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1、网络工程设计与系统集成,2012.10,Network Engineering Design and System Integration（2nd Edition）,2019/6/26,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,2019/6/26,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,2019/6/26,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
2、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,2019/6/26,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,2019/6/26,1.1.1 网络工程概念 网件工程（Network Engineering，NE）是从整体出发，合理规划、设
3、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，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,2019/6/26,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,2019/6/26,1.1.2系统集成的概念 系统（System）的意思是“体系，制度，体制，秩序
4、，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,2019/6/26,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
5、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升级到交换式100Mbps1000Mbps，甚至已达到10Gbps。,2019/6/26,1. 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、100
6、0Mbps以太网、10Gbps以太网，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,2019/6/26,网络协议,语法、语义和时序,体系结构,完成计算机间
7、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,2019/6/26,1.2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,2019/6/26,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（Protocol Data Unit，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）,201
8、9/6/26,数据多层封装与拆封,2019/6/26,1. TCP/IP协议 (1)协议集,1.2.3 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。,2019/6/26,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
9、概念层次： 应用层（application） 传输层（transport） 网际层（internet） 网络接口（network interface）,2019/6/26,TCP/IP体系结构及功能,2019/6/26,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。,2019/6/26,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
10、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。,2019/6/26,面向连接的 TCP 无连接的 UDP,传输层提供了两种传输协议,2019/6/26,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。,F T P,S M T P,T F T P,D N S,T e l n e t,S N M P,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,2019/6/26,TCP/IP网际层的四个主要协议,
11、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,2019/6/26,（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
12、议加入。,TCP/IP体系结构各层的功能,2019/6/26,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
13、reply）,2019/6/26,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,2019/6/26,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,2019/6/26,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
14、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 = 10.1.0.5 MAC = ?,我就是。 这是我的MAC地址,IP = 10.1.0.5 MAC = 0800.0020.2C0A,B,10.1.0.1,10.1.0.5,10.1.0.2,2019/6/26,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，RAR
15、P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: 0800.0020.2C0A IP = ?,我听到广播了。 这是你的IP地址,MAC = 0800.0020.2C0A IP = 10.1.0.5,B,RARP Server,2019/6/26,1.2.4 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,2019/6/26,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 IPv
16、4协议相关知识,2019/6/26,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,2019/6/26,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,2019/6/26,
