Microsoft系统工程师教案.docx
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Microsoft系统工程师教案
网络理论知识及综合布线系统
计算机网络概论
1.1计算机网络的定义
（1）计算机网络的定义
网络：
英文一般翻译为：
internet,network或[Electrics][Computer]anetwork。
简单的来说，就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。
凡将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路而连接起来，且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络资源共享的系统，可称为计算机网络。
计算机网络是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的多台自治计算机系统互相连接起来，按照共同的网络协议，共享硬件、软件和数据资源的系统。
实现计算机网络的四个要素：
1、通信线路和通信设备
2、有独立功能的计算机
3、网络软件支持（网络操作系统）
4、实现数据通信与资源共享
（2）计算机网络发展
第一代：
远程终端连接
20世纪60年代早期
面向终端的计算机网络：
主机是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机。
只提供终端和主机之间的通信，子网之间无法通信。
第二代：
计算机网络阶段（局域网）
20世纪60年代中期
多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通信。
包括：
通信子网、用户资源子网。
终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源。
电路交换和分组交换。
第三代：
计算机网络互联阶段（广域网、Internet）
1981年国际标准化组织（ISO）制订：
开放体系互联基本参考模型（OSI/RM），实现不同厂家生产的计算机之间实现互连。
TCP/IP协议的诞生。
第四代：
信息高速公路（高速，多业务，大数据量）
宽带综合业务数字网：
信息高速公路
ATM技术、ISDN、千兆以太网
交互性：
网上电视点播、电视会议、可视电话、网上购物、网上银行、网络图书馆等高速、可视化。
最早的Internet，是由美国国防部高级研究计划局（ARPA）建立的。
现代计算机网络的许多概念和方法，如分组交换技术都来自ARPAnet。
ARPAnet不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且做了无线、卫星网的分组交换技术研究-其结果导致了TCP/IP问世。
（3）计算机网络实例简介
1.2计算机网络的功能与应用
（1）计算机网络的功能
（2）计算机网络的分类
1按覆盖范围分：
局域网LAN（作用范围一般为几米到几十公里）（LAN，LocalAreaNetwork）
城域网MAN（界于WAN与LAN之间）（MetropolitanAreaNetwork）
广域网WAN（作用范围一般为几十到几千公里）（WAN，WideAreaNetwork）
2按拓扑结构分类
总线型
环型
星型
网状
树型
3按信息的交换方式来分：
电路交换
以电路联接为目的的交换方式是电路交换方式。
电话网中就是采用电路交换方式。
我们可以打一次电话来体验这种交换方式。
打电话时，首先是摘下话机拨号。
拨号完毕，交换机就知道了要和谁通话，并为双方建立连接，等一方挂机后，交换机就把双方的线路断开，为双方各自开始一次新的通话做好准备。
因此，我们可以体会到，电路交换的动作，就是在通信时建立（即联接）电路，通信完毕时拆除（即断开）电路。
至于在通信过程中双方传送信息的内容，与交换系统无关。
电路交换就是通信的过程中维持的是实际的电子电路（物理线路），这条电子电路建立后用户始终占
用从发送端到接收端的固定传输带宽
电路交换的机制有什么缺点？
从电路交换的工作原理看出，电路交换会占用固定带宽，因而限制了在线路上的流量以及连接数量
电路交换常于分组交换进行比较。
其主要不同之处在于：
分组交换的通信线路并不专用于源与目的地间的信息传输。
在要求数据按先后顺序且以恒定速率快速传输的情况下，使用电路交换是较为理想的选择。
因此，当传输实时数据时，诸如音频和视频；或当服务质量（QOS）要求较高时，通常使用电路交换网络。
分组交换在数据传输方面具有更强的的效能，可以预防传输过程（如e-mail信息和Web页面）中的延迟和抖动现象。
报文交换
报文是网络中交换与传输的数据单元。
报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致。
（可分为自由报文和数字报文）
报文也是网络传输的单位,传输过程中会不断的封装成分组、包、帧来传输，封装的方式就是添加一些信息段，那些就是报文头
以一定格式组织起来的数据.
比如里面有报文类型,报文版本,报文长度,报文实体等等信息.
完全与系统定义,或自定义的数据结构同义.
来几个TCP/IP头结构感受一下:
typedefstruct_iphdr//定义IP首部
{
unsignedcharh_lenver;//4位首部长度+4位IP版本号
unsignedchartos;//8位服务类型TOS
unsignedshorttotal_len;//16位总长度（字节）
unsignedshortident;//16位标识
unsignedshortfrag_and_flags;//3位标志位
unsignedcharttl;//8位生存时间TTL
unsignedcharproto;//8位协议（TCP,UDP或其他）
unsignedshortchecksum;//16位IP首部校验和
unsignedintsourceIP;//32位源IP地址
unsignedintdestIP;//32位目的IP地址
}IP_HEADER;
typedefstructpsd_hdr//定义TCP伪首部
{
unsignedlongsaddr;//源地址
unsignedlongdaddr;//目的地址
charmbz;
charptcl;//协议类型
unsignedshorttcpl;//TCP长度
}PSD_HEADER;
typedefstruct_tcphdr//定义TCP首部
{
USHORTth_sport;//16位源端口
USHORTth_dport;//16位目的端口
unsignedintth_seq;//32位序列号
unsignedintth_ack;//32位确认号
unsignedcharth_lenres;//4位首部长度/6位保留字
unsignedcharth_flag;//6位标志位
USHORTth_win;//16位窗口大小
USHORTth_sum;//16位校验和
USHORTth_urp;//16位紧急数据偏移量
}TCP_HEADER;
//这里只是数据头,但头最能让你看清报文是啥
//IP_HEADER:
:
total_len指明了实体数据（也就是真正的消息内容）长度.
//其他以此类推
分组交换
广域网的通信子网主要使用分组交换技术
分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。
在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。
进行分组交换的通信网称为分组交换网。
从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。
分组交换实质上是在“存储—转发”基础上发展起来的。
它兼有电路交换和报文交换的优点。
分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据—分组。
每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。
把来自用户发送端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。
到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。
分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。
报文分组交换技术是由数据报分组和虚电路分组两种传输方式实现的
4.按网络的传输媒体分类:
双绞线、同轴电缆、光纤、无线
5.按网络的信道分类:
窄带、宽带
6.按网络的用途分类:
教育、科研、商业、企业
网卡的工作方式:
单工
半双工
全双工
【网络工程师】
很多人认为网络工程师就是网管，只负责网络运行与维护。
其实，在瞬息万变的网络世界里，网络工程师们活跃的地方已经远远超越了那样的界限，而是在经济社会的各个领域里发挥着自己的作用。
网络工程师不仅可以在IT类的公司工作，而且可以在很多非IT类的公司找到自己的立足点，因此相比之下，属于就业面比较宽的人才类型。
例如：
系统集成、信息安全、技术支持、项目经理、产品销售、系统架构、系统分析等。
真正的网络工程师应具备ADIT，即Analysis（分析问题的能力）、Design（规划设计解决问题方案的能力）、Implementing（实现规划方案的能力）、Troubleshooting（监测整个方案的执行并及时对故障进行排查的能力）。
（4）计算机网络的标准制定机构
1.国际标准化组织（ISO）
2.国际电报电话咨询委员会（CCITT）
3.美国国家标准局（NBS）
4.美国国家标准学会（ANSI）
5.欧洲计算机制造商协会（ECMA）
计算机网络中常用的通信设备：
集线器、中继器、网桥、交换器、路由器、网关等
数据交换技术（4课时）
（1）电路交换（CircuitSwitching）
（2）报文交换（MessageSwitching）
（3）分组交换（PacketSwitching）
（4）交换技术的比较
拓扑结构和传输介质。
（8课时）
拓扑:
星型,总线,树型,环型.网型
双绞线（无屏蔽双绞线（UTP），屏蔽双绞线（ＳＴＰ））
同轴电缆（Coaxialcable）
光导纤维电缆，简称光纤电缆、光纤或光缆
无线（自由）传输介质
IP地址和子网掩码（8课时）
二进制
十六进制
（1）IP地址介绍
（2）子网掩码
计算机网络体系结构及协议（12课时）
3.1网络体系结构及OSI基本参考模型
（1）协议和体系结构
一、网络体系结构及协议的定义
1、网络体系结构:
是计算机之间相互通信的层次，以及各层中的协议和层次之间接口的集合。
2、网络协议:
是计算机网络和分布系统中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。
3、语法（syntax）:
包括数据格式、编码及信号电平等。
4、语义（semantics）:
包括用于协议和差错处理的控制信息。
5、定时（timing）:
包括速度匹配和排序。
（2）OSI基本参考模型
二、开放系统互连参考模型
1、国际标准化组织ISO在1979年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统的体系结构，提出了开放系统互连OSI模型，这是一个定义连接异种计算机的标准主体结构。
2、OSI简介:
OSI采用了分层的结构化技术，共分七层，物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
3、OSI参考模型的特性:
是一种异构系统互连的分层结构;提供了控制互连系统交互规则的标准骨架;定义一种抽象结构，而并非具体实现的描述;不同系统中相同层的实体为同等层实体;同等层实体之间通信由该层的协议治理;相信层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务;所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务;直接的数据传送仅在最低层实现;每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。
4、物理层:
提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性;有关的物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。
5、数据链路层:
在网络层实体间提供数据发送和接收的功能和过程;提供数据链路的流控。
6、网络层:
控制分组传送系统的操作、路由选择、拥塞控制、网络互连等功能，它的作用是将具体的物理传送对高层透明。
7、传输层:
提供建立、维护和拆除传送连接的功能;选择网络层提供最合适的服务;在系统之间提供可靠的透明的数据传送，提供端到端的错误恢复和流量控制。
8、会话层:
提供两进程之间建立、维护和结束会话连接的功能;提供交互会话的治理功能，如三种数据流方向的控制，即一路交互、两路交替和两路同时会话模式。
9、表示层:
代表应用进程协商数据表示;完成数据转换、格式化和文本压缩。
10、应用层:
提供OSI用户服务，例如事务处理程序、文件传送协议和网络治理等。
物理层:
物理层的定义
ISO/OSI关于物理层的定义：
物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理连接。
这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层的。
物理层的功能
在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。
研究内容
物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以及维护管理。
几点说明
连接方式（点到点，点到多点）
通信方式（单工，半双工，全双工）
位传输方式（串行，并行）
物理层的四个重要特性
机械特性（mechanicalcharacteristics）
电气特性（electricalcharacteristics）
功能特性（functionalcharacteristics）
规程特性（proceduralcharacteristics）
1、机械特性
主要定义物理连接的边界点，即接插装置。
规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。
常用的标准接口
ISO2110，25芯连接器，EIARS-232-C，EIARS-366-A
ISO2593，34芯连接器，V.35宽带MODEM
ISO4902，37芯和9芯连接器，EIARS-449
ISO4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22
2、电气特性
规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。
早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIARS-232-C、V.28；最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。
CCITT标准化的电气特性标准
CCITTV.10/X.26：
新的非平衡型电气特性，EIARS-423-A
CCITTV.11/X.27：
新的平衡型电气特性，EIARS-422-A
CCITTV.28：
非平衡型电气特性，EIARS-232-C
CCITTX.21/EIARS-449
3、功能特性
主要定义各条物理线路的功能。
线路的功能分为四大类：
数据控制定时接地
4、规程特性
主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系。
典型的物理层标准接口
1EIARS-232-C
1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963年提出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提出RS-232-C。
用于DTE/DCE之间的接口。
机械特性
25芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。
电气特性
采用非平衡型电气特性，低于-3V为“1”，高于+4V为“0”，最大20Kbps，最长15m。
非平衡传输（unbalancedtransmission）：
所有电路共享一个公用的地线。
平衡传输（balancedtransmission）：
每个主要电路需要两根线，没有公用的地线
功能特性
定义了21条线，许多子集，基本与CCITTV.24兼容。
规程特性
对不同的功能子集，有不同的规程。
RS-232-C有14中不同的接口类型，适合于：
单工，半双工，全双工，同步，异步
RS-232-C的不足与改进
不足
传输性能低，距离短，速率低。
改进
重新设计，X.21；
以RS-232-C为基础改进，1977年提出RS-449。
2EIARS-449/422-A/423-A
EIARS-449是为替代RS-232-C而提出的物理层标准接口。
实际上是一体化的三个标准。
主要改进
改善了性能，加长了接口电缆距离，加大了数据传输率；
增加了新的接口功能，例如，回送检查；
解决了机械接口问题。
机械特性
37芯或9芯连接器。
电气特性
与RS-232-C相连，采用非平衡型电气特性RS-423-A，20Kbps以下
其他情况，采用平衡型电气特性RS-422-A和RS-423-A，20Kbps~2Mbps
功能特性
定义了30条功能线。
规程特性
基本上以RS-232-C为基础。
RS—485的电气特性
1、RS-485的电气特性：
发送端：
逻辑“1”以两线间的电压差+（2至6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差-（2至6）V表示。
接收端：
A比B高200mV以上即认为是逻辑“1”，A比B低200mV以上即认为是逻辑“0”。
2、RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
但是由于RS-485常常要与PC机的RS-232口通信，所以实际上一般最高115.2Kbps。
又由于太高的速率会使RS-485传输距离减小，所以往往为9600bps左右或以下。
3、RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。
4、RS-485接口的最大传输距离标准为1200米（9600bps时），实际上可达3000米，RS-485接口在总线上是容许连接多达128个收发器、即RS-485具有多机通信功能，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便的建立起网络。
因为RS-485接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线，所以RS-485接口均采用双绞线传输。
RS-485的国际标准并没有规定RS-485的接口连接器标准、所以采用接线端子或者DB-9、DB-25等连接器都可以。
5、采用RS-485接口时，传输电缆的长度如何考虑？
在使用RS-485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所容许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。
最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线经为0.51mm），线间旁路电容为52.5PF/M，终端负载电阻为100欧时所得出的。
（引自GB11014-89附录A）。
当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时，假定最大容许的信号损失为6dBV时，则电缆长度被限制在1200M。
实际上，在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。
当使用不同线经的电缆，则取得的最大电缆长度是不相同的。
6.接地
RS-485的远距离通信建议采用屏蔽电缆，并且将屏蔽层作为地线。
485收发器在规定的共模电压-7V至+12V之间时，才能正常工作。
如果超出此范围会影响通讯，严重的会损坏通讯接口。
共模干扰会增大上述共模电压。
消除共模干扰的有效手段之一是将485通讯线的屏蔽层用作地线，将机具、电脑等网络中的设备地连接在一起，并由一点可靠地接入大地。
7.485总线要采用手拉手结构，而不能采用星形结构
星形结构会产生反射信号，从而影响到485通信。
总线到每个终端设备的分支线长度应尽量短，一般不要超出5米。
分支线如果没有接终端，会有反射信号，对通讯产生较强的干扰，应将其去掉。
8.如何延长485的通讯距离
485网络的规范之一是1.2公里长度，32个节点数。
如果超出了这个限制，那么必须采用485中继器或485集线器来拓展网络距离或节点数。
通过以上的常识我们了解到：
RS—485实际是一种比较先进的传输方式，采用平衡发送差分接收在双绞线内传输信号，同样能最大限度的抑制共模干扰，波特率在9600bps时接多个终端负载可以传输1200米，所以我们的协议为2400bps的情况下理论上可以传的更远，也根据接点的数量和线缆的质量来定。
距离增加的情况下需要使用专业的485中继器来实现，串接多个中继器可实现最远达到10千米左右。
接线尽量串接方式，能有效降低回声信号带来的影响。
在与一般多媒体设备连接时采用RS232转RS485的转换器。
数据链路层:
在网络层实体间提供数据发送和接收的功能和过程;提供数据链路的流控。
高级数据链路控制（High-LevelDataLinkControl或简称HDLC），是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织（ISO）根据IBM公司的SDLC（SynchronousDataLinkControl）协议扩展开发而成的
数据链路控制协议着重于对分段成物理块或包的数据的逻辑传输，块或包由起始标志引导并由终止标志结束，也称为帧。
帧是每个控制、每个响应以及用协议传输的所有信息的媒体的工具。
所有面向比特的数据链路控制协议均采用统一的帧格式，不论是数据还是单独的控制信息均以帧为单位传送。
每个帧前、后均有一标志码01111110,用作帧的起始、终止指示及帧的同步。
标志码不允许在帧的内部出现，以免引起畸意。
为保证标志码的唯一性但又兼顾帧内数据的透明性，可以采用“0比特插入法”来解决。
该法在发送端监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续5个“1”出现时，便在其后添插一个“0”，然后继续发后继的比特流。
在接收端，同样监控除起始标志码以外的所有字段。
当连续发现５个“1”出现后，若其后一个比特“0”则自动删除它，以恢复原来的比特流；若发现连续6个“1”，则可能是插入的“0”发生差错变成的“1”，也可能是收到了帧的终止标志码。
后两种情况，可以进一步通过帧中的帧检验序列来加以区分。
“0比特插入法”原理简单，很适合于硬件实现。
在面向比特的协议的帧格式中，有一个8比特的控制字段，可以用它以编码方式定义丰富的控制命令和应答，相当于起到了ＢＳＣ协议中众多传输控制字符和转义序列的功能。
作为面向比特的数据链路控制协议的典型，ＨＤＬＣ具有如下特点：
协议不依赖于任何一种字符编码集；数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的数据链路传输效率；所有帧均采用ＣＲＣ校验，对信息帧进行编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高；传输控制功能与处理功能分离，具有较大灵活性和较完善的控制功能。
由于以上特点，目前网络设计普遍使用ＨＤＬＣ作为数据链路管制协议。
1.ＨＤＬＣ的操作方式
ＨＣＬＣ是通用的数据链路控制协议，当开始建立数据链路时，允许选用特定的操作方式。
所谓链路操作方式，通俗地讲就是某站点
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