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,计算机网络技术,Computer network technology,全书共分8章，详细介绍了计算机网络技术的基本概念、计算机网络体系结构、网络协议、参考模型、IP地址规划、无线网络、网络规划与设计、常用网络服务与应用、网络空间安全技术和网络管理技术，并且介绍了IPv6地址、移动互联网、智能网络设备、工业网络应用、物联网、云计算、云机器人等一些网络前沿技术和应用。,计算机网络技术,第 5 章网络规划与设计,第 6 章计算机网络服务与应用,第 7 章网络空间安全,第 8 章网络管理技术,第 1 章计算机网络概述,第 2 章网络体系结构与网络协议,第 3 章IP 地址规划技术,第 4 章无线网络和移动网络,第 1 章计算机网络概述,1.1 计算机网络的形成与发展,1.2 计算机网络的定义与功能,1.3 计算机网络的组成与分类,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.6 实训,第 1 章计算机网络概述,1.1 计算机网络的形成与发展,1计算机网络的形成与发展计算机网络是计算机技术与通信技术发展和融合的产物。1967 年，美国国防部高级研究计划署提出了 ARPANET 的研究任务。ARPANET 在方案中采取分组交换的思想。ARPANET 分为两部分：通信子网和资源子网。,1.1 计算机网络的形成与发展,3移动互联网的形成与发展移动互联网是移动通信技术和互联网技术相融合的产物，无须连接各终端、节点的网线。移动互联网继承了移动随时、随地、随身和互联网开放、分享、互动的优势，是一个全国性的、以宽带 IP 为技术核心的，可同时提供语音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放的电信基础网络，由运营商提供无线接入，互联网企业提供各种成熟的应用。 2009 年国家开始大规模部署 3G 移动通信网络。2014 年又开始大规模部署 4G 移动通信网络。2019 年 6 月 6 日，工业和信息化部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放 5G 商用牌照，中国正式进入 5G 商用元年。,1.1 计算机网络的形成与发展,4物联网的形成与发展物联网是在 Internet 技术的基础上，利用传感器、无线传感器网络、射频标签等感知技术自动获取物理世界的各种信息，构建人与人、人与物、物与物的智能网络信息系统。2005 年 11 月 17 日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU 互联网报告 2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。物联网的应用领域涉及方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等方方面面。Internet 实现了人与人的信息共享，物联网进一步实现了人与物、物与物的融合。,1.1 计算机网络的形成与发展,5计算机网络的标准化工作及相关组织计算机网络的发展和推广离不开计算机网络的标准化工作。没有统一的标准，众多厂商的硬件和软件间的相互兼容、连通、互操作都会遇到麻烦。与网络标准制定相关的组织有：国际标准化组织（ISO）国际电信联盟（ITU）电气与电子工程师协会（IEEE）电子工业联合会和通信工业联合会（EIA&TIA）因特网工程任务组（IETF）,1.1 计算机网络的形成与发展,5计算机网络的标准化工作及相关组织因特网的所有标准都以 RFC（Request For Comments）的形式在因特网上发布，但并非每个RFC 都是因特网标准。RFC 要上升为因特网正式标准需经过以下 4 个阶段： 因特网草案（Internet Draft）：这个阶段还不是 RFC 文档。 建议标准（Proposed Standard）：这个阶段开始就称为 RFC 文档。 草案标准（Draft Standard）：将建议文档放在网上供建议修改，从而形成草案标准。 因特网标准（Internet Standard）：草案标准经 IETF 等机构审核通过后，成为正式的因特网标准。,1.2 计算机网络的定义及功能,1.2.1 计算机网络的定义从整体上来说，计算机网络是把分布在不同地理区域的自主计算机或者其他可编程的硬件与专门的外部连接设备用通信线路连接起来，形成一个规模大、功能强的系统，用来实现资源共享、数据通信等特定的目的。计算机网络所连接的硬件，不限于一般的计算机，还包括智能手机、打印机、家用电器等。计算机网络能够支持很多种应用，如办公自动化、电子商务、分布式信息处理、远程教育与 E-learning、远程音频和视频应用等。,1.2 计算机网络的定义及功能,1.2.2 计算机网络的功能资源共享分布式处理信息交换提高可靠性,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.1 计算机网络的组成最早出现的计算机网络是广域网。广域网的设计目标是将分布在世界各地的计算机互联起来。从逻辑功能上来看，广域网由通信子网与资源子网两部分组成。现在的 Internet 是由分布在世界各地的广域网、城域网、局域网通过路由器互联而成的。Internet 可以分为三层结构：第一层也是网络结构的最低层，大量的用户计算机与移动终端设备通过 802.3 标准的局域网、802.11 标准的无线局域网、802.16 标准的无线城域网、无线自组网（Ad hoc）、无线传感器网络（WSN）、有线电话交换网络（PSTN）、无线（4G/5G）移动通信网以及有线电视网（CATV）接入本地的 ISP、企业网或校园网；第二层，ISP、企业网或校园网汇聚到作为地区主干网的宽带城域网中，宽带城域网通过城市宽带出口连接到国家或国际级主干网；最高层是大型主干网，由大量分布在不同地理位置、通过光纤连接的高端路由器构成，提供高带宽的传输服务。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类1按传输介质分类传输介质又称通信介质或载体，它是计算机网络数据传输的通道。不同的传输介质，其特性也各不相同，它们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响。计算机网络根据网络的传输介质可以分为有线网和无线网两种。有线网是采用同轴电缆、双绞线、光纤等有线介质连接的计算机网络。无线网是指无须布线就能实现各种通信设备互联的网络。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。（1）电路交换网在数据交换之前，首先在通信子网中建立实际的物理线路连接。通信过程分为 3 个阶段：线路建立阶段、数据传输阶段和线路释放阶段。在这种工作模式下，双方在通信过程中始终占有整个端到端的线路。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。（2）报文交换网报文交换是以报文为数据交换的单位。报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换节点采用存储转发的传输方式。报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间逐段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。（1）电路交换网（2）报文交换网（3）分组交换网分组交换仍采用存储转发传输方式，但是将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去。这样不仅加速了数据在网络中的传输速度，也简化了存储管理。无论是报文交换还是分组交换，在传输过程中，采用数据报服务时，都有可能出现失序、丢失或重复情况，分组到达目的节点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了一定的麻烦。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类2按网络信息交换方法分类可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。若要传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适；当端到端的通路由很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分类按计算机网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。（1）广域网广域网（Wide Area Network，WAN）又称远程网，可覆盖一个国家、地区，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程计算机网络。广域网将分布在不同地区的计算机系统、城域网、局域网互联起来，实现资源共享与信息交互。因特网就是一个最典型的广域网。早期的广城网主要用于大型计算机系统与中小型计算机系统的互联。随着互联网应用的发展，广域网更多的是作为覆盖地区、国家、洲际地理区域的核心交换网络平台。目前，广域网覆盖面广、应用环境复杂、网络传输介质多样化、接入技术多样化，大量的用户计算机通过局域网或其他接入技术接入到城域网 , 城域网接入到连接不同城市的广域网，大量的广域网互联形成了 Internet 的宽带核心交换平台，从而构成了具有层次结构的大型互联网络。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分类按计算机网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。（2）城域网城域网（Metropolitan Area Network，MAN）位于骨干网与接入网的交汇处，各种业务和各种协议在城域网汇聚、分流和进出骨干网。宽带城域网是城域网的典型应用，新一代的宽带城域网以多业务的光传送网为开放的基础平台，通过各种网关、接入设备实现各种业务接入，并与各运营商的长途骨干网相连，形成本地市综合业务网络。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分类按计算机网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。（3）局域网局域网（Local Area Network，LAN）的覆盖范围一般是方圆几千米之内，其具备的安装便捷、成本节约、扩展方便等特点使其运用广泛。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享等功能。局域网是一种私有网络，覆盖范围有限，一般在一座建筑物内或建筑物附近，如家庭、办公室或工厂等。局域网的发展始于 20 世纪 70 年代，至今仍是网络发展中的一个活跃领域。LAN 更是在速度、带宽等指标方面有了更大进展，并且在 LAN 的访问、服务、管理、安全和保密等方面部有了进一步的改善。,1.3 计算机网络的组成与分类,1.3.2 计算机网络的分类3按网络连接距离和范围分类按计算机网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个人局域网。（4）个人局域网个人局域网（Personal Area Network，PAN）又称个域网，是近几年在短距离（家庭与小型办公室）无线通信技术领域提出来的新概念。PAN 的核心思想是用新的无线传输技术代替传统的有线传输技术，实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化的办公或者家用信息网络。目前个域网采用的技术主要有：超宽带（Ultra - Wideband，UWB）、蓝牙（Bluetooth）、802.11、IrDA（InfraredData Association）以及 Home RF 等。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.1 计算机网络拓扑的定义拓扑是从图论演变而来的，是一种研究与大小和形状无关的点、线、面特点的方法。网络拓扑是抛开网络中的具体设备 , 把网络中的计算机、各种通信设备抽象为“点”，把网络中的通信介质抽象为“线”，从拓扑学的观点去看计算机网络，就形成了由“点”和“线”组成的几何图形，从而抽象出网络系统的具体结构。这种采用拓扑学方法描述各个节点之间的连接方式的图形称为网络的拓扑结构图。网络拓扑结构是通过网上的通信线路及网络设备之间的互相连接的几何关系来表示网络结构，反映网络中各实体之间的结构关系。网络的基本拓扑结构有星型结构、环状结构、总线型结构、树状结构、网状结构等。网络拓扑结构不同，网络的工作原理就不同，网络性能也不一样。网络拓扑设计是计算机网络设计的第一步，也是实现各种网络协议的基础，对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点1总线型拓扑结构总线型拓扑采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或总线上 。,总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；易于安装和维护；价格低廉，用户站点入网灵活。总线型拓扑结构的缺点：传输介质故障难以排除，并且由于所有节点都直接连接在总线上，因此任何一处故障都会导致整个网络瘫痪。对于站点不多（10 个站点以下）的网络或各个站点相距不是很远的网络，采用总线拓扑还是比较适合的，但随着在局域网上传输多媒体信息的增多，目前这种网络拓扑结构除了在工业网络等特殊应用场合以外正在被淘汰。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点2星型拓扑结构星型拓扑是由中央节点和通过点对点链路接到中央节点的各站点（网络工作站等）组成。,星型拓扑的优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。利用中央节点可方便地提供网络连接和重新配置；且单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障，便于维护。星型拓扑的缺点：每个站点直接与中央节点相连，需要大量电缆，因此费用较高；如果中央节点产生故障，则全网不能工作，所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高。星型拓扑被广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。目前在传统的数据通信中，这种拓扑还占有支配地位。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点3环状拓扑结构环状拓扑由一些中继器和连接中继器的点到点链路首尾相连形成一个闭合的环。,环状拓扑结构的优点是能够较有效地避免冲突。环状拓扑结构的缺点是环状结构中的网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂得多。在实际的应用中，多采用环状拓扑作为宽带高速网络的结构。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点4树状拓扑结构树状拓扑是从星型拓扑演变而来的，它把星型拓扑和总线型拓扑结合起来，形状像一棵倒置的树。,树状拓扑结构和一个段的总线型拓扑的主要区别在于根的存在。当节点发送信号时，根接收该信号，然后再重新广播发送到全网。树状拓扑的优点是易于扩展和故障隔离；树状拓扑的缺点是对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作，对根的可靠性要求很高。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.2 计算机网络拓扑的分类与特点5网状拓扑结构网状结构是一种不规则的连接，通常一个节点与其他节点之间有两条以上的通路。,网状拓扑结构的优点是容错能力强，可靠性高，一条线路发生故障 , 可以经其他线路连接目的节点。网状拓扑结构缺点是费用高、布线困难。网状拓扑结构一般用于广域网或大型局域网的主干网。,1.4 计算机网络的拓扑结构,1.4.3 拓扑的选择拓扑的选择往往和传输介质的选择以及介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑时，应该考虑的主要因素有以下几点：经济性：网络拓扑的选择直接决定了网络安装和维护的费用。灵活性：灵活性和可扩充性也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。可靠性：网络的可靠性是任何一个网络的生命。网络拓扑决定了网络故障检测和故障隔离的方便性。,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.5.1 计算机网络的性能指标1.速率网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率或比特率。速率的单位是 bit/s, 即每秒传送多少位。当速率较高时，可以使用 kbit/s、Mbit/s、Gbit/s 等加上倍数的单位。在日常描述中，常会使用百兆网、千兆网等描述该网络的速率。2. 带宽计算机网络中，带宽表示单位时间内网络通信中某信道所能通过的“最高数据率”，带宽的单位和速率的单位相同，也是 bit/s。在其他场合指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.5.1 计算机网络的性能指标3. 吞吐量吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。吞吐量受限于带宽或网络速率。4. 时延时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延5时延带宽积表示在特定时间该网络上的最大数据量。时延带宽积 = 传播时延 带宽,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.5.1 计算机网络的性能指标6往返时间（RTT）在计算机网络中，往返时间也是一个重要的性能指标，往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方收到数据后便立即发送确认）总共经历的时间。7利用率利用率可分为信道利用率和网络利用率两种。 信道利用率：信道被有效利用（有数据通过）的百分比，完全空闲的信道的利用率是零。 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。,1.5 计算机网络的性能指标和非性能特征,1.5.2 计算机网络的非性能特征计算机网络还有一些非性能特征也很重要，也是网络选择时的参考因素，常用的如下：费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护,1.6 实训,1.6.1 VMwareWorkstation 的安装与使用1.6.2 CiscoPacketTracer 的安装与使用,1实训目的,2实训条件,3实训内容,4实训过程,第1章 总结,2021,谢 谢,计算机网络技术,制作时间：2021年2月,Computer network technology,王凯章惠 主编王振杰周萍孙敏周东仿陈昱 副主编,全书共分8章，详细介绍了计算机网络技术的基本概念、计算机网络体系结构、网络协议、参考模型、IP地址规划、无线网络、网络规划与设计、常用网络服务与应用、网络空间安全技术和网络管理技术，并且介绍了IPv6地址、移动互联网、智能网络设备、工业网络应用、物联网、云计算、云机器人等一些网络前沿技术和应用。,计算机网络技术,第 5 章网络规划与设计,第 6 章计算机网络服务与应用,第 7 章网络空间安全,第 8 章网络管理技术,第 1 章计算机网络概述,第 2 章网络体系结构与网络协议,第 3 章IP 地址规划技术,第 4 章无线网络和移动网络,第 2 章网络体系结构与网络协议,2.1 网络协议,2.2 计算机网络体系结构,2.3 OSI参考模型,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.5 实训,第 2 章网络体系结构与网络协议,2.1 网络协议,2.2 计算机网络体系结构,2.3 OSI参考模型,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.5 实训,2.1 网络协议,2.1.1网络协议的基本概念计算机网络由多个网络节点组成，节点之间需要交换数据与控制信息。为了使得节点间能正确地交换数据和理解彼此所发的数据和信息，则参与交换的节点必须遵守事先约定的规则，这些规则明确规定了交换数据的格式和时序。就如人和人之间交流需要使用同一种语言一样，协议就是计算机网络节点间交流的语言。为了网络数据交换而制定的规则、约定与标准称为网络协议。网络协议主要由3个要素组成：语义、语法、时序。,2.1 网络协议,2.1.2层次与接口对于计算机网络这个庞大、复杂的问题，这个方法同样适用，通过对计算机网络的分层解决这个大问题。网络分层后将复杂的网络任务分解为多个可处理的部分，使问题简单化。计算机网络采用层次结构后，具有以下优点：各层之间相互独立，高层不需要知道低层如何实现，只需要知道该层接口提供的服务。当任何一层发生变化时，只要接口保持不变，其他各层均不受影响。各层均可以采用合适的技术，各层实现技术的改变不影响其他层。整个系统分解为多个易于处理的部分，使系统的实现和维护变得容易。每层的功能与提供的服务已有精确说明，有利于促进标准化过程。,2.2 计算机网络体系结构,2.2.1网络体系结构的基本概念对于结构复杂的网络协议，最好的组织方式是层次结构模型。网络协议是按照层次结构模型来组织的。层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构。2.2.2网络体系结构的研究方法目前对于网络体系结构采用分层的方法研究与实现。分层网络体系结构的基本思想是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的服务，且通过服务访问点（SAP）来向其上一层提供服务。在分层结构中，其目标是保持层次之间的独立性，也就是第（N）层实体只能够使用（N-1）层实体通过 SAP 提供的服务；也只能够向（N+1）层提供服务；实体间不能够跨层使用，也不能够同层调用。,2.3 OSI 参考模型,2.3.1OSI 参考模型概述为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织（ISO）于 1977 年成立专门机构研究这个问题。1978 年，ISO 提出了“异种机联网标准”的框架结构，这就是著名的开放系统互连基本参考模型（Open Systems Interconnection Reference Modle，OSI/RM），简称 OSI参考模型。OSI 参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系，以及各层包括的可能的服务。OSI 参考模型中包括不同层次的不同协议，每种协议明确定义了应该发送什么样的控制信息和如何解释这个控制信息。每种协议的规程说明具有最严格的约束。但 OSI 参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定。,2.3 OSI 参考模型,2.3.2OSI 参考模型的结构OSI 参考模型描述了信息或数据如何从一台主机的一个应用程序进程到达网络中另外一台主机的另一个应用进程中。根据分而治之的思路，OSI 参考模型将整个通信功能分为 7 个层次。分层的基本原则如下： 网中各节点都具有相同的层次。 不同节点的同等层具有相同的功能。 同一节点内相邻层之间通过接口通信。 每一层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务。 不同节点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。,2.3 OSI 参考模型,2.3.2OSI 参考模型的结构OSI 参考模型从低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，其结构图如图 2-1 所示。,2.3 OSI 参考模型,图 2-2 所示为 OSI 参考模型,2.3 OSI 参考模型,2.3.3数据的封装与传递在 OSI 参考模型中，主机或通信节点内部的相邻层之间通过接口进行通信，上层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务。对等层之间需要交换信息，由于传输的限制，信息会被拆分为信息单元形式进行传输，对等层协议之间需要交换的这些信息单元统称为协议数据单元（Protocol Data Unit, PDU）。节点的对等层之间的通信不是直接通信，需要借助下层提供的服务完成，因此，对等层之间的通信称为虚通信。OSI 参考模型中节点数据流动如图 2-3 所示。,2.3 OSI 参考模型,2.3.3数据的封装与传递在网络中，为了实现对等层通信，该层使用下层服务传送自己的协议数据单元（PDU）时，其当前层的下一层总是将上一层的 PDU 作为自己 PDU 的一部分，并在上层 PDU 的头部（和尾部）加入特定的协议头（和协议尾），然后利用更下一层提供的服务将数据传送出去。这种增加数据头部（和尾部）的过程称为数据封装或数据打包。在数据到达接收节点对等层后，接收方将识别、提取和处理发送方对等层增加的数据头部（和尾部）。接收方这种将增加的数据头部（和尾部）去除的过程称为数据解封或数据拆包。图 2-4 所示为 OSI 参考模型中节点间数据传递的封装与解封过程。,2.3 OSI 参考模型,2.3.3数据的封装与传递,2.3 OSI 参考模型,2.3.3数据的封装与传递图 2-4 给出了一个较完整的 OSI 数据传递与流动过程，从该图可以看出在OSI环境中的数据流动过程如下： 当主机 A 的发送进程需要发送数据（DATA）至网络中另一个节点主机B的接收进程时，应用层为数据加上了应用层控制报头AH，然后传递给表示层。 表示层收到这个数据单元后，加上本层的控制报头PH，然后传送给会话层。 会话层收到表示层传来的数据单元后，加上会话层的控制报头SH，然后送至传输层。 传输层接收到这个数据单元后，加上本层的控制报头TH，形成传输层的协议数据单元，然后传送给网络层。 由于网络层数据单元长度的限制，从传输层接收到的长报文可能被分为多个较短的数据字段，每个较短的数据字段加上网络层的控制报头NH 后，形成网络层的数据单元，该数据单元称为数据包。这些数据包需要利用数据链路层提供的服务发往其他接收节点的对等层。 分组被送到数据链路层后，加上数据链路层的报头 DH 和报尾 DT，构成数据链路层的数据单元，该数据单元被称为帧（Frame），帧将被送往物理层。 物理层收到帧后，将以比特流的方式通过传输介质将数据传输出去。 当比特流到达目的节点后，从物理层依次上传。每层对其相应层的控制报头（和报尾）进行识别和处理，然后将去掉该层报头（和报尾）的数据提交给上层处理。最终发送进的数据传送到网络中另一个节点的接收进程。,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.1TCP/IP 协议TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议 / 网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议族。TCP/IP 协议不仅仅指的是 TCP 和 IP 两个协议，而是指一个由 FTP、SMTP、TCP、UDP、IP 等协议构成的协议族，只是因为在 TCP/IP 协议中 TCP 协议和 IP 协议最具代表性，所以称为 TCP/IP 协议。TCP/IP 协议是 Internet 中重要的通信规则，它规定了计算机通信中所使用的协议数据单元、格式、报头与相应的动作，是公认的 Internet 工业标准与事实上的 Internet 协议标准。协议共有 6个版本，目前普遍使用的是版本 4，即 IPv4。互联网工程任务组（IETF）提出了 TCP/IP 的版本 6，即 IPv6。IPv6 已经广泛部署和使用，并且使用率不断稳步增长。,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.2TCP/IP 参考模型TCP/IP 参考模型可以分为 4 个层次：1网络接口层（Network interface layer） 网络接口层是 TCP/IP 参考模型的最低层，它负责发送和接收 IP 分组。TCP/IP 协议对网络接口层并没有规定具体的协议，它采取开放的策略，允许使用广域网、局域网与城域网的各种协议。任何一种流行的低层传输协议都可以与 TCP/IP 网际层接口，这正体现了 TCP/IP 体系的开放性、兼容性的特点，也是 TCP/IP 成功应用的基础。2网际层 TCP/IP 参考模型网际层使用的是 IP 协议。IP是一种不可靠、无连接的数据报传输服务协议。 网际层的主要功能包括： 处理来自传输层的分组发送请求。在接收到分组发送请求之后，将传输层报文封装成 IP分组，启动路由选择算法，选择发送路径，将分组转发到相应的网络。 处理接收到的数据报。在接收到其他主机发送的数据报之后，检查目的IP地址，若需要转发，则选择发送路径，转发出去；如果目的地址为本节点 IP 地址，则除去报头，将分组交送到传输层处理。 进行流量控制与拥塞控制。,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.2TCP/IP 参考模型TCP/IP 参考模型可以分为 4 个层次：3传输层 传输层用于负责在会话进程之间建立和维护端 - 端连接，实现网络环境中分布式进程通信。传输层包括两种不同的协议：传输控制协议（Transport Control Protocol，TCP）与用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。（1）TCP 协议 TCP 是一种可靠的、面向连接的传输层协议，允许从源发出的字节流无差错地在网络上传输。在发送端，把应用层的字节流分成多个报文段并传给网际层。在接收端，把收到的报文段再封装成字节流，送往应用层。同时还要处理流量控制，以避免高速发送方向低速接收方发送的报文过多而造成接收方无法处理的情况。,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.2TCP/IP 参考模型TCP/IP 参考模型可以分为 4 个层次：3传输层（1）TCP 协议报文中共有 6 个控制字段： URG（紧急位） ACK（确认位） PSH（推送位） RST（复位位） SYN（同步位） FIN（终止位）,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.2TCP/IP 参考模型TCP/IP 参考模型可以分为 4 个层次：3传输层（1）TCP 协议（2）UDP 协议 用户数据报协议是一个不可靠的、无连接的协议。UDP 主要用于不需要数据分组顺序到达的传输环境中，同时也被广泛应用于只有一次的、客户 / 服务器（Client/Server，C/S）模式的请求应答查询，以及快速传送比准确传送更重要的应用程序（如传输语音或影像）中。,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.2TCP/IP 参考模型TCP/IP 参考模型可以分为4个层次：4应用层 应用层是 TCP/IP 参考模型的最高层，负责向用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件、远程登录、文件传输等，并且总是不断有新的协议加入。应用层主要的协议有： Telnet：远程登录协议。 FTP（Flie Transfer Protocol）：文件传输协议。 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：简单邮件传输协议。 HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）：超文本传送协议。 DNS（Domain Name System）：域名系统。 SNMP（Simple Network Management Protocol）：简单网络管理协议。 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：动态主机配置协议。,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.2TCP/IP 参考模型TCP/IP 参考模型可以分为 4 个层次：1网络接口层（Network interface layer）2网际层3传输层4应用层,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.3OSI 与 TCP/IP 参考模型的比较, 两个模型分层不同。OSI 是七层体系结构；TCP/IP 结构比较简单，只有四层体系结构。两种模型层次之间存在一定的对应关系。 OSI 模型有 3 个主要明确概念：服务、接口、协议。而 TCP/IP 参考模型在三者的区别上不是很清楚。 TCP/IP 模型对异构网络互联的处理比 OSI 模型更加合理。 TCP/IP 模型比 OSI 参考模型更注重面向无连接的服务。在传输层 OSI 模型仅有面向有连接的通信，而TCP/IP 模型支持两种通信方式；在网络层 OSI 模型支持无连接和面向连接的方式，而TCP/IP 模型只支持无连接通信模式。,2.4 TCP/IP 协议与参考模型,2.4.4简化的参考模型OSI 与 TCP/IP 体系都有成功与不足之处。OSI 的七层协议体系结构概念清晰、体系完整，但相对复杂，不够实用。TCP/IP 协议应用性强，得到了广泛的使用，但它的参考模型的研究却比较薄弱。因此，在学习计算机网络时往往采用 Andrew S.Tanenbaum 建议的一种混合的参考模型。这是一种折中的方案，采用五层协议的体系结构，吸收了OSI 和TCP/IP 的优点，如图 2-6 所示。,2.5 实训,2.5.1Wireshark 的安装与使用2.5.2Sniffer 的安装和使用,1实训目的,2实训条件,3实训内容,4实训过程,第2章 总结,2021,谢 谢,计算机网络技术,制作时间：2021年2月,Computer Network Technology,王凯章惠 主编王振杰周萍孙敏周东仿陈昱 副主编,全书共分8章，详细介绍了计算机网络技术的基本概念、计算机网络体系结构、网络协议、参考模型、IP地址规划、无线网络、网络规划与设计、常用网络服务与应用、网络空间安全技术和网络管理技术，并且介绍了IPv6地址、移动互联网、智能网络设备、工业网络应用、物联网、云计算、云机器人等一些网络前沿技术和应用。,计算机网络技术,第 5 章网络规划与设计,第 6 章计算机网络服务与应用,第 7 章网络空间安全,第 8 章网络管理技术,第 1 章计算机网络概述,第 2 章网络体系结构与网络协议,第 3 章IP 地址规划技术,第 4 章无线网络和移动网络,第 3 章IP地址规划技术,3.1 IP地址,3.2 IP子网划分,3.3 IP地址的规划方法,3.4 无类别域间路由,3.5 IPv6 地址,3.6 实训,第 3 章IP地址规划技术,3.1 IP地址,3.1.1IP地址的作用中外名字都是基于一定的规则而建立，否则就无法正确地标识出需要沟通信息的对象，也就是说无法在人和人之间建立有效的通信。类似地，互联网世界中的设备间要进行有效的通信，这些设备就需要以一定的规则来建立名称标识。,3.1 IP地址,3.1.2IP地址的定义和表示IP地址定义：Internet上每个主机分配的一个机器可识别的、数字型标识的、长度是32 位（或者4个字节）的二进制数地址，称为IPv4（Internet Protocol Version 4）地址，即版本4的IP地址。IP地址版本：一个是IPv4地址，另一个是IPv4的升级版，即版本6地址，简称为IPv6（Internet Protocol Version 6）地址。IPv6作为下一代的IP 地址，是为支持互联网上更大规模数量的网络节点而提出的。实际中，IPv4 地址不会特定指出所用版本，所以一般所说的IP 地址就是指IPv4 地址。,3.1 IP地址,3.1.2IP地址的定义和表示IP地址有两种表示法。第一种，二进制表示法。这种表示方式是为便于互联网设备间通信时使用，例如32位的二进制IP地址10101100101010000000000101100100。这么多1和0，机器处理起来很方便，但人们记忆和识别非常困难。第二种，点分十进制表示法。这种方式是为便于人们使用，用英文句号“.”分开不同字节，每个字节用十进制数来表示，例如IP 地址的4 个字节分别是十进制数172、168、1、100，可表示为172.168.1.100。,3.1 IP地址,3.1.3IP地址的组成和分类IP地址的组成。IP地址由网络号（网络地址）和主机号（主机地址）两部分组成。IP地址这样设计的一个主要目的是出于Internet上的快速寻址考虑，路由IP数据包寻找路由时，先按照IP地址中的网络号找到对应的网络，再按主机号找到对应的主机。网络号和主机号的作用：网络号：用于区分不同的网络子网。不同子网间的计算机或通信设备不能直接通信，需通过路由器或网关，根据网络地址进行路由表查找和信息包转发。主机号：用于区分特定网络子网中的计算机或通信设备，同一子网中的主机号必须唯一。网络号相同的主机属于同一个子网，设备间不仅可以实现广播包收发，而且可以实现相互间信息的直接发送。,3.1 IP地址,3.1.3IP地址的组成和分类IP地址的分类。IP地址空间划分的标准分类，Internet 管理者划分了A、B、C、D、E 五类地址。每一类的网络号和主机号所占位数各不相同，网络号的位数决定了可以分配的网络数量，而主机号的位数决定了网络中可以分配的最大主机数量，从而可以匹配现实世界中对主机容量需求不同的用户网络，以充分利用有限的IP 地址资源。,3.1 IP地址,3.1.4特殊用途的IP地址IP 地址分类除了D 类、E 类及A类网络地址的网络号127留作他用外，A、B、C类的主机数量又为什么减2呢？