1、网络工程设计与系统集成,2012.10,Network Engineering Design and System Integration（2nd Edition）,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
2、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,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（Network Engineering，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
3、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,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
4、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,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（gr
5、id）”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。,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，Virtual Private Network），双址（源地址、目标地址）路由，双栈（IPv4、IPv6）路由
6、，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,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
7、定义 协议规格,1.2.2 OSI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（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）,数据多层封装与拆封,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； SNM
8、P - 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 interface）,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,
9、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。,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。,F T P,S M T P,T F T P,D N S,T e l n e t,S N M P,
10、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,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,（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
11、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（Informatio
12、n request） 信息应答（Information reply） 地址请求（Address request） 地址应答（Address reply）,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,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, 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AR
13、P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 = 10.1.0.5 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,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
14、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: 0800.0020.2C0A 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,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,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
15、,1.2.5 IPv4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,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,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,子网（Subnet）划分,因特网规模
16、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： 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
17、是划分出23-2=6个子网，子网地址分别为： 11000000 00001010 00000001 00100000 - 192.10.1.32 11000000 00001010 00000001 01000000 - 192.10.1.64 11000000 00001010 00000001 01100000 - 192.10.1.96 11000000 00001010 00000001 10000000 - 192.10.1.128 11000000 00001010 00000001 10100000 - 192.10.1.160 11000000 00001010 0000000
18、1 11000000 - 192.10.1.192,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,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：25
19、5.255.255.0,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202.117.1.207，子网掩码255.255.255.224 11001010 01110101 00000001 110 01111 11111111 11111111 11111111 111 00000 11001010 01110101 00000001 110 00000,子网地址为：202.117.1.192 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。,子网规划举例,网络分配了一个C类地址：201.222.5.0。假设需
20、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255.255.255.248。 （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。,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，
21、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（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,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：WWW.SXTU.EDU.CN,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
22、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Hosts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,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,智能DNS,普通的DNS服务器只负责为用户解析出
23、IP记录，而不去判断用户从哪里来，这样会造成所有用户都只能解析到固定的IP地址上。 面对一个域名对应多个IP地址的情况，需要构建智能域名解析系统（Intelligence DNS，IDNS） IDNS具有负载均衡，改善外网用户访问门户网站性能的作用,1.5 网络系统集成概述,网络系统集成体系框架,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,网络系统集成的内容,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
24、考方式的转变,1.3.2 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,问题时间,1.1 简述网络工程设计与系统集成的概念。 1.2 什么是网络协议，协议包括那些要素，举例说明协议工作原理。 1.3 什么是体系结构与OSI模型？举例说明数据多层封装与拆封过程。 1.4 画图表示TCP/IP体系结构 1.5 画图描述OSI与TCP/IP对比及数据封装过程。 1.6 简述IP地址、子网掩码和域名系统的作用。 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202.207.175.0划分子网，并确定子网掩码。 1.8 简述网络系统集成技术和系统集成实施步骤。,思考与练习,
