苗文武老师计算机组网基础教学笔记.docx
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苗文武老师计算机组网基础教学笔记
1计算机网络基础知识
1、网络的定义
由地理位置上独立的计算机，通过线缆或其它介质及网络设备连接起来，并遵循一些网络协议，实现资源共享和信息传递为目的的系统
1、最少两台计算机
2、通信介质：
有线的（粗同轴电缆，细同轴电缆，双绞线（屏蔽双绞线，非屏蔽双绞线），光缆）
无线的（蓝牙，红外，无线电波）
3、网络设备：
网卡（网络适配器，NIC），集线器（HUB），中继器（repeater）,交换机（switch），路由器（Router）,调制解调器（猫）
4、网络协议：
TCP/IP协议族（TCP，UDP，ICMP，ARP，IGMP），SPX/IPX协议族，NETBEUI
NETBEUI协议最简单，最快，只适合简单网络
SPX/IPX主要适用于NETWARE网络，现在使用较少
TCP/IP，目前互联网主流，应用最多
5、网络的作用
资源共享（硬件共享，软件共享）
信息传递
2、网络的分类
按地理区域范围分，可分为局域网和广域网。
1、局域网：
LAN，地理范围较小，计算机较少的网络
2、广域网：
WAN，可看成由多个局域网组成的大型网络
互联网可看成是最大的广域网
3、局域网的分类
以太网（Ethernet）：
现在使用最多的一种局域网
令牌网：
（tokenring）:
主要应用于环形网络，现在使用较少
FDDI：
光纤分布式网络，主要用于双环网络，现在使用较少
ATM：
主要用于广域网
1、以太网的分类
标准以太网，快速以太网，千兆以太网，万兆以太网
前三种以太网都可采用双绞线，光纤作为传输介质，万兆以太网只能以光纤传输，并且成本高，未普及。
现在使用最多的是快速以太网（100Mbps）
2、令牌环网：
使用环形拓扑结构，在这种网络中，有一个令牌，在环内不停的循环，哪个机器持有令牌，才有权利进行发送数据，从而不会造成数据冲突。
3、FDDI：
相当于双环令牌网，不过采用的是光纤连接，当一个环产生故障，则外环和内环自动合并成一个环继续工作。
在此网络结构里，也有令牌，起到防止传输数据冲突的作用。
4、ATM：
在计算机网络中传输的数据全部被分割成多个小段，以太网，令牌环网，FDDI，对于小段的长度没有固定，可长可短，而ATM网的小段长度是固定的53字节，从而保持传输效率。
ATM的这种传输方法叫作“信元交换”
局域网按照传输介质还可分为：
有线局域网和无线局域网
局域网还可分为对等网和CS网。
1、对等网：
网络中的每个计算机是平等的，即有可能充当服务器，也有可能充当客户机。
2、CS网：
Client（客户机）,Server（服务器），网络中存在有专门的服务器和客户机，如果服务器损坏，则整个网络瘫痪。
服务器提供服务（WEB，DNS，DHCP，MAIL，qq）
对于服务器，一般要求硬件配置，软件配置都要高
根据数据的传输模式分类
1、广播式网络：
一个电脑发送信息，其它电脑都会收到，但是只有目标主机会接收，其它电脑视而不见
具体又可分为单播（发给一个主机），多播（发给多个主机），广播（发给所有主机）
2、点对点网络：
一个主机通过指定路径发送给另一个主机
根据拓扑方式分类：
拓扑：
结点和连线所组成的几何形状。
4、广域网的结构组成
1、通信子网：
包括通信介质（双绞线，同轴电缆等），通信设备（交换机，路由器等）
作用：
传输，接收，转发等。
2、资源子网：
提供资源（硬件资源，软件资源，服务）
如服务器，客户机，打印机，绘图仪等
5、计算机主要的性能指标
1、带宽：
数据传输率，单位bpskbpsMbps
2、
OSI参考模型
1、网络分层的目的
将大问题分解成若干小问题。
在网络中，对复杂的网络传输分解成多个层次，每个层次完成指定任务，层与层之间相互独立，这样当一个层发生问题时，不会波及到其他层。
网络分层的好处：
统一标准，不同硬件，不同软件可实现互连，互通，互操作。
此外，易于维护，哪个层出现问题，解决哪层。
常见的网络分层模型有：
OSI参考模型，TCP/IP参考模型
不同模型具有不同的层次结构，但大同小异。
2、OSI参考模型
全称：
OpenSystemInterconnection/ReferenceModel，即OSI/RM，开放系统互连参考模型，由ISO（国际标准化组织）提出。
OSI参考模型虽然实际应用不多，但可看成是网络行业的标准。
OSI参考模型一共有七层，由下而上依次为物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。
OSI参考模型层次的特点：
纵向上，下层为上层提供服务。
横向方面，层与层之间为对等层，互相通信。
1、物理层：
建立物理连接，传输比特流，即传输信号
工作设备：
集线器，中继器，这两个设备的作用实质就是放大和转发信号
2、数据链路层：
提供帧的封装和物理地址寻找，传输的是帧。
注：
在数据链路层，可寻找的地址是物理地址，即ＭＡＣ地址。
在cmd下，输入：
ipconfig/all可查询本机MAC地址。
MAC由48位二进制数组成，常写成12个十六进制数的形式，两两一组，由横线隔开：
00-0B-2F-28-69-A7
数据帧的结构：
数据链路层工作设备：
交换机
3、网络层：
作用是路由选择（选择最佳路径），信息寻址，和将IP地址转换为MAC地址。
数据链路层侧重解决的是寻找某个主机的问题，而网络侧重的是解决寻找某个网络的问题。
网络层传输的是数据包，依靠IP地址进行寻找。
工作设备：
路由器工作的协议：
IP（网际协议），ARP（地址解析协议），ICMP（互联网控制信息协议）
4、传输层：
为两个结点提供可靠性的传输服务保障。
工作协议：
TCP（传输控制协议）UDP（用户数据报协议）
5、对话层：
提供对话连接和对话的持续性保障
6、表示层：
提供格式的转化，如压缩解压，加密解密
7、应用层：
提供具体的服务应用，如FTP（文件传输协议），HTTP（超文本传输协议），DNS（域名系统），SMTP（简单邮件传输协议），POP3（邮局协议）TELNET（远程登录）
注：
对话层，表示层，应用层的区分不太明显，有很多软件在这多个层次上一起工作。
TCP/IP模型
1、TCP/IP模型简介
另一种参考模型，随着internet的迅猛发展，TCP/IP协议已经普及到绝大部分网络。
特点：
简单（四个层次），易于实现，需要配置。
2、TCP/IP的层次结构
1、网络接入层：
相当于OSI的物理层和数据链路层
2、网际层（网络层）：
相当于OSI的网络层
3、传输层（运输层）：
相当于OSI传输层
4、应用层：
相当于OSI的会话层，表示层，应用层
3、TCP/IP模型相关协议
网际层：
IPARPICMPRARP
传输层：
TCPUDP
应用层：
HTTPFTPDNS SMTPPOP3TFTP
IP地址
1、IP概述
IP，internetprotocol，中文意为网际协议。
作用是在网络层中进行寻址
Ip的格式是由32位二进制数表示，书写时，写成四组十进制数，组与组之间以.隔开，如：
192.168.1.1或127.0.0.0
IP地址一共具有两个版本，现在正在使用的是IPv4版，最多可分配232个IP地址。
将来要使用是IPv6版，最多可分配2128个IP地址
2、IP地址的分类
A类IP：
0.0.0.0--127.255.255.255
B类IP：
128.0.0.0---191.255.255.255
C类IP：
192.0.0.0---223.255.255.255
注：
此外还有D类IP和E类IP，但有特殊用途，现实使用很少
关于上述IP分类的说明：
1、每一组十进数的范围为0--255
2、IP地址分为网络IP和主机IP两大部分
A类IP：
前一组表示网络IP，后三组表示主机IP
B类IP：
前两组表示网络IP，后两组表示主机IP
C类IP：
前三组表示网络IP，后一组表示主机IP
如：
192.168.1.100，它的网络IP是（192.168.1.0），主机IP是（0.0.0.100）
127.12.11.2，它的网络IP是（127.0.0.0），主机IP是（0.12.11.2）
10.1.1.2它的网络IP是（10.0.0.0），主机IP是（0.1.1.2）
3、每个网段所能容纳的最大主机数
A类IP：
256*256*256-2=1670万
B类IP：
256*256-2=65534
C类IP：
256-2=254
注：
主机IP部分全为0时，该类IP表示的是网络号
主机IP部分全为255时，该类IP表示的是广播地址
如：
10.0.0.0和10.255.255.255都不能用于分配
4、默认子网掩码
A类IP：
255.0.0.0
B类IP：
255.255.0.0
C类IP：
255.255.255.0
3、子网掩码：
作用是划分子网。
将子网掩码转换为二进制数时，从前往后，所有连续的1所对应的部分是网络IP，其余部分是主机ＩＰ。
某段网络所能容纳主机数的判断（与子网掩码有关）
首先将子网掩码转换为二进制的形式，子网掩码一定是左边是连续的1，右边是连续的0。
如果右边连续的0有m颗，则这段网络所能容纳主机数为2m-2
例：
判断子网掩码为255.255.248.0的网络所能容纳主机数
步骤为：
首先将255.255.248.0转换为二进制形式，即
11111111.11111111.11111000.0000000
右面有11个连续的0，所以该段网络可容纳211-2，即2046
例2：
判断子网掩码为255.192.0.0所能容纳的主机数
结果：
222-2
例3：
判断一下以下哪个子网掩码合法？
合法的计算出主机数
248.0.0.0255.232.0.0255.254.255.0
255.255.250.0255.255.252.0255.255.253.0
248.0.0.0227-2
255.255.252.0210-2
注：
127.0.0.0为回路地址，指的是本机
5、IP地址和子网掩码的实际应用
1、根据主机数确定子网掩码
例1：
某公司有主机530台，需组建成局域网，子网掩码设多少合适？
分析：
主机数与子网掩码后面的0的个数有关，具体为“主机数<=2M”
答案：
2M>=530则M=10
所以子网掩码应该有10个连续的零，也即：
11111111.1111111.11111100.0000000换算成十进制：
255.255.252.0
结果为：
255.255.252.0
2、根据IP地址和子网掩码确定其网络号
计算方法：
分别将IP地址和子网掩码转换为二进制，然后上下对应依次AND
AND的法则是：
1and1=10and0=01and0=0
例2：
判断
188.188.0.111（子网掩码255.255.254.0）和188.188.5.222（子网掩码255.255.254.0），判断这两段IP是在同一网段吗？
分析：
如果两IP的网络号一致，则这两个IP属于同一网络，所以先要分别计算网络号
第一步：
计算188.188.0.111的网络号
188.188.0.11110111100.10111100.00000000.01101111
255.255.254.011111111.11111111.11111110.00000000
And后的网络号:
10111100.10111100.00000000.00000000换算成十进制为：
188.188.0.0
第二步：
计算188.188.5.222的网络号
188.188.5.22210111100.10111100.00000101.11011010
255.255.254.011111111.11111111.11111110.00000000
And后网络号:
10111100.10111100.00000100.00000000换算成十进制为：
188.188.5.0
因两者网络号不同，所以不在同一网段
3\指定主机数，确定该网络适合的IP地址和子网掩码
例3：
某公司530台主机，求适合的IP地址和子网掩码
分析：
530台主机，超出254，所以B类IP适合，这里选择188.188.0.0段，其它也可以
第一步：
算出子网掩码
由例1的结果得知，530台主机适合的子网掩码为：
255.255.252.0
第二步：
算出所需的网段数
因为一个网段最多可容纳254台主机，所以
530台电脑需要530/2个网段，即3个网段
第三步：
从低向高连续取三个网段，也可从高向低
所以所取的三个网段为：
188.188.1.0段，188.188.2.0段，188.188.3.0段
也可以从高向低取，即：
188.188.255.0段，188.188.254.0段，188.188..253.0段
6、私有IP与公网IP
IP地址是有限的，为了尽可能利用IP地址，诞生了私有IP的概述，所谓的私有IP，只能应用于局域网，不能应用于互联网。
不同的局域网可以具有相同的私有IP。
10.0.0.0--------10.255.255.255A类1个网段
172.16.0.0-------172.31.255.255B类16个网段
192.168.0.0------192.168.255.255C类255个网段
私有IP如果想连接到互联网上，需要将私有IP转换为公网IP，此技术称为NAT，即网络地址转换。
7、IP地址的相关相关命令
1、getmac：
查看本机MAC地址
2、Ipconfig：
查看本机IP地址和子网掩码
3、Ipconfig/all：
查看本机IP地址，子网掩码，网关，DNS，主机名等信息
4、Ipconfig/release:
释放本机IP地址
5、Ipconfig/renew：
重新获取本机IP地址
8、动态IP和静态IP
动态IP：
当某主机连到互联网上时，ISP会分配其一临时的IP地址，当主机退出互联网，则此IP地址释放，可以用来为其它主机分配。
常用于ADSL上网。
静态IP：
指的是互联网上的主机具有固定不变的IP地址，现在这种主机较少，常是服务器
传输介质与线缆制作
1、传输介质分类
有线传输介质：
双绞线，同轴电缆，光纤
无线传输介质：
微波，无线电，激光等
2、同轴电缆与双绞线性能对比
类型
型号
最大长度
最小距离
网卡接口
粗同轴电缆
RG-8
500米
2.5米
AUI
细同轴电缆
RG-58
185米
0.5米
BNC
双绞线
UTP
100米
1.5米
RJ-45
3、双绞线
双绞线（twistpair），简称TP，分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP），屏蔽双绞可屏蔽辐射，保证传输信息安全，但成本高，安装困难。
实际应用中，使用最多的是UTP
双绞线分类：
一类线，二类线，三类线，四类线，五类线，超五类，六类线，七类线
常见的有三类线，传输速率10Mb/s，五类线和超五类，速度都是100Mb/s
4、光纤
内部是玻璃芯，分为单芯光纤和多芯光纤
根据传输原理又可分为单模光纤和多模光纤
单模光纤与多模光纤相比：
直径更小，传输速度更快，传输距离更远。
光纤常用接口有SC和ST
特点：
速度可达10Gb/s，不受电磁干扰。
但成本高，安装困难。
5、双绞线的制作
1、常用工具：
压线钳：
又叫网线钳，网钳，可用来剥线，切线和压头。
剥线钳：
剥线
2、RJ-45接线器，俗称水晶头
3、水晶头制作标准：
EIA/TIA568B：
白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕
EIA/TIA568A：
白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕
4、直通线与交叉线
直通线作法：
568A-----568A或568B-----568B（最常用）
交叉线作法：
568A------568B主要用于直接连接两个计算机
对于要求不严格的网络：
只需要1，2，3，6四根线保持畅通即可（其实1236四根线就是橙色和绿色两组线）
六、网络设备之间的连接
DTE:
数据终端设备
DCE:
数据通信设备
DTE型接口:
网卡、路由器接口、交换机的级联口（UpLink）
DCE型接口:
交换机和集线器的普通口,调制解调器接口
同类型的接口用交叉线连接，不同类型的接口用直通线连接。
7、实验：
两台电脑组建局域网，并注意以下问题：
1、两机互联使用（）线
2、分别将两机器设置成A段IP，B段IP，C段IP，来验证不同网段的IP地址是否可以实现互通。
3、分别对两主机设置工作组名（可任意），验证不同工作组的主机是否可以互通。
4、分别对两主机设置共享文件夹，验证能否通过“\\计算机名\共享名”的方式进行访问
集线器的分类
按端口数可分为:
4口，8口，12口，16口，24口，48口
按扩展性分类：
可分为可堆叠式，不可堆叠式。
按管理性分类：
网管式集线器（可以对集线器的一些参数进行设备），无网管式集线器
按带宽分类：
10Mbps集线器，100Mbps集线器，10/100Mbps自适应集线器
二、数据链路层设备
1、网卡，又叫（网络适配器），英文简写（NIC）
1）作用：
数据的（接收和发送），帧的（封装和拆封），数字信号的（编码和解码），介质访问控制，数据缓存等。
2）MAC地址：
（48）位，用（16）进制数表示，共（6）组。
3）分类：
按传输速率可分为（10Mbps）网卡，（100Mbps）网卡，（10/100Mbps自适应）网卡，（1000Mbps）网卡，（100/1000Mbps）网卡等
按接口可分为（AUI）网卡，用来连接粗缆；（BNC）网卡，用来连接细缆；
（RJ-45）网卡，用来连接双绞线；（SC或ST）网卡，用来连接光纤。
2、网桥
只有两个接口，可连接多个不同速率的网段，可隔离冲突域，现已被（交换机）完全取代。
3、交换机，英文名叫（switch）
工作在（数据链路）层，提供（帧）的传输服务。
我们把通过交换技术进行转发的网络叫（交换式网络），与集线器的（共享式网络）相反。
1）MAC地址表：
记录在交换机的（缓存）上，记录了（MAC地址）与（端口）的对应信息
2）MAC地址表的构建过程：
局域网中任何一个电脑转发数据，首先都要经过交换机，然后检查帧中的（源地址），如果地址表中没有该MAC地址，则（记录源地址）。
然后检查（目标地址），如果地址表中没有该MAC地址，则（将帧广播到各个端口，除源端口），如果有，则（转发相应端口）。
3）交换机的转发规则：
如果目标地址是广播地址，则广播
如果目标地址是单播，且地址表中没有该地址，则广播
如果目标地址是单播，且地址表中有该地址，则转发指定端口
如果目标地址是单播，且地址表中有该地址，但源地址与目标地址在同一端口，则丢弃
例1：
当依次出现如下各种传输时，交换机如何处理？
初始地址表如下
在经过以下传输过程后，地址表内容是怎样的？
并判断每个发送过程是怎样进行的？
1、A向D发送帧
2、C向D发送帧
3、D向F发送帧
4、A向B发送帧
4）地址表的维护：
如果MAC地址默认（300）秒内没有再出现过，则该MAC地址删除。
5）地址表的容量一般都在（1024）条MAC地址以上。
6）交换机的三种交换技术，分别为（端口）交换，（帧）交换，（信元）交换，其中（帧交换）最常用。
7）帧交换的三种方式：
第一种为（直通式），该技术直接”左耳朵听，右耳朵冒“，不检验数据对错。
第二种为（存储转发式），该技术接到数据后，要进行（数据验证），可以连接速率不同的网络。
第三种为（无碎片直通式），当帧长度小于（64K）则视为碎片而丢弃。
低端交换机一般采用（无碎片直通式）技术。
8）交换机之间的连接有两种方法，第一种为（堆叠），该方法只是扩展了接口，相当于一个交换机。
另一种为（级联），适应用于连接（相距较远）的交换机。
3、网络层设备
1、路由器：
英文名（router）
工作在OSI参考模型的（网络）层，主要用来连接不同网络。
1）作用：
构建点对点连接中的网络通道
将局域网连到广域网
连接异种网络，可将数据包重新打包再拆分
屏蔽广播消息
可设置某些参数，用来禁止特定数据传输，比如禁止某IP地址登陆等。
网络地址转换（NAT），即将（私有IP）地址转换为（公网IP）。
2）路由器与交换机的区别
A\交换机工作在（数据链路层），路由器工作在（网络层）。
B\交换机的功能主要侧重于（硬件），主要处理（帧），简单，速度（快）；路由器侧重于（软件），处理复杂，速度（慢）。
C\交换机可以转发广播信号；路由器可以屏蔽广播信号
D\路由器可以连接结构与协议完全不同的异种网络，而交换机不可以
E\路由器具有一定的防火墙和安全检查功能而交换机没有。
3）路由器工作原理
例：
如果A1要发送数据给B2，简要其过程
4）路由表
根据上图写出R1和R3的路由表
R1路由表
R3路由表
目的网络
下一跳
N1
R1
N2
R2
N3
R3
N4
R3
N5
R3
目的网络
下一跳
N1
R1
N2
R2
N3
R3
N4
R4
N5
R4
4）路由器的分类：
（接入级路由器）主要用于家庭或小型企业用户
（企业级路由器）用于将规模较大的局域网接入Internet。
（骨干级路由器）用于大型网络的互联。
具有高速率和高可靠性。
2、三层交换机：
具有简单网络层功能的交换机，只限于简单路由，没有防火墙功能，不能连接异种网络。
对于数据流，如果来源相同，目的地也相同，则起始的数据报通过第三层功能选择转发路径，其后的数据报都通过二层交换转发，这样可加快数据流的转发速度。
局域网技术
1、局域网的标准
IEEE802.3定义的是（）标准。
IEEE802.11定义的是（）标准。
2、局域网的层次结构
局域网主要用到物理层和数据链路层，而数据链路层又分为两层，即：
MAC层（），该层与硬件有关，提供的功能有组装帧、控制传输介质的争用问题、匹配MAC地址等
LLC层（），与硬件无关，提供的功能有差错控制，流量控制及为网络层提供服务等。
3、以太网的介质访问控制方法
采用CSMA/CD方法
CSMA：
（）：
每个站点在发送数据前，首先检测信道是否繁忙，忙则暂停，闲则发送数据。
CD：
（）：
发送数据后，还要监听信道是否还有其它数据传输，即是否有冲突。
冲突的原因：
是因为信号在网络传输具有时延，即可能会一个站点已开始发送，但另一个站点尚未监听到，于是也开始发送，从而产生冲突。
4、冲突域
当一个主机发送数据，其它主机都不能发，这些主机所组成的集合叫冲突域
一般而言，集线器所组成的共享式网络是一个冲突域以及交换机的每一个端口所延伸的网络也是一个冲突域。
五、以太网的帧格式
帧长：
64~1518字节，其中当数据很小时，需要填充来填充数据凑够最小帧长。
6、快速以太网的标准
100Base
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