网络工程实训.

网络工程实训计算机网络工程课件一、网络的基本概念通常认为计算机网络是把分布在不同地理位置、且各自独立的计算机与其它专门外部设备，通过通信电缆和通信设备连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享的系统。组建计算机网络的目的就是资源共享，因此计算机网络也可以简单的定义为相互连接的、目的在于实现资源共享的独立自主的计算机集合。由此计算机网络的定义可以得知，计算机网络是由三个关键的要素组成的：1）计算机设备2）通信线路和通信设备3）网络软件计算机网络工程课件计算机网络的分类网络分类按覆盖的范围大小来分有3种：1.局域网（LocalAreaNetwork，LAN）局域网是指覆盖的地理区域在几公里范围内的计算机网络。例如：一栋办公楼、一间公司、一所企业、一个学校、一个办公室、一间宿舍的计算机网络。特点：传输距离短、传输延迟小、数据传输速率高、传输可靠。2.城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）城域网是指覆盖的地理区域在几十公里范围内的计算机网络。基本上是一个大型的局域网，通常使用于LAN相似的技术。它可以覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市。主要是用于大量用户、多种信息（数据、语音、图形与图像）传输的综合信息网络。计算机网络工程课件3.广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网是指覆盖的地理区域在几十公里至几千公里范围内的计算机网络。它覆盖了一个地区、一个国家或横跨几个州的远程网络。如：国家教育科研网（CERNET）CHINANET等。二、计算机网络拓扑结构计算机网络的设计关键在于选择合理的网络设计结构，从而使得计算机网络的运行性能最佳，成本最低。我们通常在设计网络拓扑时将网络设备简化成一个节点，用线条代表连接的介质，使得复杂的网络结构变得简单易懂。网络拓扑结构分为总线结构、环形结构、星型结构、树形结构、网状结构。计算机网络工程课件1.总线结构总线结构是指所有节点（计算机）都连在一条网络传输媒介上。特点是布线简单、安装成本低，缺点是连接可靠性差，网络中只要有一点出现断开，则整个网络就会瘫痪。如图：图1总线型网络拓扑计算机网络工程课件2.环形结构在网络中通过一条首尾闭合的网络传输介质将所有的节点连接起来。此结构比较适合光纤连接，初始安装容易，故障诊断比较准确的特点，但由于所有节点连接在同一条传输介质上，因此可靠性较差，扩展性和灵活性也比较差。图2环型网络拓扑计算机网络工程课件3.星型结构在网络中从中心节点通过传输介质分别所有节点，所有的数据必须通过中心节点转发。由于在此结构中每个节点与中心节点均有一条专线连接，所以数据传输的速率较高，故障隔离和检测容易，适用于结构化布线系统，但也存在对中心节点过分依赖的缺点。图3星型网络拓扑计算机网络工程课件4.树形结构在树形拓扑结构中，从根节点连接到分支节点，再从分支节点继续连接下级分支节点。从而构成一根倒挂的树形结构。在此结构中，各节点分层连接，信息交换主要是在上下节点之间进行，较好的解决了星形结构过分依赖中心节点的缺点，同时扩展容易、故障隔离和检测容易的优点。图4树型网络拓扑计算机网络工程课件5.网状结构在网状结构中，所有的节点之间的连接是任意的，一般两个节点之间可以有多条传输介质相连。网状结构的网络传输线路有较好的冗余，因此网络可靠性较高，但结构复杂。图5网状网络拓扑计算机网络工程课件以上几种网络拓扑结构，总线型多用于办公室，但现在很少用了；星型和树型多用于局域网和城域网；环型多用于局域网和城域网的骨干网；网状结构多用于远程计算机网络。在以太网中常用总线型、环型和星型三类网络拓扑。三、以太网常用的传输介质以太网传输介质分为有线和无线两大类，有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。无线传输介质有微波、卫星通信、红外线、射频（RF）等。1.双绞线双绞线是由4对8根绝缘导线组成的，各对导线互相缠绕，目的是使各线之间的电磁干扰最小。双绞线分为两大类：屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）如图：计算机网络工程课件非屏蔽双绞线图6非屏蔽双绞线图7屏蔽双绞线非屏蔽双绞线分为3类、5类、超5类、6类线，常用的超5类双绞线，在100M内可以实现155Mb/s数据传输，主要作为百兆以太网的传输介质，最新的的是6类双绞线，在100M内可实现1000Mb/s数据传输，主要作为千兆以太网的传输介质计算机网络工程课件2.同轴电缆同轴电缆由外层、外导体、绝缘体、内层体组成。同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆（即网络同轴电缆和视频同轴电缆）。同轴电缆具有良好的抗干扰性能，但由于同轴电缆不适合目前的高速网络应用，线路维护不方便，所以目前在组建以太网中很少采用此传输介质了。图8同轴电缆计算机网络工程课件3.光缆光缆是以光导纤维来传送光信号的通信介质。光缆由一捆光导纤维（简称光纤）组成，光前述一般为偶数对，如：4队、8对等，最多生殖可达上千条光纤。光纤的主要制作材料是玻璃，因此光纤的纤芯质地很脆，易断裂，必须外加保护层。光纤可分为单模光纤和多模光纤，单模光纤是以单一模式传输，传输的频带宽，传输容量大，传输距离远。多模光纤是以多个模式同时传输，与单模光纤相比性能较差。图9光纤图10光缆计算机网络工程课件4.微波在电磁波谱中，频率在100MHz----10GHz之间的信号叫微波信号。微波具有沿直线传播的特性，一般采用点到点的方式通讯，传输速率为64kb/s----10Mb/s，目前微波广泛应用在长途电话通信、电视传播。5.卫星通信卫星通信实质上也是一种微波通信。卫星是一个巨大的微波收发装置它不受地表的限制，可覆盖很大地域。卫星可接收地面上传的信号，放大后再向下广播。卫星通信有两类：点到点通信系统；广播通信系统。点到点通信系统由有两个地球站（发送和接收）和一个卫星组成如图；广播系统有一个发送站、多个接收站和一个卫星组成。如图计算机网络工程课件图11点到点通信系统图12广播通信系统计算机网络工程课件6.射频（RF）射频是一种电磁波，通常的频率是900MHz、2.4GHz、5GHz，这些频段均不受无线电委员会的管制。射频传输与收音机和电视机的广播传输方式一样，某些特定的频率可以穿透墙壁，或者绕开障碍物。目前常用无线局域网设备就是使用特定频率点进行信号传输的，如图13所示，计算机无线网卡通过特定频率点的射频信号与无线接入电设备相连，组成一个无线局域网络。INTERNET图13无线局域网络计算机网络工程课件前导SFD（帧首定界符）目的MAC源MAC类型数据CRC四、以太网帧结构以及物理地址1.以太网帧结构IEEE802.3标准具体定义了以太网数据帧的封装格式。如图：7字节1字节6字节6字节2字节46-1500字节4字节图14以太网帧封装格式在以太网帧中，前导码字段时有0、1间个代码组成，作为同步信号使用，可以通知目标站做好接受准备。SFD是帧首界定符，表示一帧实际的开始。目的MAC和源MAC字段，表示接受和发送端工作站的物理地址。类型字段表示接受数据的高层协议类型，如16进制数0x0800代表IP协议数据，16进制数0x809B代表计算机网络工程课件AppleTalk协议数据，16进制数0x8138代表Novell类型协议数据等。数据字段表示存放实际传输的数据内容，最少不能低于46个字节，不足的由相应的软件自动填充数据段。CRC字段存放的是帧校验序列（Frame.CheckSequence，FCS），采用32位CRC循环冗余校验对从“目标MAC地址”字段到“数据”字段的数据进行校验，接收方可以根据该数值计算出数据在传输过程中是否被损坏。根据以太网帧各字段长度的限制，可以得出以太网帧最小长度是64个字节，最长帧的长度为1518字节，小于64字节的帧为残帧，长度为1518字节的帧为超长帧，交换机一般不进行处理。2.以太网的物理地址由于以太网的每个节点的发送都是通过“广播”进行的，即所有的节点均可以接收到该信息，接收方如何判别该信息时发给自己的呢？解决这个问题的方法，就是通过以太网帧中的目标地址（MAC地址）来判别信息是否发给自己的。计算机网络工程课件为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的网络适配器（网络接口卡）分配一个唯一的通信地址，即Ethernet地址或称为网卡的物理地址、MAC地址。IEEE负责为网络适配器制造厂商分配Ethernet地址块，各厂商为自己生产的每块网络适配器分配一个唯一的Ethernet地址。因为在每块网络适配器出厂时，其Ethernet地址就已被烧录到网络适配器中。Ethernet地址长度为48比特，共6个字节，如图1所示。其中，前3字节为IEEE分配给厂商的厂商代码，后3字节为网络适配器编号。00-0E-A6-6C-A7-72厂商代码设备编号图15以太网ＭＡＣ地址计算机网络工程课件五、以太网器件及设备１．网卡网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），也成为网络设配器（NetworkAdapter）。通常简称网卡，网卡的功能是负责将计算机的数据转换为能够通过传输介质传输的信号，当网卡传输数据时，它首先接收来自计算机的数据，为数据附加自己的包含校验及网卡物理地址的报头，然后再将数据转换为可通过传输介质发送的信号。网卡一般都是插在计算机主板的ＰＣＩ插槽上，而现在的计算机主板上都集成了网卡的功能。网卡接口一般分为ＲＪ４５、ＢＮＣ、ＡＵＩ三类。ＲＪ４５是连接双绞线的接口，ＢＮＣ是连接细同轴电缆的接口，ＡＵＩ是连接粗同轴电缆的接口。网卡按速率分一般有：１０Ｍb／s、１００Ｍb／s、１０００Ｍb／s，而且现在大部分网卡都是自适应网卡。计算机网络工程课件图16不同类型的网卡计算机网络工程课件2.集线器集线器是网络互联的简单设备，主要完成物理层的功能，可以实现比特流信号的传输，集线器实际上是一个中继放大器，它起到放大和比特流信号从而延长网络连接的长度。交换机内部结构由交换矩阵、控制单元、端口部件3个部分组成，其中端口部件负责接收和发送输入/输出数据帧信号。控制单元负责管理交换机，识别连接的网络类型，进行交换机测试，管理和比较个端口地址表。交换矩阵负责管理端口之间的连接线路。3.交换机图17集线器图18交换机计算机网络工程课件交换机工作原理：当交换机加电自检后，开始侦测各端口下连接的设备。连接交换机的计算机发送数据帧必然会以广播的形式被交换机接收到。当交换机接收到数据帧后，首先把数据帧源MAC地址给取下来存放在交换机内部存储器（RAM）中，经过一段时间的学习，交换机必然收集到所有计算机的MAC地址，形成一个MAC地址与交换机端口对应的地址表。交换机就依据这张MAC地址与端口对照表，判断是否需要转发数据帧，以及数据帧转发的端口号。4.路由器路由器是一种处于OSI参考模型第3层的设备，路由器也可以看成是一台计算机，因为路由器内部也有CPU、内存、接口设备等通用计算机部件，但没有视频输出、键盘和鼠标的输入。计算机网络工程课件路由器的主要功能是：协议转换，多协议路由器可以连接不同种类的网络，如：IP和IPX网络，局域网和广域网；二是路径选择，它的内部有个路由表，根据数据包的网络目的地址运用路由算法，决定将数据报传递到下一个路由器的路径。路由器在计算机网络中起到“交通警察”的作用，通常路由器主要用于局域网与广域网之间连接，广域网与广域网之间的连接。图19路由器计算机网络工程课件六、IP地址分配众所周知，在电话通讯中，电话用户是靠电话号码来识别的。同样，在网络中为了区别不同的计算机，也需要给计算机指定一个号码，这个号码就是“IP地址”。IP地址用于在网络上标识唯一一台机器。IP地址由4部分数字组成，每部分数字对应于8位二进制数字，各部分之间用小数点分开。如：192.168.1.1IP地址可分为：固定IP地址，也可称为静态IP地址，是长期固定分配给一台计算机使用的IP地址，一般是特殊的服务器才拥有固定IP地址；动态IP地址是因为IP地址资源非常短缺，通过电话拨号上网或普通宽带上网用户一般不具备固定IP地址，而是由ISP动态分配给暂时的一个IP地址。计算机网