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1、第一章 网络工程基础,任课教师：胡静,1.1 网络工程概述,1、网络工程的含义 工程的定义：简单地讲，工程是有一个明确的目标、在指定的组织领导下，按计划进行的工作。 计算机网络工程的含义：计算机网络工程是工程的一个子概念，它是在信息系统工程方法和完善的组织机构指导下，根据网络应用的需求，按照计算机网络系统的标准、规范和技术，详细规划设计可行方案，将计算机网络硬件设备、软件和技术系统性地集成在一起，成为满足用户需求、高效性价比的计算机网络系统的组建工作。简单地说，计算机网络工程就是组建计算机网络的工作，凡与组建计算机网络有关的事情都可以归纳在计算机网络工程中。,2、网络工程的内容与目标,网络工程
2、的内容包括四个方面： 网络规划与设计。对计划建设的网络系统的类型规模、体系结构、硬件与软件、管理与安全等方面提出一套完整的技术方案和实施方案。 网络硬件系统建设。主要包括计算机设备、网络设备和布线系统等硬件的集成。 网络软件系统建设。主要包括网络操作系统、工作站操作系统通信及协议软件、数据库管理系统、网络应用软件和开发工具软件等的选择与安装。 网络安全管理建设。主要包括网络管理与安全体系以及相应软件系统的组建。 网络工程的目标 是工程的建设方和施工方，要在遵守国家相关法律、法规，遵循国家标准和国际标准的前提下，完成网络工程的规划、设计、施工和验收等工作。,CISCO认证体系介绍,3、网络工程的
3、组织结构及其职责,计算机网络工程要有一个机构来负责组织、协调、实施和管理。由于计算机网络工程的实际情况各不相同，因此具体的组织机构也不可能完全相同。对所有的网络工程进行抽象，归纳出一种通用的组织形式，简称为三方结构，分别是工程甲方、工程乙方和工程监理方。这三方的基本关系如下图所示:,甲方,乙方,监理方,工程目标,需求分析,工程说明,工程报告,工程咨询,工程监督,工程甲方,工程甲方是网络工程中的用户，即网络工程的提出者和投资方。例如，某校园网建设工程中的学校就是工程甲方。 甲方的人员组成主要包括行政联络人和技术联络人。行政联络人是甲方的工程负责人，一般由甲方的行政领导担任，他负责甲方的组织协调工
4、作。技术联络人是甲方的工程技术负责人，工程中有关技术问题，乙方和监理方可以与甲方技术联络人协调。甲方的职责： （1）可行性论证 （2）编制标书、招投标 （3）工程监督,工程乙方,工程乙方是计算机网络工程的承建者。例如，校园网由A公司承建，则A公司就是工程乙方。有时候，由于网络工程的量比较大，可以由多个公司各承担网络工程的建设任务。那么，此时就存在着多个乙方。 乙方在承建计算机网络工程时多采用项目经理制。项目经理制的人员结构如图所示。,乙方的职责,（1）编制投标书。 （2）签订工程合同。 （3）进行用户需求调查。 （4）进行规划设计。 （5）制订实施计划。 （6）产品选型。 （7）系统集成。 （
5、8）合同规定的其他工作。,工程监理方,网络工程监理，是指为了帮助用户建设一个性能价格比最优的网络系统，在网络工程建设过程中，给用户提供前期咨询、网络方案论证、确定系统集成商、网络质量控制等服务。提供工程监理服务的机构就是监理方，工程监理方的人员组织包括总监理工程师、监理工程师、监理人员等。 工程监理方的职责： （1）帮助用户做好需求分析。 （2）帮助用户选择好的系统集成商。 （3）帮助用户控制工程进度。 （4）帮助用户控制工程质量。 （5）帮助用户作好各项测试工作。,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护
6、,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,
7、网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,4、网络工程建设的过程,可行性论
8、证,用户需求分析,工程规划与设计,制定实施方案,网络安装与配置,产品的采购,竣工验收,培训、维护,工程甲方,工程监理方,工程乙方,1.2 计算机网络体系结构,6,5,4,3,2,4,3,2,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,1,应用层,传输层,网络层,1,网络接入层,OSI和TCP/IP模型的比较,TCP/IP协议栈,TCP/IP协议栈具有简单的分层设计，与OSI参考模型有清晰的对应关系。,应用层,传输层,网络层,提供应用程序网络接口,建立端到端连接,寻址和路由选择,物理介质访问,二进制数据流传输,网络接入层,IP,ICMP,RIP,OSPF, ARP,RARP,物理
9、层设备-集线器,不隔离冲突 不隔离广播,Hub还是相当于总线,数据链路层设备-交换机,数据链路层,缓冲区、微分段隔离冲突 不隔离广播,A,B,C,发送给主机B,缓冲区,D,发送给主机D,网络层设备-路由器,网络层,隔离冲突 隔离广播,A,B,C,广播,冲突域 广播域,冲突 （Collision ）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏冲突域（Collision Domain）一个支持共享介质的网段广播域 (Broadcast Domain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为router不转发广播）,冲突域图示,
10、接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术,网络设备的对比,多口的中继,集线器,网桥,交换机,路由器,冲突域,广播域,网络设备的域,集线器,网桥,交换机,路由器,冲突域,1 4 4 4,广播域,1 1 1 4,网络设备的域,CISCO的三层模型,访问层,分布层,核心层,接入层（访问层）,我们在核心层和汇聚层的设计中主要考虑的是网络性能和功能性要高，那么我们在接入层设计上主张使用性能价格比高的设备。接入层是最终用户(教师、学生) 与网络的接口，它应该提供即插即用的特性，同时应该非常易于使用和维护。当然我们也应该考虑端口密度的问题。,分布层（ 汇聚层）,汇聚层的功能主要是连接接入层节点和核心层
11、中心。汇聚层设计为连接本地的逻辑中心，仍需要较高的性能和比较丰富的功能。 在实施上，汇聚层除要进行路由聚合外，还要考虑实施QoS保障、安全等网络策略。,核心层,核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输,骨干层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输。网络的控制功能最好尽量少在骨干层上实施。核心层一直被认为是所有流量的最终承受者和汇聚者，所以对核心层的设计以及网络设备的要求十分严格。核心层设备将占投资的主要部分。,半双工 (CSMA/CD) 单向数据传送 冲突可能性高 用集线器连接,交换机,集线器,双工综述,集线器永远工作在半双工 有冲突的环境只能使用半双工 无冲突的环境可以使用全双
12、工,全双工 只能用于点对点 连接到特定的端口 两端均须支持全双工 无冲突 冲突检测电路关闭,双工综述,半双工 (CSMA/CD) 单向数据传送 冲突可能性高 用集线器连接,交换机,集线器,1.3 IP地址,1IP地址的组成 IP地址是与物理地址相对应的一种逻辑地址，由两个部分组成：网络标识（net id）和主机标识 （host id）。网络标识用于区分不同的网络，主机标识用于在一个网络中区分主机。 2IP地址的表示 IP地址有两种表示法：二进制和十进制。二进制的IP地址有32位，由4个 8位的二进制数组成，每8位之间用圆点隔开。由于二进制数不利于记忆，通常转换成十进制数表示，其取值范围为025
13、5。,IP 地 址,255,255,255,255,点分十进制,最大值,网络位,主机位,128 64 32 16 8 4 2 1,11111111,11111111,10101100,00010000,01111010,11001100,二进制,172,16,122,204,1,8,9,16,17,24,25,32,128 64 32 16 8 4 2 1,128 64 32 16 8 4 2 1,128 64 32 16 8 4 2 1,示例,32bit,11111111,11111111,3、IP地址的分类,IP地址被分成了A、B、C、D、E五类。 各类IP地址结构,Class A: Cl
14、ass B: Class C: Class D: 多播地址 Class E: 科研用 research,IP 地址分类,8 bits,8 bits,8 bits,8 bits,3、IP地址的分类,IP地址的类别与规模目前，一般具体的网络只分配到A类、B类、C类地址中的一种。IP地址中的D类作为多目地址（multicast address）是比广播地址稍弱的多点传送地址，用于支持多点传输技术。E类地址保留作为将来使用。,IP地址分类练习,地址,类别,网络,主机,10.2.1.1,128.63.2.100,201.222.5.64,192.6.141.2,130.113.64.16,256.241
15、.201.10,IP地址分类练习 （答案）,地址,类别,网络,主机,10.2.1.1,128.63.2.100,201.222.5.64,192.6.141.2,130.113.64.16,256.241.201.10,A,B,C,C,B,Nonexistent,10.0.0.0,128.63.0.0,201.222.5.0,192.6.141.0,130.113.0.0,0.2.1.1,0.0.2.100,0.0.0.64,0.0.0.2,0.0.64.16,4 TCP/IP对IP地址的一些规定,4 TCP/IP对IP地址的一些规定,由以上规定可以看出，主机号全“0”全“1”的地址在TCP/IP协议中有特殊含义，一般不能用作一台主机的IP地址。另外：地址段127.0.0.0127.255.255.255，也是属于保留使用的，用于本机环路测试类IP地址。,5、保留地址,有一些IP地址保留用于一般用途，它们的使用无需得到ICANN批准。尽管这些地址可以被任何组织任意使用，但他们不允许用于Internet通信。因这些地址不会分配给某个组织，所以只能在局域网内部使用，称为私有IP地址或保留IP地址。,子网掩码 1、子网,
