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1、SXTU-INC-YW,校园网建设状况自评报告,杨 威山西师范大学网络信息中心,网络系统集成与工程设计,第1章,SXTU-INC-YW,课程内容简介,网络系统集成基本知识网络项目管理综合布线技术与工程设计局域网技术与系统集成宽带网技术与系统集成服务器技术与系统集成网络存储与备份解决方案网络系统安全部署网络系统测试、验收与评估工程案例：综合布线工程设计、大学校园网系统集成、电子政务专网集成、企业网互连集成、网络存储和数据备份方案，电子政务工程设计等。,SXTU-INC-YW,本章知识要点：系统集成概念，网络产品、技术和应用集成，系统集成内容和步骤。网络协议与体系结构的概念，OSI模型，TCP/I
2、P协议、结构及功能，网络拓扑结构与选择IPv4地址、子网划分、掩码和域名系统IPv6地址格式与结构，IPv6地址配置，Pv4向IPv6的过渡网络系统集成体系框架。,第1章 网络系统集成绪论,SXTU-INC-YW,本章重点：网络系统集成内容和步骤 TCP/IP体系结构和协议 IPv4子网划分与子网掩码 IPv6地址格式与结构 Pv4向IPv6的过渡本章难点：IPv4子网划分与子网掩码 IPv4向IPV6过渡技术,第1章 网络系统集成绪论,SXTU-INC-YW,1.1网络系统集成概述1.1.1 系统集成的概念系统（System）的意思是“体系，制度，体制，秩序，规律，方法”。集成（Integr
3、ation）的意思是“成为整体，组合，综合，一体化”。集成可以表示将单个元件组装成一台设备或一种结构的过程。例如，将大量的晶体管组成一个“集成”电路。集成也可以表示由某种规则的相互作用形式而联结的部件组合体，即有组织的整体。例如，将软件的多个功能模块组合成“一体化”系统，使整体系统从一个程序到另一个程序能够共享命令和信息流。这种软件被称为是“集成”软件。,第1章 网络系统集成绪论,SXTU-INC-YW,网络系统集成是在信息系统工程方法的指导下，根据网络应用的需求，将网络硬件设备、系统软件和应用软件等产品和技术，系统性地集合在一起，成为满足用户需求的、较高性价比的计算机网络系统。,1.1.2
4、网络系统集成的发展,网络系统集成主要朝着互联和高速的方向发展 LAN-LAN互连和LAN-WAN的互连 网络已经具有了“网格（grid）”的雏形 网络集成正朝着高速率、大容量的方向发展局域网速度已经从共享式10Mbps升级到交换式100Mbps1000Mbps，甚至已达到10Gbps。,SXTU-INC-YW,1.网络软硬件产品的集成 网络信道采用传输介质（电缆、光缆）组成，网络通信平台采用信息交换和路由设备（交换机、路由器、收发器）组成，网络信息资源平台采用服务器和操作系统组成。,1.1.3 网络系统集成的层面,2.网络技术的集成 全双工交换式以太网、1000Mbps以太网、10Gbps以太
5、网，第三层交换，虚拟个人网（VPN，Virtual Private Network），双址（源地址、目标地址）路由，双栈（IPv4、IPv6）路由，多路（CPU）对称处理，网络附加存储（NAS）、区域存储网络（SAN），Client/Server模式、Browser/Server模式和Browser/Application/Server模式，分布式互连网应用结构等。,3.网络应用的集成 DNS，WWW，E-mail，FTP，VOD（视频点播），杀毒软件（网络版），网络管理与故障诊断系统等,SXTU-INC-YW,需求分析技术方案设计 产品选型 网络工程经费预算 综合布线系统与网络工程施工 软件
6、平台配置 网络系统测试 应用软件开发（可选项）网络技术支持 网络应用和技术培训 网络工程验收,1.1.4 网络系统集成的内容,SXTU-INC-YW,随意,规范,分散建设,集中考虑,网络连通,业务应用,一体化的综合业务,类似运营商的整网结构,网络建设思考方式的转变,SXTU-INC-YW,园区网络建设的整体需求,考虑要素,园络骨干网（核心层、汇聚层）业务性考虑,业务提供,运营管理,网络管理安全管理,网络出口 特性考虑（安全、性能、NAT）,用户管理综合认证,支持平台,网络构成,园区网、应用网区域、功能性考虑,组播、安全、路由、VPN,宿舍网、办公网、科研网,Cernet、本地电信、IPv6试验
7、网,计费平台,热点与难点：网络隐患 安全管理宿舍宽带 用户管理网络维护 网络管理应用扩展 业务管理,SXTU-INC-YW,1.1.5 网络系统集成的步骤,网络系统集成方案设计阶段网络工程实施阶段 网络工程验收和维护阶段,SXTU-INC-YW,网络协议,语法、语义和时序,体系结构,完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务,1.2.1 基本知识,1.2网络体系结构与协议,SXTU-INC-YW,1.2网络体系结构与协议,体系结构服务定义协议规格,1.2.2 OSI模型,SXTU-INC-YW,1.TCP/IP协议(1
8、)协议集,TCP/IP体系结构,FTP 文件传输协议；HTTP-超文本传输协议；SMTP 简单邮件传输协议；DNS 域名解析服务系统；TFTP-一般文件传输协议；SNMP-简单网络管理协议；TCP 文件传输控制协议；UDP-用户报文协议；IP 网际互连协议。,SXTU-INC-YW,TCP/IP模型,TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划实现若干台主机的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网际层（internet）网络接口（network in
9、terface）,SXTU-INC-YW,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,SXTU-INC-YW,TCP/IP的应用层,应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。,SXTU-INC-YW,TCP/IP的传输层,传输层的两项主要功能：流量控制：通过滑动窗口实现；可靠传输：由序号和确认来实现。,传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,SXTU-INC-YW,面向连接的
10、 TCP无连接的 UDP,传输层提供了两种传输协议,SXTU-INC-YW,TCP/UDP 端口号,TCP和UDP都用端口(socket)号把信息传到上层。端口号指示了正在使用的上层协议。,FTP,SMTP,TFTP,DNS,Telnet,SNMP,21,23,25,53,69,161,TCP UDP,应用层,传输层,保留的端口号：255，公共应用255-1023，公司1023，未规定,SXTU-INC-YW,TCP/IP网际层的四个主要协议,TCP,UDP,6,17,IP,传输层,网际层,IP数据报的协议域确定目的端的上层协议,SXTU-INC-YW,（1）网络接口层。该层是整个体系结构的基
11、础部分，负责接收IP层的IP数据报，通过网络向外发送；或接收处理从网络上来的物理帧，抽出IP数据报，向IP层发送。（2）网络互联层。该层是整个体系结构的核心部分，负责处理互联网中计算机之间的通信，向传输层提供统一的数据报。（3）传输层。该层是整个体系结构的控制部分，负责应用进程之间的端到端通信。传输层定义了两种协议：传输控制协议TCP与用户数据报协议UDP（4）应用层。该层是整个体系结构的协议部分，它包括了所有的高层协议，并且总是不断有新的协议加入。,TCP/IP体系结构各层的功能,SXTU-INC-YW,1.2.4 网络拓扑结构,选择拓扑结构考虑因素:费用、灵活性、可靠性,首选,SXTU-I
12、NC-YW,目前正在使用的IP协议是第四版的，称之为“IPv4”，IPv4地址采用32位。按照IP协议规定Internet上的地址共有A、B、C、D、E五类,1.2.5 IPv4协议,SXTU-INC-YW,IP数据报（IP分组、IP包）,版本号,报头长度,服务类型,数据报长度,DF,MF,段偏移,0 3 7 15 19 31,标识,生存时间TTL,协议,报头校验和,源IP地址,目的IP地址,选项和填充（最大为40字节）,数据区,SXTU-INC-YW,保留的IP地址,11.11,1111.1111,本机,本网中的主机,局域网中的广播,对指定网络的广播,回路,以下这些IP地址具有特殊的含义:,
13、一般来说，主机号部分为全“1”的IP地址保留用作广播地址；主机号部分为全“0”的IP地址保留用作网络地址。,0000.0000,网络号,网络地址,SXTU-INC-YW,子网（Subnet）划分,因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的问题是：IP地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号 这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。前提：网络规模较小IP地址空间没有全部利用。例如：三个LAN，主机数为20，25，48，均少于C类地址允许的主机数。为这三个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费。,SXTU-INC-YW,子网划分举
14、例,例如：C类网络，主机号部分的前三位用于标识子网号，即：11000000 00001010 00000001 xxxyyyyy,网络号+子网号,新的主机号部分,子网号为全“0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6个子网，子网地址分别为：11000000 00001010 00000001 001 11000000 00001010 00000001 010 11000000 00001010 00000001 011 11000000 00001010 00000001 100 11000000 00001010 00000001 101 11000000 00001010 000000
15、01 110,SXTU-INC-YW,子网掩码（Subnet Mask）,子网划分后，如何识别不同的子网？解决：采用子网掩码来分离网络号和主机号。子网掩码格式：32比特，网络号(包括子网号)部分全为“1”，主机号部分全为“0”。,“网络号+子网号”部分,“主机号”部分,11 11 00.00,SXTU-INC-YW,子网掩码计算,前面的例子中：网络号24位，子网号3位，总共27位。所以子网掩码为：11111111 11111111 11111111 11100000即 255.255.255.224缺省子网掩码：A类：255.0.0.0 B类：255.255.0.0 C类：,SXTU-INC-
16、YW,子网地址计算,子网掩码 IP地址，结果就是该 IP地址的网络号。例如：IP地址，子网掩码 11001010 01110101 00000001 110 01111 11111111 11111111 11111111 111 00000 11001010 01110101 00000001 110 00000,子网地址为：主机号为：15 主机之间要能够通信，它们必须在同一子网内，否则需要使用路由器（或网关）实现互联。,SXTU-INC-YW,子网规划举例,网络分配了一个C类地址：。假设需要20个子网，每个子网有5台主机。试确定各子网地址和子网掩码。1）对C类地址，要从最后8位中分出几位作
17、为子网地址：242025，选择5位作为子网地址，共可提供 30个子网地址。2）检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求：子网地址为5位，故还剩3位可以用作主机地址。而 235+2，所以可以满足每子网5台主机的要求。3）子网掩码为。（11111000B=248）4）子网地址可在8、16、24、32、240共30个地 址中任意选择20个。,SXTU-INC-YW,网际控制报文协议（ICMP）,ICMP消息被封装在IP数据报里，用来发送差错报告和控制信息。ICMP定义了如下消息类型：目的端无法到达（Destination unreachable）数据报超时（Time exceeded）数据报参
18、数错（Parameter problem）重定向（Redirect）回声请求（Echo）回声应答（Echo reply）信息请求（Information request）信息应答（Information reply）地址请求（Address request）地址应答（Address reply）,SXTU-INC-YW,最常用的是“目的无法到达”和“回声”消息,A,B,发数据给Z,到Z的数据,我不知道如何到达Z？用ICMP通知A,目的端无法到达,路由器用ICMP通知目的地不可达的示意图,SXTU-INC-YW,A,B,B可以到达吗？,ICMP回声请求,可以，我在这里。,ICMP回声应答,用PI
19、NG命令产生的回声及其应答示意图,SXTU-INC-YW,地址解析协议(ARP,Address Resolution Protocol),ARP用于将一个已知的IP地址映射到MAC地址。方法：1）检查ARP高速缓存表；2）若地址不包含在表中，就向网上发广播来寻找。具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应。ARP只能用于具有广播能力的网络。,A,C,我需要的MAC地址,IP=10.1.0.5 MAC=?,我就是。这是我的MAC地址,MAC=,B,SXTU-INC-YW,反向地址解析协议(RARP,Reversed ARP),RARP用于将一个已知的MAC地址映射到IP地址。RARP要依赖于R
20、ARP服务器，该服务器中有一张MAC地址与IP地址的映射表。需要查找自己IP地址的站点向网上发送包含有其MAC地址的RARP广播，RARP服务器收到后将该MAC地址翻译成IP地址予以响应。RARP同样只能用于具有广播能力的网络。,A,C,我的IP地址是什么？,MAC:IP=?,我听到广播了。这是你的IP地址,MAC=,B,RARP Server,SXTU-INC-YW,DNS用于将主机名转换为IP地址。采用名字来标记一台主机便于记忆。DNS服务主要基于UDP来实现，端口号=53。三个组成部分：域名空间、名字服务器、解析程序域名空间：分布式的、层次型（分级）的树形结构，根没有名字，顶层域由组织域
21、（如org、com、edu）和国家域（如cn）构成。在往下分还可分为若干层子域，如下页图。通常用点来分隔域的层次，如,域名服务DNS,SXTU-INC-YW,根,INT,CN,MIL,NET,COM,JP,IBM,intel,eng,www,jack,edu,net,sxtu,www,ftp,山西师大的Web服务器：,SXTU-INC-YW,DNS名字服务器：存放域树结构和主机信息的数据库。为减小查询流量负载，提高可靠性，DNS名字空间被划分成若干不交叉的区域（Zone），分别存放在该区域的DNS服务器中。解析程序：从名字服务器中提取信息把主机域名翻译成IP地址。解析过程为：首先从本地Host
22、s文件查找。没找到就向本地DNS名字服务器发出请求；若本地DNS服务器也找不到，它就把请求发给负责该域的顶层域名字服务器，然后由顶层域名字服务器把请求传递给相应子域的名字服务器。最后由该名字服务器把域名对应的IP地址按相反的路径传递给发出请求的站点。,域名服务DNS,SXTU-INC-YW,例如：想要知道的IP地址，则查询过程如下：,edu-,原始服务器,eng，ibm 服务器,edu服务器,sxtu，edu 服务器,WWW服务器,域名服务DNS,SXTU-INC-YW,最本质的改进几乎无限的地址空间（地址长度由32位增加到128位）移动便捷Mobile IPv6贴身安全网络层的IPSec认证
23、与加密，端到端安全简单是美简化固定的基本报头，提高处理效率扩展为先引入灵活的扩展报头，协议易扩展层次区划地址格式更具层次性，便于路由聚合即插即用地址配置简化，自动配置Qos 考虑新增流标记域,海量地址空间、便捷移动、端到端安全是IPv6的最大优势,IPv6带来的好处,1.2.6 IPv6协议,SXTU-INC-YW,IPv6带来的产业革命,消费者业务、无线移动网络、分布计算等业务要求网络是以IPv6为基础的一体化综合网络,SXTU-INC-YW,IPv6改变传统的业务模式,Service-Server,User,User,User,更多内容,更多用户,更高带宽,内容向用户迁移,内容在服务器上,
24、网络服务强化内容管理、用户控制,大量内容在用户终端上,SXTU-INC-YW,IPv6的标准化,IETF成立IPNG工作组,1992,1994,1995,1996,1999,2001,2002,下一代IP协议（IPv6）推荐版本,完成IPv6的协议文本,成立全球IPv6实验床-6BONE,IPv6基本协议标准化,IPv6关联协议修订和完善,部分IPv6相关技术还在草案阶段,SXTU-INC-YW,IP v6还处于发展阶段-如何保护投资,MPLS的IPv6相关标准还处于草案阶段网管部分的IPv6特性部分缺乏部分原有RFC依赖IPv4，需要修改,标准在不断更新，设备也需要频繁升级支持平滑升级的设备
25、才能保护工程投资,SXTU-INC-YW,全球IPv6发展现状,日本NTT Com、Japan Telecom和KDDI等日本的主要运营商和ISP几乎都已经提供IPv6商业化接入服务，日本全国利用IPv6的环境正日益完善。韩国第一阶段（2001年以前）建立IPv6试验网，开展验证、运行和宣传工作；第二阶段（2002年2005年）建立IPv6岛，与现有IPv4大网互通，在IMT2000上提供IPv6服务；欧洲 欧洲在互联网方面落后于美国，但在移动通信方面领先于美国已经建立了Euro6IX和6NET等IPv6试验网络进行有关推广部署IPv6的准备，欧洲各大厂商也都加快了IPv6开发和产品化进程，各
26、种试验项目正逐步成熟。美国目前既没有地址短缺的忧虑，又很不愿意改动花费大量资本构建的IPv4商业网络体系，所以目前主要是以世界IPv6研究、协调中心的面目出现的，研究和开发IPv6的主要组织如IETF、6BONE等都在美国。中国2004年CNGI正式开通，下一步在各地进行驻地网的建设，进一步建立新型的下一代Internet网。,SXTU-INC-YW,使中国网络未来的发展冲破地址资源匮乏的樊篱世界上人口最多的国家只有不到2000万个IP地址，而中国网民已经达到9000万，居世界第二位。网络地址的希缺与网络规模的大发展形成了鲜明的对比，采用IPv6将完全改观这种局面。IPv6将推动我国信息产业的
27、发展IPv6将带来中国在互联网领域赶超其他国家的重大机遇，对于设备商、运营商、家电商、甚至最终用户，抓住机遇都将带来充满生机的变化。使中国赢得从引进技术转变到引导技术发展的机会IPv6作为一个新的IP核心技术，将带动信息通信乃至其他产业的信息化发展，获得战略性竞争优势。真正需要IPv6的不是欧美日，而是中国。,中国发展IPv6的驱动力,SXTU-INC-YW,一个IPv6的IP地址由8个地址节组成，每节包含16个地址位，以4个十六进制数书写，节与节之间用冒号分隔，其书写格式为x:x:x:x:x:x:x:x，其中每一个x代表四位十六进制数。,IPv6的地址结构,除了128位的地址空间，IPv6还
28、为点对点通信设计了一种具有分级结构的地址，这种地址被称为可聚合全局单点广播地址（Aggregate Global Unicast Address）。开头3个地址位是地址类型前缀，用于区别其它的地址类型，其后依次为13位TLA ID、32位 NLA ID、16位SLA ID和64位主机接口ID；分别用于标识分级结构中自顶向底排列的顶级聚合体（TLA，Top Level Aggregator）、下级聚合体（NLA，Next Level Aggregator）、位置级聚合体（SLA，Site Level Aggregator）和主机接口。,SXTU-INC-YW,IPv6的地址配置,IPv6继承了I
29、Pv4的这种自动配置（DHCP）服务，并将其称为全状态自动配置。除了全状态自动配置，IPv6还采用了一种被称为无状态自动配置的服务。,在无状态自动配置过程中，主机首先通过将它的网卡MAC地址附加在链接本地地址前缀1111111010之后，产生一个链接本地单点广播地址（IEEE已经将网卡MAC地址由48位改为了64位，若主机采用的网卡的MAC地址仍是48位，那么IPv6网卡驱动程序会根据IEEE的一个公式将48位MAC地址转换为64位MAC地址）。,接着主机向该地址发出一个被称为邻居探测（Neighbor Discovery）的请求，以验证地址的惟一性。如果请求没有得到响应，则表明主机自我设置的
30、链接本地单点广播地址是惟一的；否则，主机将使用一个随机产生的接口ID组成一个新的链接本地单点广播地址。然后，以该地址为源地址，主机向本地链接中所有路由器多点广播一个被称为路由器请求（Router Solicitation）的数据包，路由器以一个数据包，包含一个可聚合全局单点广播地址前缀和其它相关配置信息的路由器公告来响应该请求。主机用它从路由器得到的全局地址前缀加上自己的接口ID，自动配置全局地址，然后就可以与Internet中的其它主机通信了。,SXTU-INC-YW,IPv6部署的三个阶段,IPv4-IPv6的过渡技术,SXTU-INC-YW,Physical/Data Link,IPv6
31、,IPv4,TCP/UDPv6,IPv6Applications,0 x86dd,0 x0800,TCP/UDPv4,IPv4Applications,双栈技术IPv6过渡技术1,SXTU-INC-YW,IPv4网,IPv4网,IPv4网,IPv4网,IPv6网,IPv6网,IPv6网,IPv6网,IPv6 User,IPv6 User,IPv6 User,IPv6 User,IPv4 User,IPv4 User,IPv4 User,IPv4 User,双栈技术IPv6过渡技术1,SXTU-INC-YW,隧道IPv6过渡技术2,手动配置隧道(Configured tunnel)IP over
32、 IP(v6 over v4,v4 over v6,v4 over v4,v6 over v6)GRE(Generic Routing Encapsulation)MPLS VPN自动隧道(Automatic Tunnel)将IPv4地址嵌入在IPv6地址中，利用这个IPv4地址来决定隧道的源地址和目的地址6to4,6over4,ISATAP,Teredo等MPLS VPN隧道代理(Tunnel Broker),SXTU-INC-YW,IPv4网,IPv6网,IPv6网,IPv6 User,IPv6 User,隧道,将IPv6包封装为IPv4包,将封装后的解封装,还原为IPv6包,必须运行双栈
33、的方式,V6 Over V4最常用的隧道技术,SXTU-INC-YW,ISATAP-另一种隧道技术,IPv6 Network Prefix(64 bits),0:5EFE,IPv4,IPv6 Internet,ISATAP Router,ISATAP Host,ISATAP Host,(Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol),SXTU-INC-YW,MPLS VPN-另一种常用的隧道技术,CPN,MPLS城域网(IPv4网络+叠加IPv6网络),CNGI网络,端局路由器方案不改动现网拓扑和设备 部署灵活、满足网络过渡的各个阶段应用,IP
34、v6,IPv6隧道,端局路由器(6PE),端局路由器(6PE),端局路由器(6PE),IPv4子网,IPv6子网,IPv6子网,IPv4子网,IPv4,IPv4接入网,SXTU-INC-YW,翻译器IPv6过渡方案之三,网络层翻译器Stateless IP/ICMP Translation Algorithm(SIIT)(RFC 2765)NAT-PT(RFC 2766)Bump in the Stack(BIS)(RFC 2767)传输层翻译器Transport Relay Translator(TRT)(RFC 3142)应用层翻译器Bump in the API(BIA)(RFC 333
35、8)SOCKS64(RFC 3089)Application Level Gateways(ALG),SXTU-INC-YW,IPv4网,IPv6网,单IPv4,单IPv6,NATPT动态方式或是静态方式,IPv6源：2ff3:c11:ffff:0:0:1:aIPV6目的：2ff3:c11:ffff:0:0:1:c,IPv6源：2ff3:c11:ffff:0:0:1:cIPV6目的：2ff3:c11:ffff:0:0:1:a,IPv4源：IPV4目的：,IPv4源：IPV4目的：,2ff3:c11:ffff:0:0:1:a,NAT-PAT最常用的翻译器,SXTU-INC-YW,1.3网络系统集成体系框架,SXTU-INC-YW,问题时间,SXTU-INC-YW,1.1 什么是系统集成？1.2 网络系统集成包括哪些层面？1.3 网络系统集成的内容有哪些？1.4 画图描述网络系统集成的步骤。1.5 画图表示TCP/IP协议集。1.6 画图表示TCP/IP体系结构。1.7 有三个LAN，主机数量分别为38，46，56，均少于C类地址允许的主机数。为这三个LAN申请三个C类IP地址显然有点浪费。请对C类网络划分子网，并确定子网掩码。1.8 简述IPv6的地址结构和主要特点，并将IPv4地址转换为IPv6地址。1.9 画图描述网络系统集成的体系框架。,思考与练习,
