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网络概论打印版
计算机网络概述
适用班级：
软件设计师、网络工程师
主讲：
刘琳芳
网址：
E-Mail:
bitpx@
、
比特培训中心
贵州·贵阳
目录
一计算机网络概述1
1.1网络组成1
1.1.1因特网的边缘部分1
1.1.2因特网的核心部分2
1.2分类3
1.3我国计算机网络的发展3
二网络体系结构4
2.1协议分层4
2.2网络分层模型4
三传输介质和网络设备6
3.1有线传输介质6
3.2无线介质7
3.3按体系结构划分的网络设备7
四IP地址9
4.1网络互联模型9
4.2分类IP地址9
4.3划分子网11
4.4构成超网13
五TCP/IP协议集14
5.1网络接口层协议14
5.2网际层协议15
5.3传输层协议15
5.4应用层协议16
六常用网络常用命令20
七IPV620
八历年试题21
2005年上半年试题21
2005年下半年试题22
2006年上半年试题22
2006年下半年试题23
2007年上半年试题23
2007年下半年试题24
2008年上半年试题25
2008年下半年试题25
2009年上半年试题26
2009年下半年试题27
2010年上半年试题………………………………………………………………………………………………28
2010年下半年试题……………………………………………………………………………………28
一计算机网络概述
1.1网络组成
计算机网络，是指两台或多台具有完整功能的计算机，通过通信设备和传输介质连接起来，在事先约定的通信规则下有效地交换信息的系统。
即由结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。
网络覆盖了全球，从工作方式上看，划分为两块：
1.边缘部分:
由所有连接在因特网上的主机组成，是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享：
2.核心部分:
由大量网络和连接这些网络的路由组成，是为边缘部分提供服务的（提供连通和交换）
图1-1因特网的边缘部分与核心部分
1.1.1因特网的边缘部分
处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上所有的主机，各主机之间的通信其实是主机内运行的进程间的通信。
按通信方式分为两类：
1.客户服务器方式
客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
图1-2客户服务器工作方式
2.对等连接方式
对等连接（peer-to–peer，简写为P2P）是指两个主机在通信时不区分那一个是服务请求方，哪一个是服务提供方，只要双方都运行了对等连接软件（P2P软件），他们就可以进行平等或对等连接通信，这是双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
图1-3对等连接工作方式
1.1.2因特网的核心部分
最为复杂的部分，要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中任何一个主机都能够和其他主机通信。
主要部件是路由器（router），是实现分组交换的关键部件，其任务是转发收到的分组。
1.电路交换
和打电话一样，需要经过建立连接，保持连接和释放连接三个阶段，且连接保持时不可以有其他信号共用信道。
2.存储转发
存储转发交换不需要建立起物理的连续通路，而是根据报头信息，以接力方式将数据报文在网络节点之间逐段传送，直到目的节点。
根据传送数据单元是否存在长度限制，分两种实现方式：
（1）报文交换
把要传输的数据称为报文，报文中指明目的地的地址，由交换节点负责寻找路径转发出去，报文完整地在网络中逐个结点向前传输，每一个结点收到整个报文后，检查目标结点地址，再根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一站点，最后经过多次存储-转发，最后到达目标节点。
（2）分组交换
把要传输的数据切割成固定长度的分组，该分组比报文要短，给各个分组授予编号，加上源地址和目标地址等分组头信息，这个过程叫做信息的分片与封装。
然后分组在子网中进行传输，所有分组到达目标结点后，按编号被重新组装成原来的报文，叫信息的重组。
图1-4划分分组的概念
图1-5分组交换示意图
1.2分类
1.按拓扑结构分：
（1）总线型（BUS）
（2）环型（3）网状
（4）星型（5）树型
图1-6按拓扑结构分类网络
2.按网络覆盖的不同范围分：
局域网、城域网、广域网。
3.按不同的使用者分：
公用网、专用网。
1.3我国计算机网络的发展
1994.4.20我国用64kb/s专线正式连入INTERNET。
随后陆续建造了基于因特网技术的并可以和因特网互联的很多公用计算机网络，如：
中国公用计算机互联网（CHINANET）、中国教育和科研计算机网（CERNET）等。
二网络体系结构
2.1协议分层
图2-1协议和服务举例
图2-2网络层次之间的关系
实体：
发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议：
控制两个对等实体或多个实体进行通信的规则的集合。
网络协议的组成要素：
●语法：
数据与控制信息的结构或格式。
●语义：
需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
●同步：
事件实现顺序的详细说明。
服务：
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。
要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
服务数据单元（SDU）：
层与层之间交换的数据的单位。
服务访问点（SAP）：
同一系统中相邻两层的实体交互（即交换信息）的地方，是上层调用下层服务的接口，是服务的唯一标识。
计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构，体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正运行的计算机硬件和软件。
2.2网络分层模型
1.OSI/RM模型七层模型
1984年ISO（国际标准化组织）颁布了OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel）：
开放系统互连参考模型.
图2-3OSI/RM七层模型
（7）应用层：
直接为用户的应用进程服务，协议有万维网应用协议HTTP、电子邮件协议SMTP，文件传输协议FTP等
（6）表示层：
处理数据压缩、加密、解压和解密等，提供一种可供应用层选择的服务的集合，。
（5）会话层：
建立并维护连个应用之间的通信会话，支持两个表示层实体间的相互作用。
（4）传输层：
负责两个主机中进程的通信。
实现端到端的应答、分组排序和流量控制等功能。
运输层有复用和分用的功能，复用就是多个上层进程可同时使用下面传输层提供的服务，分用则是运输层把收到的信息分别交付给上层中相应的进程
（3）网络层：
负责为分组交换网上不同的主机提供通信。
首先在发送数据时，把上层产生的报文段或用户数据包封装成分组或包进行传送。
也叫IP数据报。
其次要选择适合的路由，使分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。
（2）数据链路层：
建立、维持和释放网络实体间的数据链路，将网络层交下来的IP数据报组装成帧（framing），在相邻结点间传送数据，每一帧包含数据和必要的控制信息（如地址信息、差错控制等）。
（1）物理层：
透明传输比特流。
2.TCP/IP参考模型
TCP/IP参考模型是目前Internet使用的参考模型。
（a）OSI/RM体系结构（b）TCP/IP体系结构（c）5层协议结构
图2-4OSI/RM模型和TCP/IP模型对比
（1）网络接口层
TCP/IP参考模型没有对该层进行详细的描述，只是指出网络层可以使用某种协议与网络连接，负责实现IP数据报在不同通信系统中传输，实现物理地址（MAC地址）与逻辑地址（IP地址）相互映射的机制。
（2）网际层
是TCP/IP参考模型的核心，负责IP数据报的产生以及IP数据报在逻辑网络上的路由转发，提供数据报的封装、分片和重组，以及路由选择和拥塞控制机制。
（3）传输层
是TCP/IP参考模型提供端到端通信服务的层次，既可以提供面向连接的可靠通信服务，又可以提供无连接不可靠服务。
该层以端口的形式实现通信复用。
（4）应用层
是TCP/IP参考模型协议数量最多最复杂的层次，面向不同主题向用户提供各种各样的通信服务。
图2-5数据在各层次间传送
三传输介质和网络设备
3.1有线传输介质
1.同轴电缆：
图3-1同轴电缆结构模型
75欧同轴缆用于有线电视网络，为宽带同轴电缆，用于传输模拟信号。
50欧同轴缆用于局域网的数字信号传输，为基带同轴电缆，粗缆适合大型局域网，传输距离长，可靠性高。
造价高，安装难度大。
细缆安装简单，造价低。
2.双绞线
图3-2双绞线结构模型
表1-1几种不同的双绞线
双绞线总类
类型
带宽Mb/s
无屏蔽双绞线
3类
16
4类
20
5类
100
超5类
155
6类
200
屏蔽双绞线
3类
16
5类
100
3.光纤
光纤的纤芯是一种能传播光的石英玻璃或特制塑料拉成的柔软细丝。
包层是涂在纤芯外的一层折射率比光纤纤芯低的材料。
图3-3光纤结构图
“模”是指光线的入射角。
多模光纤：
光线能从多种角度入射，通过不同光路传播，常见的有62.5/125μm和50/125μm两种，其中后面的数值125μm是指光纤的包层直径，前面的数值50μm和62.5μm是指光纤的纤芯直径，一般使用波长为850nm或1310nm的激光作为光源，以波长为850nm的激光最为常见。
单模光纤：
纤芯直径比多模光纤要小的多，常见规格是9/125μm，一般采用波长为1310nm或1550nm的激光，传播的光线基本是水平的。
单模光纤与多模光纤相比：
单模光纤有较高的传输率、较长的传输距离、较高的成本，较细的纤芯。
且单模光纤的光源采用激光光源，多模的可以采用二极管作光源。
3.2无线介质
1.无线电传输2.微波传输3.卫星传输4.红外线传输5.激光传输
3.3按体系结构划分的网络设备
1.物理层网络设备
集线器工作在物理层，是纯硬件设备。
集线器的主要作用是将多台计算机和网络设备连接在一起构成共享式局域网，同时它还可以将从任意端口接收到的信号进行整体放大，再复制到其他端口，从而起到对信号进行中继的作用。
集线器的端口带宽主要有10Mbps和lOOMbps两种。
集线器是指共享式集线器，其带宽为所有端口共享。
例如，从宏观来看，一台16端口、传输速率为100Mbps的集线器，当全部端口都使用时，每一端口的带宽就只有100Mbps的1/16。
从微观来看，连接在集线器上的任何一个设备发送数据时，其他所有设备必须等待，此设备享有全部带宽，通讯完毕，再由其他设备使用带宽。
正因此，集线器连接了一个冲突域的网络，所有设备相互交替使用，就好象大家一起过一根独木桥一样。
集线器不能判断数据包的目的地和类型，所以如果是广播数据包也依然转发，而且所有设备发出数据以广播方式发送到每个接口，这样集线器也连接了一个广播域的网络。
2.数据链路层网络设备
网卡：
可以将计算机连接到网路上，接口要与传输介质匹配,是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。
交换机:
工作在OSI/RM的数据链路层。
交换机的主要作用是将多台计算机和网络设备连接在一起构成交换式局域网。
交换机是端口带宽独享，端口之间可以采用全双工进行数据传输，实现数据的线速转发。
交换机比集线器先进，允许连接在交换机上的设备并行通讯，好比高速公路上的汽车并行行使一般，设备间通讯不会再发生冲突，因此交换机打破了冲突域。
例如，一台lOOMbps全双工交换机在使用时，每对端口之间的数据接收或发送都会以lOOMbps的速率进行传输，不会因为使用端口数的增加而减少每对端口之间的带宽。
交换机的端口带宽有lOMbps、lOOMbps、lO/lOOMbps自适应、1000Mbps、10/100/1000Mbps自适应以及10Gbps等多种，有些交换机只具有其中一种端口，有些则兼有两种或多种端口。
无论如何称呼，交换机最根本的性能都是在第二层实现数据帧的线性交换。
名称的不同，体现出来的是用户对交换机工作要求的不同。
3.网络层网络设备
路由器：
通常也被称为网关，一般指具体的硬件设备。
具有协议转换能力，主要转发网络层数据包，并在复杂的网络拓扑结构中找出一条最佳的传输路径，采用逐站传递的方式，把数据包从源节点传输到目的节点。
4.其他层次的设备
网关：
工作在网络层和以上层的软件或硬件，具有协议转换功能，也具有路由功能，通常被视为具有协议转换功能的软件或硬件设备的一种抽象概念。
5.设备区别
集线器与交换机的区别：
（1）在OSI/RM（OSI参考模型）中的工作层次不同
集线器是工作在物理层，而交换机至少是工作到第二层，更高级的交换机可以工作到第三层。
（2）交换机的数据传输方式不同
集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，而交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发送。
（3）带宽占用方式不同
集线器的所有端口是共享集线器的总带宽，集线器只能采用半双工方式进行传输，这样在上行通道上集线器一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。
例如，一台16端口、传输速率为100Mbps的集线器，当全部端口都使用时，每一端口的带宽就只有100Mbps的1/16。
而交换机是以全双工交换，一台lOOMbps全双工交换机在使用时，每对端口之间的数据接收或发送都会以lOOMbps的速率进行传输，不会因为使用端口数的增加而减少每对端口之间的带宽，所以交换机是端口带宽独享。
（4）隔离作用域不同
冲突域：
连接在同一根线上的节点组成的区域，例如网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个网络就是一个冲突域，也叫碰撞域。
广播域：
能够接收到同一个广播消息的节点的集合，其中任何一个节点发送一个广播帧，其他节点均能接收到。
集线器内部是总线结构，不可以隔离冲突域，也不可以隔离广播域。
交换机可以隔离冲突域，但不能隔离广播域。
路由器可以隔离冲突域，也可以隔离广播域
图3-4网络设备连接图
四IP地址
4.1网络互联模型
图4-1实际互连网络模型
IP地址：
是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围唯一的32位的标识符。
现在是由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配的，它的编址方法经过三个阶段，这三个阶段是：
（1）分类IP地址。
（2）子网的划分
（3）构成超网
4.2分类IP地址
二进制数：
基数为2，数字符号只有0和1。
逢二进一，如“11.1”按照位权展开：
（11.1）2＝1×21＋1×20+1×2-1＝2+1+0.5=3.5
10000000B=1*27=12801000000B=1*26=6400100000B=25=3200010000B=24=16
00001000B=23=800000100B=22=400000010B=21=200000001B=20=1
分类地址即将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址由网络号和主机号组成。
记为：
IP地址：
：
={<网络号>,<主机号>}
点分十进制表示，即每8位二进制用一个十进制表示。
例如：
计算机中存放的IP地址：
00000001000000100000001100000100
采用点分十进制的IP地址：
1.2.3.4
图4-2分类IP地址中网络号字段和主机号字段
1.A类地：
以“0“开头，网络段长为8位，可变部分为7位。
网络号范围：
000000000-01111111，即0-127，但只有126个可用的A类网络，原因是：
第一：
IP地址中的全0表示“这个”意思，网络号字段全为0的IP地址是个保留地址，意思是“本网络”；第二：
网络号为127（即0111111）保留作为本地软件环回测试（loopbacktest）本主机的进程之间的通信之用。
每个网络容纳主机数量：
224－2台主机，因为主机地址位全0表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址，全1表示“所有的”，全1的主机号字段表示网络上所有的主机。
2.B类地址：
以“10“开头，网络段长为16位，可变部分为14位。
128.0.0.0网络地址不指派。
3.C类地址：
以“110“开头，网络段长为24位，可变部分为21位。
192.0.0.0网络地址不指派。
4.D类地址：
不分网络段和主机段。
5.E类地址：
不分网络段和主机段。
表各类IP地址汇总表
类
网络
段长度
最大可指派
的网络数
第一个可指
派的网络号
最后一个可指
派的网络号
主机段长度
每个网络
主机数量
A
8
126（27-2）
1
126
24
224-2
B
16
16383（214-1）
128.1
191.255
16
216-2
C
24
2097151（221-1）
192.0.1
223.255.255
8
28-2
表特殊IP地址汇总表
网络号
主机号
源地址使用
目的地址使用
代表意义
0
0
可以
不可
本网络本主机
0
主机号
可以
不可
本网中的某个主机
网络号
111…111
不可
可以
对某个网络进行广播
（直接广播地址）
全1
全1
不可
可以
只在本网络内部广播
（受限广播地址）
01111111
任何值
回路地址，作换回测试
说明：
（1）全“0“地址是”这个“。
（2）直接广播地址。
主机地址全为“1“的IP地址用于广播，称为直接广播地址。
直接广播是指在网上的任何一点均可向其他任何网络进行广播。
一个A类网络广播地址格式：
[网络段].255.255.255如110.255.255.255
一个B类网络广播地址格式：
[网络段].255.255如130.89.255.255
（3）受限广播地址。
就是255.255.255.255，只能作为目的地址，路由器不转播该分组。
该地址也叫做本地广播地址。
（4）回路地址。
形如127.*.*.*，测试本主机的网络配置的测试。
如ping127.0.0.1，测试本机TCP/IP是否正常。
（5）组播地址中：
224.0.0.1指组播中的所有主机
224.0.0.2指组播中所有路由器
（6）保留的私有地址：
该地址不可以在公网上使用，可在局域网使用：
若路由器遇到目的地为私有地址数据包，一律不转发到外网。
表私有IP地址列表
类别
地址范围
网络数
每个网络主机数量
A
10.0.0.0—10.255.255.255
1
224-2
B
172.16.0.0—172.31.255.255
16
216-2
C
192.168.0.0—192.168.255.255
256
28-2
IP地址的一些重要特点:
1、IP地址是一种分等级的地址结构。
分两个等级的好处是：
第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。
这样就方便了IP地址的管理。
第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。
2、实际上IP地址是标志“一个主机（或路由器）和一条链路的接口”。
当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须是不同的。
这种主机称为多归属主机（multihomedhost）。
由于一个路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址
由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
3、按照因特网的观点，一个网络是具有相同网络号net-id的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id，具有不同网络号的局域网鼻息使用路由器进行互连。
4、所有分配到网络号net-id的网络（不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网）都是平等的。
图互联网中的ip地址
图通过路由器R的路由表转发分组
4.3划分子网
1.划分子网
划分子网（subnetting）即从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的IP地址变成为三级的IP地址的做法。
划分子网的基本思路
●划分子网纯属一个单位内部的事情。
这个单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。
●从主机号借用若干个比特作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干个比特。
IP地址结构如下：
IP地址:
:
={<网络号>,<子网号>,<主机号>}
●凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。
然后此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。
最后就将IP数据报直接交付给目的主机。
图4-3一个未划分子网的B类网络
图4-4一个划分子网的B类网络
2.子网掩码
如下图所示，子网掩码也是32位数字，由一串1和随后的一串0组成，子网掩码中1对应二级IP地址中原来的网络号和子网号，0对应的是三级地址结构中的主机号。
将子网掩码和二级IP地址逐位进行AND运算后，可得到子网的网络地址。
AND运算：
1AND1=11AND0=00AND0=0
图4-5三级IP地址和子网掩码对应关系
现在因特网规定，无论是否划分子网，都要设置子网掩码，若不划分子网，那么该网络的子网掩码就是使用默认子网掩码，即子网掩码中1的位置和二级IP地址中的网络号部分相对应。
图4-6A类B类C类IP地址的默认子网掩码
例题：
一IP地址是128.127.72.32，子网掩码是255.255.192.0，试求该地址所在子网网络地址。
图4-7网络地址计算
该B类网络能够分成的子网数量：
128.127.00000000.00000000
128.127.01000000.00000000
128.127.10000000.00000000
128.127.11000000.00000000
每一个子网能够容纳的主机数量：
214-2
4.3.3使用子网时分组的转发
在划分子网的情况下，路由表必须包含以下三项内容：
目的网络地址、子网掩码和下一跳地址。
在划分子网的情况下路由器转发分组的算法
（1）从收到的分组的首部提取目的IP地址
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