西安鹏程张建宁老师主讲.docx
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西安鹏程张建宁老师主讲
西安鹏程张建宁老师主讲:
计算机网络基础(听课笔记)
第一章:
计算机网络概述
第三讲:
网络硬件配置实例
一般PC机用作服务器,理论上同时可访问的计算机不能超过十台,实际上有二十台同时访问速度会明显变慢。
自己可以设置一个共享文件夹,让同班同学下载,如超过二十个,你会感觉到鼠标移动都缓慢了。
如果是专用服务器就好多了,一般能支持5000台,除了硬件性能外,还采用了负载均衡等技术。
第四讲:
网络概念和组成
以语音通讯为主的网络为电话网络(PSTN/GSM/CDMA)、以电视通讯为主的网络为电视网络、以数据通讯为主的网络为数据通讯网络(INTRANET/INTERNET)。
计算机网络就是通讯技术与计算机技术的结合。
未来网络是“三网融合”。
组成:
服务器、工作站、外围设备、通信协议(一种特殊的软件)
第五讲:
计算机网络的分类
按拓扑分:
总线、星形、环形
按介质控制方式:
以太网和令牌环网
按交换方式:
帧交换、信元交换、电路交换等
数据传输率:
10M/100M/1000M
覆盖范围:
局域、城域、广域。
这是常用的分类。
通信子网:
包括两部分:
通信信道、转接设备(专用计算机)。
互联网:
多个不同的网络系统互相连接,就构成世界范围的互联网,这些不兼容的网络通过网关连接起来,并由网关完成相应的转换功能。
第六讲:
主流的网络操作系统
第七讲:
网络拓扑结构详述
第二章:
网络互联设备
第一讲:
网络拓扑结构
总线形:
介质为同轴电缆。
成本低,易建网。
线路争用,同一时只能有一个设备传输数据,其它处于等待状态;只要有一段线路出问题,整个网络便瘫痪。
现在只用于食堂、停车场等数据量小的区域。
环形拓扑,主要用在城域网,或是大型局域网的核心部分。
一般局域网用的少。
用双环实现容错。
通过交换机,还可实现逻辑上的环形结构。
网状结构:
大网络中,要求节点两两之间都要有连接,采用该结构。
容错好,分担负荷好,但线缆多,容易形成环路。
第二讲网络传输介质
有线介质:
电缆:
同轴电缆:
一般用于总线型。
标准有:
粗缆(10BASE5)/细缆(10BASE2)
双绞线:
应用最广、价格低。
UTP(非屏蔽)/STP(屏蔽)。
标准有:
10BASE-T(3类)20BASE-T(4类)/100BASE-T(5类)/200BASE-T(6类)/1000BASE-T(7类)
制作水晶头(RJ-45):
直通线:
两端线序一样,常用于不同设备间相连
交叉线:
两端线序不一样,常用于相同设备间相连
光纤:
与光缆不一样(将光纤包覆后才是光缆)。
标准:
单模/多模(性能差)
无线介质:
无线电:
微波:
卫星信号:
激光:
红外线:
第三讲:
常用网络互联设备的工作原理
以下是网络设备的分类:
网卡:
实现数据收发,还有过滤、优化、管理功能。
传输的是帧。
中继器:
只有两个接口。
局域网中用的较少。
一般控制距离1000M左右。
集线器:
多个接口,本质上就是一个多接口的中继器。
主要用于星形结构的中心设备
在用集线器组建局域网时,是共享带宽的。
网桥:
用于分割局域网的。
常用于外网租用电路接入和无线局域网内联。
交换机:
就是多单口的网桥。
样子与集线器相似,但功能更强大。
主要指标:
背板=各端口和
与集线器区别:
一是工作的层次不同(物理层,数据链路层);二是传输的方式不同(比特流/广播式、帧/转发式);三是带宽占用方式不同(争用、独占)
网关:
也称协议转换器,工作在网络所有层次上,用于连接类型不同、协议差别较大的计算机网络。
如下图:
网关在两个网络之间充当翻译角色(令牌网、环网之间)
路由器:
多端口,实现不同局域网和广域网之间的互联。
工作在第三层(网络层);实际上是充当网关角色,默认网关就是路由器的IP地址。
集线器、中继器只需要连接就能使用,但交换机、路由器都需要配置才能使用。
我们可以这样想:
如果两台计算机连接,可以用电缆,距离长的话就加中继器;如果多台连接可以用集线器;如果因多台连接性能受损,可以利用交换机/网桥连接(解决争用带宽问题);如果要连接不同类型或协议的网络,就需要用路由器/网关。
第三章:
网络标准和OSI模型
第一讲:
网络标准化组织
IEEE:
电气与电子工程师学或称为I-3-E
ISO:
国际标准化组织
IEEE802网络规范:
802.3:
以太网包括介质和接口所有形式
802.11:
无线网络对于多种广播频率及技术的无线网络标准
什么是协议:
是个软件,需要讲相同“语言”,对语言规范的一组规则就是协议。
协议的三个要素:
语法(格式)、语义(功能)、时序(收发顺序)。
如银行转账。
协议分层意义:
相对独立,层次间用接口相连。
例如:
文件或电子邮件服务模块的设计,不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线
服务与服务访问点(SAP):
下层为上层提供服务,上层为下层提供指令。
不能跨层操作。
服务类型:
面向连接服务:
如打电话,需要先建立连接,数据包不需要携带目的地址,可靠性高。
信道利用率低
无连接服务:
如发信息,不需要建立连接,需要携带目的地址。
不保证传输可靠性(短信不一定能收到)
服务元素:
请求(拨号)-指示(被呼叫用户电话铃响)-响应(被呼叫用户摘机)-确认(呼叫方听到拨号音停止,对方开始收听)如下图:
OSI协议模型:
各层功能:
封闭与解封闭:
物理层功能;网络的基础,为数据传输提供可靠环境,如公路是汽车通行的基础一样。
数据链路层功能:
数据链路的建立、维护、和拆除;帧包装、帧传输、帧同步;帧的差错恢复;流量控制。
以太网:
主要在数据链路层。
我们平常使用的局域网就是以太网。
解决三个问题:
信道(介质)的访问控制方式(CSMA/CD,主机赿多效率越低);寻址(MAC地址);规范的格式(语言)(帧格式)。
以太网交换机:
能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据;交换分割冲突域,实现全双工通信。
关于冲突域:
集线器是一个冲突域(多条线路共享一个背板带宽),而交换机的一个端口就是一个冲突域(背板带宽是每个端口带宽之和)。
如下图:
交换机数据转发原理:
转发(依据目标地址单播数据帧);学习(源地址);广播(如果表中没有目的地址,就广播数据帧);更新(五分钟不通信就清除。
入端口与原来的源地址不同就更新)
单工:
如广播。
半双工:
如对讲机。
全双工:
如电话。
冲突域与广播域:
网络层:
定义了基于IP协议的逻辑地址;连接不同的某介类型;选择数据通过网络的最佳路径。
路由和交换的对比:
(1)路由工作在网络层,交换工作在数据链路层;
(2)路由表“路由”寻址,MAC地址表“交换”寻址;
(3)路由隔离广播域,交换隔离冲突域;
传输层:
网络层提供点到点的连接,而传输层提供端到端的连接,靠端口访问不同服务,找到相应应用进程。
会话层:
建立、管理、中断会话。
多线程同时执行一个任务,加快下载速度。
表示层:
编码、解码、加密、解密等
应用层:
应用程序。
高三层在软件开发时整体实现
使用Sniffer进行TCP/IP协议栈分析:
(只有物理层进行的是物理传输,其它各层都是在对等层上进行逻辑传输,实现的是虚拟的通信过程。
)
第五章:
IP地址的格式、组成及分类
二进制和十进制数
IP地址就是为了帮助查找到目标计算机
IP地址的格式、组成
A、B、C分别是大型、中型、小型网络。
为防止重叠,用第1-4个二进制位来区分:
0、10、110、1110、1111。
IP地址的分类:
专网IP和公网IP:
1个A类地址:
10.0.0.0/8
16个B类地址:
172.16.0.0/12
256个C类地址:
192.168.0.0/16
以上地址只能供私用,不能出现在Internet网中。
要联外网必须进行一次地址转换。
适合于不需要Internet服务的集团使用。
127地址:
回送地址,主要用于测试TCP/IP协议栈能否正常发送和接收。
不能使用的IP地址:
0.0.0.0;255.255.255.255;127.*.*.*;A.0.0.0;A.255.255.255;B.B.0.0;B.B.255.255;C.C.C.0;C.C.C.255;
子网:
用路由器连接的网段。
子网掩码就是为了得到一个主机所在的子网而定的。
用它与IP地址相乘(与运算)就得到了子网地址。
与打电话一样,区号就是网络号(在不同区打就得输入区号)。
路由器的工作原理
网络层地址修改进来非常容易,实现的是逻辑寻址;数据链路层的MAC地址是不能修改的,实现的是物理寻址。
可变长度子网掩码及其计算:
为了合理地利用IP地址,解决目前IP地址已用完的问题。
变长子网掩码(VLSM)提供了一个主类(A类、B类、C类)网络内包含多个子网掩码的能力,可以对一个子网再进行子网划分。
它的优点:
对IP地址更为有效的使用(将大网络划分成小网络来使用);应用路由归纳能力更强。
子网掩码只能有八种取值:
11111111255
11111110254
11111100252
11111000248
11110000240
11100000224
11000000192
10000000128
000000000
各种网络地址及子网数与主机数年的计算方法:
缺省网关:
是指缺省的路由器。
只有在不同子网之间互相通信时,才需要配置缺省网关的IP地址。
无类域间路由(CIDR):
第六章典型的局域网技术和广域网技术简介
局域网:
是一种广播网络,即所有的站点都连接到共享的传输媒体上,任何站点发出的数据包,其他站点都能收到。
共享信道分配技术是局域网的核心技术,具体涉及拓扑结构、传输媒体和媒体访问控制技术三个方面。
局域网主要技术标准是IEEE802协议组(城域网采用的技术与局域网类似)
局域网的主要设备是网桥和交换机。
局域网的拓扑结构:
总线、星形、环形、树形。
环形:
单向运行(广播式)
路径固定
扩充不易
星形:
信息通过中央结点转发(广播式)
扩充容易,故障诊断与隔离容易
电缆长度和安装工作量可观,对中央结点可靠性和冗余度要求很高,且线路利用率低。
连接设备是网桥或交换机。
网状:
局域网用的少(除非很大的局域网),一般用在广域网上。
局域网的传输技术:
两种主要的传输方法:
以太网:
IEEE802.3定义了LAN标准
令牌环网:
IEEE802.5定义了
FDDI:
光纤分布式数据接口,其实是高速令牌环网的变体。
以太网:
CSMA/CD
易用、成本低,目前世界上80-85%PC和工作站使用该技术连接
为基带传输,采用曼彻斯特等编码技术,只支持LLC层类型操作--不确认的无连接服务(数据报服务),是网络接口层的一项技术。
以太网采取两种重要的措施:
采用较为灵活的无连接的工作方式,即不必先建立连接就可以直接发送数据
以太网对发送的数据帧不进行编号,也不要求对方发回确认。
这样做的理由是局域网范围小、距离短,信道质量很好,因信道质量产生差错的概率是很小的。
以太网提供的服务:
以太网提供的服务是不可靠的服务,即尽最大努力的交付
当目的站点收到有差错的数据帧时就丢弃此帧,其他什么也不做。
差错的纠正由高层来决定。
如果高层发现丢失了一些数据而进行重传,但以太网并不知道这是一个重传的帧,而是作为一个新的数据帧来发送。
CSMA/CD执行过程:
以太网的MAC子层功能:
负责执行CSMA/CD协议
以太网帧格式及功能:
最大长度帧:
最小帧长度:
如果一个帧长度是1500K,那么就是能容纳700个汉字,相当于一页书。
以太网的类型:
传统(10M)、快速(100M)、千兆(1000M)、万兆(10000M)
令牌环网:
IBM于七十年代开发,国内使用率没有以太网高,甚至是很少。
交换机控制,物理上星形拓扑、逻辑上环形拓扑。
不需要终结器
FDDI:
随着快速以太网的发展,FDDI用得越来越少了。
两条环路,可容错。
用的是令牌环访问方法。
三种局域网比较:
广域网与局域网:
WAN与LAN都是在拓扑结构和网络传输技术的基础上构造的
许多WAN使用了多种令牌或星形结构,WAN网络传输技术非常复杂
WAN网络服务是由电信运营商、有线电视公司和卫星供应商的。
能够提供各种各样服务的最大的供应商是区域性电信商。
在国内有中国电信、中国网通、中国铁通等。
而有线电视网络公司有中国广电。
它们是WAN连接的一项新的来源。
与有线电视进行竞争的是卫星电视公司,如中国卫通。
广域网的基础――公共传输系统
由电信网络提供公共传输平台:
物理线路、技术支持、网络服务(音频、视频、数据);模拟通信(公本地环路,即“最后一公里”)、数字通信。
典型的广域网连接可被描述为“点到点”,如北京到上海等。
PSTN:
即公用电话交换网。
缺点在它的通信能力即吞吐量,采用电路交换方式。
DDN:
用于企业连接。
质量高、速度快、网络时延小,同步数据传输网,不具备交换功能。
全透明传输网,支持数据、图像、声音等业务。
传输安全可靠(因为是网状结构),网络运行管理简单(检错在高层智能设备进行)。
是我国中高速信息国道。
xDSL:
与ISDN不一样就是不用拨号就可直接接入,可以一直不间断地使用。
有对称和非对称之分(上下传速率不同)
X.25和帧中继:
采用包交换技术。
比电路交换速率更快、信道利用率更高,因为电路交换只能沿着同一固定路径传输一个数据流。
过去二十年一直使用X.25,近几年才出现帧中继。
由于这些包交换网络通信方式的不确定性,通常用云状图来表示。
ATM:
与X.25和帧中继一样,也用虚电路传输方式。
对时延要求高的可用这种传输方式,但成本高。
综合实例:
回顾:
交换机只是背板带宽稍大一些的集线器而已。
智能交换机需要设置,而傻瓜式交换机就不需要配置了。
路由器需要配置。
演示实验拓扑:
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