《计算机网络原理》课程设计任务书Word文档格式.docx

1、3）网络层（路由器） 寻址和路由选择4）传输层 建立主机端到端逻辑连接5）会话层 建立、维护和管理会话。6）表示层 处理转换数据格式、数据加密等7）应用层 提供应用程序间通信（人机对话接口1-4层：底层：负责网络数据传输5-7层：高层：负责主机之间的数据传输对等层通信：应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层每一层利用下一层提供的服务于对等层通信，每一层使用自己的协议。物理层：线缆标准：1000Base-T 1000Base-TX/FX 1000Base-SX/LX 1000 带宽类型 Base 信号类型（基带） -T 双绞线 -TX/FX 带F表示

2、光纤DTE设备：数据终端设备（路由器，主机）DCE设备：数据通讯设备数模转换（数据信号-模拟信号）CSU/DSU，在中国统称DTU设备（类似于MODEM的设备，跟CPE功能差不多）常见接口：RS-232、V.24（可用于同步、异步串行连接） V.35（主要用于同步串行连接）广域网最常用的两种数据链路层：分为两个子层：LLC子层和MAC子层。LLC协商网络层控制物理层，MAC控制物理介质访问。LAN与数据链路层的关系MAC地址有48bit，用16进制表示。可分两个部分，为12位，前三字节（OUI）：企业编号，全球唯一；后三个字节企业自定义分配。IEEE802标准：定义了系列局域网标准-IEEE8

3、02.1 基本局域网问题IEEE802.1D 透明网桥标准（生成树标准）IEEE802.2 定义LLC子层IEEE802.3 以太网标准IEEE802.4 令牌总线网IEEE802.AB 物理层端口捆绑技术IEEE802.3AF 制定了以太网供电的标准IEEE802.ES/EW 关于生成树的版本IEEE802.5 令牌环网WAN与数据链路层的关系主要协议有：HDLCPPPISDNX.25Frame Relay（帧中继）目前基于电路交换的wan，一个是isdn，一个是pstn.这两种电路一般是封装ppp。HDLC是私有协议，每个厂商的HDLC不一样，华为和思科的兼容。ppp是标准协议，能支持比H

4、DLC更多功能（比如：验证）X.25和帧中继是两个最主要的分组交换的广域网链路技术。X.25非常非常可靠，是靠冗余校正（第二层和第三层都来做数据的校验）机制来保证的。也正因为冗余校正，所以效率比较低。现在支持2M帧中继效率高，不采用冗余校正，只通过网络层对错误的检测。网络层：两个功能（编址（寻址）和路由）编址：数据链路层的地址是MAC地址，可控性差网络层的是逻辑地址，可控性高，可以随心所欲的控制。路由协议和可路由协议可路由协议：IP、IPX :routed protocol 工作在网络层，可以将来自上层的信息，根据最佳路经，把数据封装在ip包里面来进行传输。IP,IPX就是是数据包的传输工具，

5、这里的工具，是一种逻辑工具，而FRAME是物理工具路由协议：RIP、OSPF、BGP等，（还有象ISIS和思科的私有协议EGRP。）:routing protocol 工作在传输层或者是应用层。负责学习最佳路经面向连接和无连接的服务这里说的面向连接，是指在我们使用某个服务之前，首先要建立一条连接。比如tcp得三次握手过程。建立连接之后才开始传输数据，数据传输完毕，就需要断开连接。适合对延迟非常敏感的应用。具有高可靠性，但是效率低。无连接服务，资源动态分配。效率高。网络层协议操作：帧：基于数据链路层，是通过实际的数据链路才传送的。是基于MAC地址传输，所以随着数据链路的改变，帧头信息也会改变。包

6、：基于网络层，包内的地址是属于逻辑地址，所以不会随着链路的变化而变化。所以在整个端到端的过程里面，数据包的逻辑地址是不会发生改变的。路由器内部在把数据从第三层传到第二层的时候做了一个帧头重写的工作。传输层的作用：将上一层的应用数据进行分段，建立端到端的逻辑连接或者说是传输的虚电路。在tcp/ip协议里面，传输层主要是两个协议：tcp和udp。tcp实际上是属于面向连接的协议，它可以提供可靠的服务。udp是无连接的。套接字：原ip地址或者目标ip地址对他们的端口号进行组合。比如原端的ip地址和原端的端口号可以构成一个套接字。套接字是为了识别唯一的虚电路。端口号：1-1023：基本上都有个一一对应

7、的关系，在这个范围内，一个端口号就对应一种应用。超过1023得是企业自己临时使用的号码，没有确切的意义。在传输层，还有个很重要的功能，就是可以实现流量的控制。这里的流量控制跟数据链路层不同，数据链路层的是硬件的流控。传输层流控得三种方式：1）缓存技术。2）源抑制报文：如果出现拥塞，缓冲区不够的时候，目的端将利用ICMP协议向源端发送source quench报文，要求源端降低发送速率。3）窗口机制：报文中包含窗口自段，用于控制源端一次发送数据的多少。高层协议：会话层：控制独立的会话（独立就是其特点）。如SQL、NFS（网络文件系统）、RPC等表示层：功能是把人机所识别的语言进行转换。应用层：应

8、用层和传输层通过端口号来关联。总结：物理层-控制-数据链路层数据链路层-通过逻辑链路（LLC）控制关联-网络层网络层-数据包的包格式里面有个很重要的字段叫做协议号（Protocol Number）比如在传输层如果是tcp连接，那么在网络层ip包里面的协议号就将会有个值是6，如果是udp的话那个值就是7-传输层传输层-通过接口关联（端口的字段叫做端口号：Portd Number）-应用层第二章 TCP/IP原理和子网规划在TCP/IP协议栈中，分层比OSI要简单，它分为关注物理接口和线缆上，负责二进制数据流的传输。物理介质访问，在这一层中的标准有：Ethernet、802.3、PPP、HDLC、

9、FR等寻址，路由选择。在这一层中工作的协议由著名的IP协议，另外还有ICMP、ARP（地址解析协议）、RARP（逆向地址解析协议）等。传输层：这层协议主要有TCP还有UDP，OSPF等。建立端到端的连接。提供应用程序网络接口从传输层到网络层，有一个通信接口，叫协议号。TCP的协议号是6，UDP协议号是7,OSPF是89。应用层关于这些路由协议，有两个经典的路由协议，一个是RIP，一个试BGP，工作在传输层。RIP在传输层采用的是UDP协议端口号520，而BGP在传输层采用TCP，端口号179。分为源套接字（原IP地址+原端口号）和目的套接字（目的IP地址+目的端口号）。在网络上通常用源套接字+

10、目的套接字来确定一个唯一的TCP或者UDP连接。0-255端口号是保留端口号，每个端口号都有个特殊的或者制定的应用。大于1023的是随机产生的。256-1022端口号是用户自定义和分配的。TCP协议：在提供服务之前需要经过三次握手得过程。 三次握手过程：client发出一个同步包，这个包排了序，序列号是a（SYN（seq=a），那么server接收到这个同步包后，将会对client同步，也就是发送一个序列号为b的数据包，并且确认号=a+1（SYN（seq=b,ack=a+1），确认号的发送表明server已经收到序列号为a的数据包，那么下一个数据包将会从a+1开始传送，client收到以后，继

11、续同步，发送一个序列号为a+1的数据包，确认号=b+1（SYN（seq=a+1,ack=b+1）。网络层在tcp/ip协议栈里面的协议主要有：有ip，arp，rarp，icmp（internet控制报文协议，用于网络排错）。ip报文格式要掌握：1.）服务类型（tos），这个服务类型主要用于QOS的分类。2.）生存时间（TTL:TIME TO LIFE）,为了避免无效的数据包在网络中长时间的进行逗留。3.）协议。一个IP数据报的报头是20个字节。ARP：地址解析协议。计算机1向目的ip地址的计算机2请求地址，则在广播域中发送ARP Request的数据信息（广播），计算机2收到以后，则发送ARP

12、 Reply的数据信息响应计算机1的请求（单播）。RARP：逆向地址解析协议。知道MAC，请求IP。主要用于无盘工作站。ICMP：internet控制报文协议（Internet Control Message Protocol），用于网络排错，我们普通用的PING和Tracert（跟踪某一站点路经）命令就是基于ICMP协议的。在这个协议里，A也是先发送一个ICMP Echo Request，当B收到这个Request后，如果有返回到A的路径，就会尝试发送一个回应：ICMP Echo Reply，如果这个Reply到达了A，那么表示A和B之间的连接是连通的。第二部分 子网规划ip：ip地址唯一标

13、志一台网络设备。私有ip地址是为了解决ip地址空间不够用的情况。有三段ip是私有ip，a段的10.0.0.0/8（10.0.0.0-10.255.255.255）,b段的：172.16.0.0/12（掩码是12，就是表示这个地址的前面12位跟我172.16.0.0保持一致也就属于我这个范围。（172.16.0.0-172.31.255.255）前面4位跟16保持一致，16的前4位中，最后一位是1，前面都是0，所以这段地址的前4位也固定下来0001，后面4位不用管（有个范围：全0-全1，当是全1的时候+上第4位，16+15=31），c类：192.168.0.0/16（192.168.0.0-19

14、2.168.255.255）当私有地址出现在公共网上时怎么办，这个时候需要在边缘设备上做一个nat的功能。 ip地址是进行分层设计的，一个ip地址可以分为网络部分+主机部分，前面的网络部分代表一个网段，后面的主机部分代表这个网段的一台主机设备。网络部分和主机部分怎么区别开来，通过掩码区分。 ip地址分5类，这个分类是根据ip地址里面网络位和主机位所占的位数来进行分类的。 a类：网络位1个字节，主机位3个字节 b类：网络位和主机位各占两个字节 c类：网络位3个字节主机位1个字节 d类：主要用于组播，比如多媒体环境或者用在路由协议里面。 e类：是保留地址 特殊ip地址： 网络部分任意，主机部分全0

15、，则是一个网络，代表一个网段 网络部分任意，主机部分全1，则是一个广播地址，表示特定网段的所有节点 网络部分127，主机部分任意，则是环回地址，用于环回测试 网络部分和主机部分全0，则是所有网络，华为路由器用于指定默认路由 网络部分和主机部分全1，则是广播地址，表示本网段所有节点。比如arp,rarp等就是用到这种广播，路由器收到这种广播的时候是不会转发的。网络编址： 1）无子网编址，指的是使用自然掩码，不对网段进行细分。优点是路由表少，缺点是广播域太大，空间利用率低，网络难以管理。 2）带子网编址，通过掩码将其子网化，这样可以牺牲主机的数量来获取更多的子网。 子网数=2的m次方-2，这个m指

16、子网的位数，-2指-掉全是0和全是1的子网 主机数=2的n次方-2，这个n指主机的位数。-2指-掉全是0和全是1的主机变长子网掩码：指的是在一个大类网络里面，不同的路由接口和不同主机采用不同的掩码。无类域间路由（CIDR）减少了路由表的规模，增加了网络的可扩展性。主要用在isp网络。使用CIDR技术的网络，将会把连续的地址空间（地址块）分配给用户，而且当用户把他们的网络汇聚到isp路由器后，isp路由器将这些网络汇总，再宣告给internet。CIDR的核心功能就是汇总。CIDR和NAT是解决IPv4转换到IPv6网络的解决方案，CIDR是用在ISP中，NAT用在企业网络中。supper ne

17、t（超网）：在CIDR汇总后出来的地址，往往会比自然掩码还要低，这种掩码比自然掩码还要小的网络就叫做超网。常见网络接口和线缆 常见局域网类型：1）以太网（Ethernet）介质访问机制采用CSMA/CD（载波帧听多路访问的冲突监测技术）可靠性差，但是效率高，多用在企业的局域网络。 2）令牌总线网（Token Bus） 3）令牌环网（Token Ring），可靠性高，效率低。主要用于银行的网络。 4）FDDI 以太网类型：10M以太网（标准以太网）802.3规则描述 100M以太网（快速以太网）802.3U，支持全双工模式和自协商功能。 1000M以太网（千兆义太网）802.3Z，或者802.3

18、ab 另外还有万兆以太网。这里速度的变化主要发生在物理层。而对于数据链路层帧的结构格式以及错误监测机制都始终没有发生变化。 10M以太网接口：主要有三种线缆：1）10Base-T 2）10Base5：粗缆 3）10Base2：细缆 100m以太网接口：100Base-TX:物理介质采用5类以上双绞线，网段长度最多100m 100Base-FX:光纤：单模：比较细，网段长度可达10公里 多模：较粗，网段长度最多2000m 1000m以太网接口：1000Base-T:五类以上双绞线，网段长度100m 1000Base-F:多模光纤，网段长度最多500mWAN： 窄带：PSTN:Public Swi

19、tched Telephone Network,公共交换电话网 ISDN:Integrated Services Digital Network,综合业务数字网 DDN:Digiital Data Network,数字数据网 X.25：公用分组交换网 窄带最多达到2m的带宽。对于窄带广域网，路由器上所支持的接口主要是异步或者同步的串行接口。异步串口主要用在PSTN和ISDN上，ISDN要中间接TA设备。同步串口主要用在专线上，可以提供DDN,帧中继,X.25的连接，它分为DTE（数据终端设备）DCE（数据通信设备）两种方式。在网络层，同步串口支持IP/IPX。 电缆标准：V.24：可工作与同步

20、和异步方式下。同步方式下最高传输速率为：64K，异步：115.2K，符合RS-232电平标准。 V.35：工作在同步方式下最大传输速率是2.048M。符合RS-232电平标准提供两种接口：BRI和PRI BRI接口：有两种通道：B通道（用于数据的传输）和D通道（用于电路的控制和呼叫），它在路由器上又有两种形式的接口：U口（使用两芯的RJ-11或者RJ-45连接器），S/T接口，使用四芯的RJ-45连接器。 PRI接口：在华为R系列路由器上以CE1/PRI接口形式出现。 CE1/PRI接口：1）带BNC头的连接器用于接75欧非平衡同轴电缆的网络端 2）带RJ-45水晶头的电缆用于接120欧平衡屏

21、蔽双绞线的网络端。 以上两种都带有DB15接头 宽带：ATM：异步传输模式 SDH：同步数字系列，基于光纤传输的，能提供更高的带宽，比如：OC-3：155m，OC-12:622m，还有更高的带宽（2.5G）光纤通信系统的基本构成：基本构成有4部分：光源 光纤：核心部分。 光发送机：功能产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤。 光接收机：功能接收光纤上的光信号，并把它转变成电信号，解码并处理组成：中心是玻璃芯，外面包了一层折射率比芯低的玻璃封套，最外面是塑料外套。 光缆：把多条光纤捆在一起就形成一条光缆。 其优点有：频带较宽 电磁绝缘性好 衰减较小 中继器的间隔较大 光纤接口：主要由

22、FC-PC型光尾纤接头，SC-PC型光尾纤接头,ST-PC型光尾纤接头,FP/PC-SC/PC型光尾纤接头.其中FC接头主要用于电信，企业主要用SC和ST，SC是方的，ST是圆的。 常见的光接口连接器：SC/PC,ST,FC/PC型光连接器，另外还有BNC（细缆）型光连接器，另外还有中MTRJ型光连接器模块（特点：双芯）。第四章 以太网交换机基础以太网由Xerox公司parc研究中心于1973年5月22日首次提出。 802.3帧的组成：PRE（7）SFD（1）DA（6）SA（6）LEN（2）LLC控制信息（2 OR 3）DATA,PAD,CRC（4） PRE:先导字节:7个10101010，提

23、供时钟同步。 SFD:帧开始标志，10101011，表示帧开始 从da开始是帧的信息。一直到LLC控制新姿都是表示帧头。 DA:目的mac地址，sa:源mac地址， LEN:LLC帧长度 DATA：数据字端（三层数据） PAD：填充字段 CRC：校验字段MAC和802.2的区别： MAC指的是数据链路层的下一个子层，控制物理介质的访问，而802.2它所对应的是上一个子层，叫逻辑链路控制，主要是象网络层提供一条统一的，没有差错的逻辑链路。802.3的三种连接方式：10Base5（粗缆）10Base2（细缆）10Base-T（双绞线） 双绞线可以用集线器（hub）和交换机,集线器其实是总线型网络，

24、交换机就是真正意义上的星型了。802.3u：快速以太网：100Base-T4,用双绞线，最大网段100m，可以使用三类线 100Base-Tx.双绞线，支持100m，100mbps全双工 100Base-F,光纤，支持2000m，100mbps全双工交换技术： 冲突域：指在CSMA/CD算法中，每一个站点所要监听的网络范围。对于hub，全部计算机在同一个冲突域，而Switch中，每个交换端口都是一个冲突域，而两个冲突域之间是不可能发生冲突的。冲突域是OSI模型中第一层的概念，所以Hub,Reperter不能划分冲突域，而第二层设备（网桥，交换机）和第三层设备（路油器）都可以划分冲突域，也可以连

25、接不同的冲突域。 广播域：网络中的一组设备的集合。即同一广播包能到达的所有设备成为一个广播域。当这些设备中的一个发出一个广播时，所有其他的设备都能接收到这个广播帧。HUB和SWITCH的所有端口都是在一个广播域里，路由器上的每个端口自成一个广播域。如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分。由于许多设备都极易产生广播，所以如果不维护，就会消耗大量的带宽，降低网络的效率。由于广播域被认为是OSI中的第二层概念，所以象Hub，交换机等第一，第二层设备连接的节点被认为都是在同一个广播域。而路由器，第三层交换机则可以划分广播域，即可以连接不同的广

26、播域。 Lan Switch逻辑模型：对于交换机的逻辑模型，它和透明网桥是一致的，也就是说，交换机和桥，在逻辑上是等同的。它分为两个逻辑：1）数据的转发逻辑，2）接口的输入输出逻辑。Lan Swithc 转发逻辑： 转发逻辑包括：1）逻辑接口，2）学习逻辑（怎么去学习MAC地址），学习逻辑的最终生成物是一个MAC地址表，这也是它进行第二一个逻辑过滤转发逻辑操作的基础。进行过滤转发逻辑之后将会对数据包进行某一种操作通过某一接口过滤、转发或者扩散出去。 学习逻辑：交换机是依赖于MAC地址表来处理接收到的各种数据帧；初始情况下，交换机的mac地址表是空的；当交换机从某一接口接收到数据帧，则将帧的源地

27、址和接收端口关联，并把关联存入到MAC地址表。 交换机所能收到的数据帧种类：1）单播帧，2）组播帧（多播帧），3）广播帧过滤/转发逻辑：1.单播帧：1）目标地址还未被交换机学习到的地址，交换机将把数据帧扩散至除源地址外的所有端口；2）目标地址已经出现在MAC地址表中（已知的单播），源主机和目标主机位于不同的端口，那么交换机将按照MAC地址表向将数据帧从和它对应的端口中转发出去，如果源主机和目标主机位于相同的端口，那么交换机将过滤该数据帧。2.组播和广播帧，都将扩散该数据帧。Lan Switch 输入输出接口：我们指的是逻辑接口。干道（trunk）链路：交换机之间的线路，多个vlan数据都在上面

28、跑的链路我们叫它干道链路。访问链路（接入链路）：连接交换机和终端的链路。干道封装协议：既然干道上有不同的vlan数据传输，那么就需要一个机制对不同vlan的数据加以区分，这就是干道封装协议。标准干道协议是802.1q协议。这个协议在对Vlan进行标识的时候，是把原始的以太帧中sa和type之间插入4个字节的表识（0x8100（固定不变，表示这是一个802.1q的帧，是在干道上进行传输的）,Priority（优先级）,CFI（基于令牌环的以太才会使用）,VLAN ID（12个bit），我们把它叫做Tag，由于对原始以太帧做了修改，所以在帧尾的CRC要重新计算。生成树（Spanning Tree）：是在有循环的局域网中来工作的，用来解决循环的网络所带来的象广播风暴之类的问题。路由器基础： 路由器概念：是工作在网络层的一个设备，主要功能是实现网络互连。 做为一个路由器，必须具备：1.两个或者两个以上的接口、2.协议层至少向上实现到网络层