表高层所使用的协议。（6）数据（DATA）。长度应在46到1500字节之间。（7）帧校验序列（FCS）。长度为4个字节，内容为位于DA、DATA之间内容的CRC校验结果。,1.5.3.3 CSMA/CD先听后发。边发边听。冲突停止。随机延迟后重发。1.5.3.4 几种以太网标准110Base-5（粗缆以太网）210Base-2（细缆以太网）310Base-T（双绞线以太网）410Base-F（光纤以太网）5100Base-TX（使用双绞线的快速以太网）6100Base-FX（使用光纤的快速以太网）7100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网）8100Base-T2（使用2对3
14、类UTP的快速以太网）91000Base-SX（使用1对短波长光光纤的千兆以太网）111000Base-TX（使用4对5类UTP的千兆以太网）121000Base-CX（使用屏蔽双绞线的千兆以太网）,1.6.1 NetBEUI/NetBIOS协议,体积小、效率高、速度快、不可路由,1.6.2 IPX/SPX协议 对复杂环境具有很强的适应性。具有强大的路由功能，适合于大型网络使用。,1.6 局域网中常用通信协议及选择,1.6.3 TCP/IP协议可以在各种硬件和操作系统上实现。目前，TCP/IP协议已成为建立计算机局域网、广域网的首选协议，并将随着网络技术的进步和信息高速公路的发展而不断地完善。
15、,1.IP地址 2.子网掩码及其作用 3.IP路由,1.IP地址（IPv4）,（1）IP地址分配IP地址由32位二进制数组成。在实际应用中，将这32位二进制数分成4段，每段包含8位二进制数。为了便于应用，采用点分十进制表示法，将每段都转换为十进制数，段与段之间用“.”号隔开。IP地址采用两级结构，网络标识（表示主机所属的网络）和主机标识（代表主机）。IP地址实际上是分配给网络适配器的。（2）IP地址级别考虑到不同规模网络的需要，为充分利用IP地址空间，IP协议定义了5类地址，即A类至E类。其中A、B、C三类由InterNIC（互联网信息中心）在全球范围内统一分配，D（多播或组播）、E（保留）类
16、为特殊地址。IP地址采用高位字节的高位来标识地址类别。IP地址编码方案及A、B、C类地址格式如图。,IP地址编码方案及A、B、C类地址格式,IP地址编码方案,A类地址格式（保留地址10.255.255.254）,B类地址格式（保留地址172.32.255.254）,C类地址格式（保留地址192.168.255.254）,2.子网掩码及其作用,（1）确定网络和主机地址 子网掩码是一个32位的数字，其作用是声明IP地址的哪些位为网络地址，哪些位为主机地址。TCP/IP协议利用子网掩码判断目标主机地址是位于本地网络还是远程网络。（例：与、与202.112.15.55）下表列出了A、B、C三类网络的子
17、网掩码。掩码中为1的位表示IP地址中相应的位为网络标识号，为0的位则表示IP地址中相应的位为主机标识号。,返回,（2）划分IP子网为了以下原因：减少每个子网上的网络通信量 便于网络管理 解决物理网络本身的某些问题（如网络覆盖范围超过以太网段最大长度的问题）可以将IP地址原有的两级结构扩充为如下的3级结构：IP地址内的原主机部分被分解为子网标识和主机标识两个部分，这种子网的划分是通过子网掩码机制来实现的。,3.IP路由,在网络中要实现IP路由必须使用路由器，路由器可以是专门的硬件设备，也可以将某台计算机设置为路由器。不论用何种方式实现，路由器都是靠路由表来确定数据报的流向的。IP路由表中保存了网
18、络IP地址与路由器端口的对应关系。当路由器接收到一个数据报时，便查询路由表，判断目的地址是否在路由表中，如果是，则直接送交该网络，否则转交其他网络，直到最后到达目的地。如图所示，计算机A、B就是通过若干路由器来完成彼此之间的信息交换的。在TCP/IP网络中，IP路由器又叫IP网关。每一个结点都有自己的网关。,路由器的作用示意图,某一计算机X被用做路由器，以实现两个网络与（它们的子网掩码为）的互联，怎样设置？,计算机承担路由器的功能,TCP/IP的配置在利用TCP/IP进行通信时，主要应设置如下参数：IP地址。标识TCP/IP主机的唯一的32位地址。子网掩码。用来判别目标IP地址是否属于本地网络
19、。默认网关：与远程网络互联的路由器的IP地址。如果没有规定默认网关，则通信仅可在本网段内部进行。需要注意的是，默认网关的IP地址应于网络适配器的IP地址处于同一IP网段内。,TCP/IP配置测试工具PingPing 目的地址参数1参数2使用Ping程序来验证计算机的配置和测试路由连接的一般步骤：（1）Ping回环地址，以确定本机是否正确配置了TCP/IP。（2）Ping工作站的IP地址，以验证工作站是否正确加入了网络，并检验IP地址是否冲突。（3）Ping默认网关的IP地址，以验证默认网关设置是否正确。（4）Ping远程网络上主机的IP地址，以验证能否通过路由器进行通信。TCP/IP配置查看工具IpconfigIpconfig/参数l/参数2,下一代的网际协议IPv6（1）IPv6把原来IPv4地址增大到了128bit，其地址空间大约是3.41038，是原来IPv4地址空间的296倍。（2）IPv6没有完全抛弃原来的IPv4，且允许与IPv4在若干年内共存。（3）与原来的IPv4相比，IPv6对IP数据报协议单元的头部进行了简化，仅包含7个字段（IPv4有13个）。（4）IPv6另一个主要的改进体现在安全性上。,1.6.4 通信协议选择策略（1）要选择适合于网络特点的协议。（2）应尽量少选用网络协议。（3）应注意协议的版本。（4）要注意协议的一致性。,
