《精编》网络工程设计与系统集成概述

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1、网络工程设计与系统集成 2012 10 NetworkEngineeringDesignandSystemIntegration 2ndEdition 网络工程设计与系统集成 强调网络设计原理突出系统集成实践案例学习贯穿全书 问题思考 回顾计算机技术类课程 系统集成思想对计算机系统的作用联想你熟悉的 工程项目 设想计算机网络工程包含的内容 学习目标了解系统集成的发展和层面 理解网络工程设计和系统集成概念 掌握网络系统结构与协议的基本知识 会使用OSI与TCP IP对比 分析实际网络体系结构 了解智能DNS工作原理 理解IP协议要点与使用规范 理解域名系统表示与域名解析方法 熟练掌握IPv4子网

2、地址设置与子网掩码设置 了解系统集成体系结构和系统集成步骤 理解网络结构特点与区别 基本掌握网络各种结构的使用范围 第1章绪论 本章重点 网络系统集成内容和步骤 OSI与TCP IP体系结构和协议 使用OSI与TCP IP对比 分析实际网络体系结构 IPv4子网划分与子网掩码 本章难点 IPv4子网划分与子网掩码 智能DNS工作原理 第1章绪论 1 1 1网络工程概念网件工程 NetworkEngineering NE 是从整体出发 合理规划 设计 实施和运用计算机网络的工程技术 根据网络组建需求 综合应用计算机科学和管理科学中有关的思想 理论和方法 对网络系统结构 要素 功能和应用等进行分析

3、 以达到最优规划 最优设计 最优实施和最优管理的目的 1 1网络工程概述 网络工程设计概念网络工程设计是按照用户组网需求 从网络综合布线 数据通信 系统集成等方面综合考虑 选用先进网络技术和成熟产品 为用户提供科学 合理 实用 好用 够用的网络系统解决方案 为网络系统集成提供技术文档和工程实施依据 1 1网络工程概述 1 1 2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 Integration 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

4、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 1 1网络工程概述 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 3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

5、升级到交换式100Mbps 1000Mbps 甚至已达到10Gbps 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 4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以太网 第三层交换 虚拟个人网 VPN VirtualPrivateNetwork 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 Brow

6、ser 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 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网络协议与结构 1 2网络体系结构与协议 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 2OSI模型 PDU与数据封装 OSI参考模型中 对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元 Pro

7、tocolDataUnit PDU 传输层及以下各层的PDU有各自特定的名称 传输层 数据段 Segment 网络层 分组数据报文 Packet 数据链路层 数据帧 Frame 物理层 二进制比特流 Bit 数据多层封装与拆封 1 TCP IP协议 1 协议集 1 2 3TCP 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 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

8、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 networkinterface TCP IP体系结构及功能 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 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

9、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 面向连接的 TCP无连接的 UDP 传输层提供了两种传输协议 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 TCPUDP 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 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

10、议 1 网络接口层 该层是整个体系结构的基础部分 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 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

11、告和控制信息 ICMP定义了如下消息类型 目的端无法到达 Destinationunreachable 数据报超时 Timeexceeded 数据报参数错 Parameterproblem 重定向 Redirect 回声请求 Echo 回声应答 Echoreply 信息请求 Informationrequest 信息应答 Informationreply 地址请求 Addressrequest 地址应答 Addressreply 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

12、图 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PING命令产生的回声及其应答示意图 地址解析协议 ARP AddressResolutionProtocol 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10 1 0 5的MAC地址 IP 10 1 0 5MAC 我就是 这是我的MAC地址 IP 10 1 0 5MAC 0800 0020 2C0A B 10 1 0 1 10 1 0 5

13、10 1 0 2 反向地址解析协议 RARP ReversedARP RARP用于将一个已知的MAC地址映射到IP地址 RARP要依赖于RARP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 0800 0020 2C0AIP 我听到广播了 这是你的IP地址 MAC 0800 0020 2C0AIP 10 1 0 5 B RARPServer 1 2 4网络拓扑结构 选择拓扑结构考虑因素

14、费用 灵活性 可靠性 首选 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 5IPv4协议相关知识 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 037151931 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 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 一般来说 主机号部分为全 1 的IP地址保留

15、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 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 子网划分举例 例如 C类网络192 10 1 0 主机号部分的前三位用于标识子网号 即 110000000

16、000101000000001xxxyyyyy 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 11000000000010100000000100100000 192 10 1 3211000000000010100000000101000000 192 10 1 6411000000000010100000000101100000 192 10 1 9611000000000010100000000110000000 192 10 1 12811000000000010100000000110100000 192 10 1 16011000000000010100000000111000000 192 10 1 192 子网掩码 SubnetMask 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 1100 00 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