1、交换机/路由器的配置与管理 项目一：网络基础第1页，共50页。学习目标 熟悉OSI的七层模型结构，理解0SI参考模型的各层功能及其关系 掌握TCP/IP协议的分层结构和各层的功能 掌握IP地址及其分类，掌握子网划分 掌握局域网及广域网相关基础知识，熟悉层次化网络的组成及其规划第2页，共50页。项目分析 网络的建设和使用者，在建设之前，要对网络通信的基础、机制、规则和分类等有一个详细的了解，这样在进行项目建设和使用的时候才能更好地进行理解分析、建设和维护。本次项目通过了解网络协议的概念，熟悉OSI七层模型，掌握TCP/IP协议的分层结构及各层的功能，来建立网络架构的层次感和分析意识。同时掌握网络
2、设备的身份标识MAC地址以及IP地址，了解目前IP资源分配的现状。另外通过掌握对局域网及广域网相关基础知识，熟悉层次化网络的规划。第3页，共50页。任务一 网络参考模型 计算机网络的发展，使得计算机网络成为一个涉及计算机技术、通信技术等多个领域的复杂的系统。在网络中包含多种计算机系统以及不同的网络架构，它们的硬件和软件系统各异，很难进行相互通信。那么在进行网络建设时，需要各种软硬件系统遵守什么样的规则，才能实现不同网络间的信息交换和资源共享呢？第4页，共50页。（一）OSI参考模型的层次结构第5页，共50页。（二）OSI参考模型各层的作用1物理层（物理层（Physical Layer）物理层是
3、OSI模型的最底层，即第1层。物理层的数据单元是位（bit），其传输电气信号的载体称为位流或比特流。物理层的作用是进行比特流的传输。物理层具体定义如下特性：通信传输介质的机械特性（即接口所用的接线器的形状、尺寸、引线数目和线序）电气特性（即每根连线的电压、电流范围）功能特性（即不同的电压表示的意义）规程特性（即规定不同功能可能出现的不同顺序）物理层定义的典型规范有：RS-232、RS-449、V.35、RJ-45等。中继器和集线器是典型的物理层设备。第6页，共50页。（二）OSI参考模型各层的作用2数据链路层（数据链路层（Datalink Layer）数据链路层是OSI模型的第2层，它控制网络
4、层与物理层之间的通信。数据链路层的数据单元是帧（frame）。主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。数据链路层的作用包括：物理地址寻址 数据的成帧 流量控制 数据的检错 重发数据链路层的协议主要有：HDLC、PPP、X.25和帧中继等。网卡和网桥是典型的数据链路层设备，交换机也多为数据链路层设备。第7页，共50页。（二）OSI参考模型各层的作用3网络层（网络层（Network Layer）网络层位于OSI模型的第3层。网络层的数据单元是包(Packet)，包有两种，用户数据包和路由更新包。其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方传输到接收方。网络层的
5、作用如下所示。管理网络地址 路由选择 网络互联网络层的主要协议有：IP、IPX、RIP、OSPF、ARP、RARP、ICMP、IGMP等。路由器是典型的网络层设备。第8页，共50页。（二）OSI参考模型各层的作用4传输层（传输层（Transport Layer）传输层在7层的中间，是OSI模型中重要的一层。传输层负责将报文能准确、可靠、顺序地进行端到端的传输。传输层要确保整个报文原封不动地按序到达，监督从源端到目的端这一级的差错控制和流量控制。传输层的数据单元是数据段（Segment）。传输层主要功能：服务点编址 分段与重组 连接控制 流量控制 差错控制传输层的主要协议有：TCP、UDP、SP
6、X等。第9页，共50页。（二）OSI参考模型各层的作用5会话层（会话层（Session Layer）会话层位于表示层的下方，即OSI的第5层。会话层的作用是负责建立、维护、控制会话，区分不同的会话，以及提供单工(Simplex)、半双工(Half duplex)、全双工(Full duplex)三种通信模式的服务。会话层的主要功能：对话控制 同步第10页，共50页。（二）OSI参考模型各层的作用6表示层（表示层（Presentation Layer）表示层位于应用层的下方，即OSI的第6层。表示层负责数据的编码、转化，确保应用层的正常工作。表示层还进行数据的压缩、解压，加密、解密。同时根据不同
7、的应用目的将数据处理为不同的格式，表现出来就是我们看到的各种各样的文件扩展名。第11页，共50页。（二）OSI参考模型各层的作用7应用层（应用层（Application Layer）应用层位于OSI模型的最顶层，即第7层。应用层的功能与应用进程有关，主要负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。应用层主要协议有：FTP、Telnet、SMTP、HTTP、RIP、NFS、DNS。第12页，共50页。（三）各层间的联系 OSI的分层思想使整个网络的设计变成了对各层及层间接口的设计，因此易于设计和实现。各层功能明确并且相互独立，层间接口清
8、晰，下层为上层提供服务。第13页，共50页。（四）TCP/IP协议 TCP/IP是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，即传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，我们当前的网络建设都是以TCP/IP协议为基础进行建设的。第14页，共50页。1TCP/IP协议体系结构TCP/IP有两个主要协议：TCP协议和IP协议。TCP/IP定义了电子设备（比如计算机）如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准，是Internet上使用的一组完整的标准网络连
9、接协议。通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用，由多个独立定义的协议模块组合在一起，因此，更确切地说，应该称其为TCP/IP协议族。从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。第15页，共50页。TCP/IP结构与OSI结构对应关系 第16页，共50页。（1）网络接口层TCP/IP模型的最底层是网络接口层，也被称为主机-网络层，它包括了使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，且对应着OSI的物理层和数据链路层，相应的功能也是OSI物理层和数据链路层的功能。网络接口层对高层屏蔽了底层
10、物理网络的细节，是TCP/IP成为互联网协议的基础。常见的接口层协议有：Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame relay、HDLC、PPP ATM 等。第17页，共50页。（2）互联网络层lTCP/IP协议中的互联网络层对应OSI模型中的网络层。负责相邻计算机之间的通信。l其功能包括三方面：处理来自传输层的分组发送请求；处理输入数据报；处理路径、流控、拥塞等问题。l网络层的协议主要有：IP协议、ICMP控制报文协议、ARP(Address Resolution Protocol)地址转换协议、RARP(Reverse ARP)反向地址转换协议。第
11、18页，共50页。（3）传输层TCP/IP的传输层的功能与OSI的传输层类似，主要负责进程到进程之间的端对端通信。该层的协议主要有：TCP协议和UDP协议。其中TCP提供面向连接的可靠的数据传输服务，UDP提供面向非连接的不可靠的数据传输服务。第19页，共50页。（4）应用层在TCP/IP模型中，应用层是最高层，它对应着OSI模型中的高3层（应用层、表示层和会话层），用于为用户提供网络服务，比如文件传输、远程登录、域名服务和简单网络管理等。该层的协议主要有：HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP和POP3等。第20页，共50页。2IP协议 IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议
12、，在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP协议就可以与因特网互连互通。IP协议提供面向无连接的不可靠的数据报服务，即在对数据传输处理上，只提供尽力传送的机制，无论传输正确与否，都只将数据报尽量地传往目的地，既不做验证，也不发确认，也不保证数据报的正确顺序，依赖其他层的协议进行差错控制。第21页，共50页。2IP协议以太网帧第22页，共50页。2IP协议IP报头格式第23页，共50页。3TCP协议 TCP是一种可靠的面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接
13、。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个数据段进行确认，保证可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认，源主机将再次发送该数据段。第24页，共50页。3TCP协议TCP报文格式第25页，共50页。3TCP协议TCP建立连接过程的3次握手第26页，共50页。任务二 IP地址 在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，称之为主机。为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个网络地址来表明其身份，就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样，才不至于在传输资料时出现混乱。我们知道，计算机或者网络设备的MAC地址（即物理地址）是全球唯一
14、的，但是，由于购买设备的批次和厂商的差异，造成了我们使用的计算机或者网络设备的MAC地址毫无规律可言。当我们把整个Internet看成一个单一的、抽象的网络时，MAC地址虽然能作为唯一标识，但是无法进行统一分配、管理，这就需要我们采取另外一种地址方式来解决这个问题。第27页，共50页。（一）IP地址的表示方法 IP地址由网络号和主机号两部分组成，同一网络（即子网）内的所有主机使用相同的网络号，主机号是主机所在网络的唯一标识。第28页，共50页。（二）IP地址的分类 1A类地址：一个A类IP地址由1字节的网络地址和3个字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”，即第一段数字范围为1127。每
15、个A类地址理论上可连接16777214台主机，地址表示范围为：1.0.0.1126.255.255.254，共126个可用的A类地址。A类地址一般用于世界上少数的具有大量主机的网络。2B类地址：一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，即第一段数字范围为128191。每个B类地址可连接65534台主机，地址的表示范围为：128.0.0.1191.255.255.254，共有16383个B类地址；B类地址主要用于一些国际大公司和政府机构等中等规模的网络。第29页，共50页。（二）IP地址的分类3 C类地址：一个C类地址是由3个字节的网络地址和1
16、个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”，即第一段数字范围为192223。每个C类地址可连接254台主机，地址的表示范围为：192.0.0.1223.255.255.254，共有2097152个C类地址段；C类地址分配给一些小公司和普通的研究机构等小型网络。4D类地址：D类地址的前4位为1110，地址范围为224.0.0.1239.255.255.254。通常用于已知的多点传送或者组播的寻址，主要是留给Internet 体系结构委员会IAB使用。5E类地址：E类地址的前5位为11110，是一个实验性地址，保留给将来使用。第30页，共50页。（三）特殊的IP地址（1）网络号为127
17、的A类网络地址，即127.0.0.0到127.255.255.255，为本地环回（Loopback）测试地址。（2）私有IP地址，RFC保留了3块IP地址空间作为私有的内部使用的地址。1个A类地址段：10.0.0.010.255.255.255，16个B类地址段：172.16.0.0到172.31.255.255，256个C类地址段：192.168.0.0到192.168.255.255。（3）255.255.255.255，为限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内（同一广播域）的所有主机。这个地址不会被路由器转发。第31页，共50页。（三）特殊的IP地址（4）主机地址为全0，代表这个网
18、络。例如192.168.1.0这个IP地址代表这个C类网络段。（5）主机地址为全1，代表该网段的所有主机（即网段内广播）。如192.168.1.255代表192.168.1.0这个网络的所有主机。（6）0.0.0.0到0.255.255.255也是保留地址，用做表示所有的IP地址。（7）169.254.x.x，如果用户的主机使用了DHCP功能自动获得一个IP地址，那么当DHCP服务器发生故障，或响应时间太长而超出系统规定的时间时，Windows系统会为用户分配这样一个地址。第32页，共50页。任务三 子网划分 学校共有在校学生1万多人，现在要求所有学生均能使用计算机连入计算机，并在校园内具备唯
19、一的IP标识。由于是在学校内部进行分配，根据所学A类、B类、C类地址的容量得知，要满足条件，应该使用B类的私有IP进行分配。这里我们选择B类私有地址172.16.0.0，该类网络中最大主机数为（216-2）个，即65534个，既满足1万多人进行IP分配，还冗余5万多个IP地址。但是如果用以太网形式将这些主机连接在一起，就会产生大量广播信息，势必造成网络拥塞，使得网络性能降低，另外，由于容量的限制，使得只需要1万多个IP的网络也必须分配一个B类地址，从而造成5万多个地址的浪费。那么有没有方法既提高网络性能，还尽可能节约IP地址呢？第33页，共50页。（一）子网掩码l 子网掩码也是一个32位的2进
20、制数，其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位都置为0。l 将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。l 子网掩码常用点分十进制表示，我们还可以用网络前缀法表示子网掩码，即“/”。如138.96.0.0/16表示B类网络138.96.0.0的子网掩码为255.255.0.0。需要注意子网掩码必须是与IP地址一起出现，单独的子网掩码没有任何意义。l 通过子网掩码可以获知IP地址的哪一部分是网络地址，哪一部分是主机地址，使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。第34
21、页，共50页。（二）子网划分l子网划分是通过借用IP地址的若干位主机位来充当子网地址从而将原网络划分为若干子网而实现的。划分子网时，随着子网地址借用主机位数的增多，子网的数目随之增加，而每个子网中的可用主机数逐渐减少。l进行子网划分时，可以按照如下步骤进行：确定要划分的子网数目以及每个子网的主机数目 求出子网数目对应二进制数的位数N及主机数目对应二进制数的位数M。对该IP地址的原子网掩码，将其主机地址部分的前N位置取1或后M位置取0 即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。第35页，共50页。（三）可变长子网掩码在一个主网络中定义多个子网掩码的方式称为可变长子网掩码（Variable-Lengt
22、h Subnet Mask，VLSM）。VLSM使IP地址的使用更加有效，减少了子网中IP地址的浪费，并且VLSM允许对已经划分过子网的网络继续划分子网。VLSM提高了路由汇总的能力。第36页，共50页。任务四 局域网技术简介 了解局域网的体系结构，掌握以太网的传输方式和传输原理。第37页，共50页。（一）局域网体系结构 1局域网的层次结构 2IEEE 802标准系列第38页，共50页。（二）以太网 1共享式以太网 2以太网工作原理 3冲突域与广播域 4交换式以太网第39页，共50页。任务五 广域网技术简介 了解广域网的体系结构和连接方式，掌握广域网的协议分类和特点，熟悉广域网接口和线缆类型。
23、第40页，共50页。（一）广域网的概念 广域网（WAN，Wide Area Network）也称远程网，是一种跨地区的数据通讯网络，使用电信运营商提供的设备作为信息传输平台，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。第41页，共50页。（二）广域网体系结构 第42页，共50页。（三）广域网连接方式 1专线方式 2电路交换 3包交换 4虚拟电路 第43页，共50页。（四）广域网的链路层协议 1点到点协议（PPP）2高级数据链路控制（HDLC）协议 3帧中继第44页，共50页。任务六 层次化网络的设计 在
24、进行网络架构研究的时候，校园网通常作为一个典型的中小型网络的代表，但是对于校园网的设计，我们知道的很少，那么当前比较流行的校园网架构是什么样子的？其设计原则和步骤是什么？第45页，共50页。要设计一个网络，一般需要进行以下的步骤：需求分析。主要进行业务需求分析、用户需求分析、应用需求分析、计算机平台需求分析、网络需求分析以及管理需求分析。逻辑网络设计。主要进行IP地址分配、子网划分、网络地址转换、备份及冗余；物理网络设计。主要进行传输介质选择、网络拓扑选择及主干网选型；设备选型与管理。主要进行网络设备选择、服务器系统选择、交换机配置和路由器配置；灾难防范及恢复。主要有备份系统、电源保护系统、网
25、络容错系统、防病毒系统和网络安全系统。第46页，共50页。（一）网络拓扑层次化结构设计 三层结构模型第47页，共50页。1层次化模型的好处 节省成本。易于理解。易于扩展。易于排错。第48页，共50页。2层次化结构设计中各层的特点（1）核心层 核心层是网络的高速交换主干，对整个网络的连通起到至关重要的作用。在核心层中，应该采用高带宽的千兆级交换机充当核心层设备。因为核心层是网络的枢纽部分，网络流量最大，因此需要提供高带宽。（2）汇聚层 汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”。汇聚层用于把大量接入层的路径进行汇聚和集中，并连接至核心层，同时在接入层和核心层之间提供协议转换和带宽管理。（3）接入层 接入层向本地网段提供用户接入，为用户提供对网络的访问接口，是整个网络的可见部分，也是用户与该网的连接场所。在接入层中，减少同一以太网段上的用户计算机的数量能够向工作组提供高速带宽。接入层可以选择不支持VLAN和三层交换的工作组级交换机。第49页，共50页。（二）层次化网络应用示例 第50页，共50页。
