网络的发展与应用.docx

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网络的发展与应用

网络的发展与应用

一、计算机网络发展的三个阶段

1、研究阶段（68年~84年）

主要特征：

TCP/IP协议的研制成功。

Client/Server工作方式的实现。

实现了资源共享和分散控制等。

2、运行阶段（85年~92年）

主要特征：

Internet骨干网络的延生网络私有化的形成网络商业化的开始

3、应用阶段（92年~今）

主要特征：

网络发展的全球化

网络运行的商业化

网络应用的多样化

二、我国计算机网络的三个层次

1、国家经济信息化的基本通信网，

CHINAPAC：

1991建设，分组交换网。

CHINADDN：

1994建设，数字专用网

金桥工程：

1997建设，以光纤、卫星、微波、无线移动等多种方式，形成天地一体的

网络结构。

2、依托此平台开发的各种专业网络和应用网络；

金卡工程：

全民信用卡系统——电子货币工程。

金企工程：

企业生产与流通信息系统，为国家宏观调控提供科学依据。

金农工程：

农业综合管理及信息服务系统，以县城为点的农业基本情况数据库。

金关工程：

国家对外经济贸易信息网。

金税工程：

增值税专用发票计算机稽核系统工程。

企业网络：

企业总部与分部组成的异地独立网络。

教育科研网：

CERNET连接全国各大高校。

3、目前中小型企业网络的应用情况

企事业都建设了自己的局域网，而且越来越多的局域网和广域网相联。

网络硬件水平不断提高，促进了网络技术的应用，网络管理人才的需求加大。

网络管理员：

以网络互联技术为主的网络人才。

操作系统管理员：

以管理操作系统为主的网络人才。

线路维护人员：

负责网络运行的维修人员。

网络技术支持：

负责公司网络产品的技术的咨询和售后服务。

网络互联基础

一、OSI七层协议

OSI（OpenSysteminterconnection）开放系统互连参考模型

ISO（InternationalStandardsOrganization）国际标准化组织

1、物理层

机械性能：

接口的型状，尺寸的大小，引脚的数目和排列方式等。

电气性能：

接口规定信号的电压、电流、阻抗、波形、速率及平衡特性等。

工程规范：

接口引脚的意义、特性、标准。

工作方式：

确定数据位流的传输方式，如：

单工、半双工或全双工。

物理层协议有：

美国电子工业协会（EIA）的RS232，RS422，RS423，RS485等；

国际电报电话咨询委员会（CCITT）的、等；

物理层的数据单位是位（BIT），典型设备是集线器HUB。

2、链路层

链路层屏蔽传输介质的物理特征，使数据可靠传送。

内容包括介质访问控制、连接控制、顺序控制、流量控制、差错控制和仲裁协议等。

链路层协议有：

协议有面向字符的通讯协议（PPP）和面向位的通讯协议（HDLC）。

仲裁协议：

、、，即：

CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）、Token

Bus、TokenRing

链路层数据单位是帧，实现对MAC地址的访问，典型设备是交换机Switch。

3、网络层

网络层管理连接方式和路由选择。

连接方式：

虚电路（VirtualCircuits）和数据报（Datagram）服务。

虚电路是面向连接的（Connection-Oriented），数据通讯一次路由，通过会话建立的一条

通路。

数据报是非连接的（Connectionless-Oriented），每个数据报都有路由能力。

网络层的数据单位是包，使用的是IP地址，典型设备是路由器Router。

这一层可以进行流量控制，但流量控制更多的是使用第二层或第四层。

4、传输层

提供端到端的服务。

可以实现流量控制、负载均衡。

传输层信息包含端口、控制字和校验和。

传输层协议主要是TCP和UDP。

传输层位于OSI的第四层，这层使用的设备是主机本身。

5、会话层

会话层主要内容是通过会话进行身份验证、会话管理和确定通讯方式。

一旦建立连接，会话层的任务就是管理会话。

6、表示层

表示层主要是解释通讯数据的意义，如代码转换、格式变换等，使不同的终端可以表示。

还包括加密与解密、压缩与解压缩等。

7、应用层

应用层应该是直接面向用户的程序或服务，包括系统程序和用户程序，

例如www、FTP、DNS、POP3和SMTP等都是应用层服务。

数据在发送时是数据从应用层至物理层的一个打包的过程，

接收时是数据从物理层至应用层的一个解包的过程，

从功能角度可分为三组，1、2层解决网络信道问题，3、4层解决传输问题，5、6、7层处

理对应用进程的访问。

从控制角度可分为二组，第1、2、3层是通信子网层，第4、5、6、7层是主机控制层。

二、TCP/IP协议簇

TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）已成为一个事实上的工业

标准。

TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。

TCP/IP协议簇分为四层，IP位于协议簇的第二层（对应OSI的第三层），TCP位于协议簇的第

三层（对应OSI的第四层）。

TCP和IP是TCP/IP协议簇的中间两层，是整个协议簇的核心，起到了承上启下的作用。

1、接口层

TCP/IP的最低层是接口层，常见的接口层协议有：

Ethernet、TokenRing、、Framereley、HDLC、PPP等。

2、网络层

网络层包括：

IP（InternetProtocol）协议、ICMP（InternetControlMessageProtocol）

控制报文协议、ARP（AddressResolutionProtocol）地址转换协议、RARP（ReverseARP）反向

地址转换协议。

IP是网络层的核心，通过路由选择将下一跳IP封装后交给接口层。

IP数据报是无连接服务

。

ICMP是网络层的补充，可以回送报文。

用来检测网络是否通畅。

Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echorelay进行网络测试。

ARP是正向地址解析协议，通过已知的IP，寻找对应主机的MAC地址。

RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。

比如无盘工作站和DHCP服务。

3、传输层

传输层协议主要是：

传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol）和用户数据报协

议UDP（UserDatagramrotocol）。

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯时完成时要拆除连接，由于TCP

是面向连接的所以只能用于点对点的通讯。

TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠

性。

TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用

以限制发送方的发送速度。

UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要

连接，所以可以实现广播发送。

UDP通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出丢包现象，实际应用中要求

在程序员编程验证。

4、应用层

应用层一般是面向用户的服务。

如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。

FTP（FileTransmisionProtocol）是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口

是20H，控制端口是21H。

Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。

DNS（DomainNameService）是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换。

SMTP（SimpleMailTransferProtocol）是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中

转。

POP3（PostOfficeProtocol3）是邮局协议第3版本，用于接收邮件。

数据格式：

数据帧：

帧头＋IP数据包＋帧尾（帧头包括源和目标主机MAC地址及类型,帧尾是校验字）

IP数据包：

IP头部＋TCP数据信息（IP头包括源和目标主机IP地址、类型、生存期等）

IP数据信息：

TCP头部+实际数据（TCP头包括源和目标主机端口号、顺序号、确认号、校

验字等）

三、TCP连接的建立

1、TCP连接通过三次握手完成。

client首先请求连接，发一个SYN包；Server收到后回应SYN_ACK包；Client收到后再

发ACK包。

即：

ClientServer

SYN--->收

<---SYN+ACK

ACK--->收

established表示建立状态，当某端发出数据包后收到了回应则进入established状态。

在TCP/IP连接时，如果两端都是established状态，则握手成功，否则是无连接或半联接状

态。

2、套接字Socket

套接字Socket由协议、IP地址和端口号组成，套接字表示一路通讯，一般是一个服务，如

www服务是TCP的80端口，Telnet是TCP的23端口。

四、IP地址划分

1、IP地址分类

IP地址有四个段，包括网络标识和主机标识两部分：

netid+hostid。

IP地址应用分为A、B、C三类，D、E类是保留和专用的。

ClassA0*******xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

ClassB10**************xxxxxxxxxxxxxxxx

ClassC110*********************xxxxxxxx

ClassD1110****************************

ClassE1111****************************

2、地址区间

址址类地址区间网络数主机数

A类27-2=126224-2=

B类214-2=16382216-2=65534

C类221-2=209715028-2=254

D类228=60

E类228=60

3、特殊地址

主机地址全0表示为一个网络地址。

主机地址全1表示为对应网络的广播地址。

全0的IP地址：

，表示本机地址，只在启动过程时有效。

全1的IP地址，表示本地广播（有的软件不支持）。

私有地址：

---网络是回环网络loopback，用于本机测试。

例如：

ping是测试本机网卡是否工作正常。

4、子网掩码

子网掩码用来区分网络地址和主机地址，标准的子网掩码为：

A类：

netmask：

B类：

netmask：

C类：

netmask：

子网掩码和IP地址的“与”运算得出对应的网络地址。

如果将子网掩码“1”的位数增加则网络地址数增加，形成子网。

相当于网络的分隔。

如果将子网掩码“1”的位数减小则网络地址数减少，形成超网。

相当于网络的聚合。

交换机原理与应用

一、基本以太网

1、以太网标准：

以太网是Ethernet的意思，过去使用的是十兆标准，现在是百兆到桌面，千兆做干线。

常见的标准有：

10BASE-2细缆以太网

10BASE-5粗缆以太网

10BASE-T星型以太网

100BASE-T快速以太网

1000BASE-T千兆以太网

2、接线标准

星型以太网采用双绞线连接，双绞线是8芯，分四组，两芯一组绞在一起，故称双绞线。

8芯双绞线只用其中4芯：

1、2、3、6。

常见接线方式有两种：

568B接线规范：

白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕

12345678

568A接线规范：

白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕

12345678

将568B的1和3对调，2和6对调，就得到568A。

3、接线方法

两边采用相同的接线方式叫做平接，两边采用不同的接线方式叫扭接。

不同的设备之间连接，使用平接线；相同的设备连接使用扭接线。

电脑、路由器与集线器、交换机连接时使用平接线。

这是因为网线中的4条线，一对是输入，一对是输出，输入应该与输出对应。

如果将1和3连接，2和4连接，相当于自己的输出送给自己的输入。

这样可以使网卡进入工作状态，阻止空接口关闭，而影响有些程序的运行。

二、交换机原理与应用

1、冲突域和广播域

交换机是根据网桥的原理发展起来的，学习交换机先认识两个概念：

（1）冲突域：

冲突域是数据必然发送到的区域。

HUB是无智能的信号驱动器，有入必出，整个由HUB组成的网络是一个冲突域。

交换机的一个接口下的网络是一个冲突域，所以交换机可以隔离冲突域。

（2）广播域：

广播数据时可以发送到的区域是一个广播域。

交换机和集线器对广播帧是透明的，所以用交换机和HUB组成的网络是一个广播域。

路由器的一个接口下的网络是一个广播域。

所以路由器可以隔离广播域。

2、交换机原理

（1）端口地址表

端口地址表记录了端口下包含主机的MAC地址。

端口地址表是交换机上电后自动建立的，

保存在RAM中，并且自动维护。

交换机隔离广播域的原理是根据其端口地址表和转发决策决定的。

（2）转发决策

交换机的转发决策有三种操作：

丢弃、转发和扩散。

丢弃：

当本端口下的主机访问已知本端口下的主机时丢弃。

转发：

当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。

扩散：

当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。

每个操作都要记录下发包端的MAC地址，以备其它主机的访问。

（3）成存期：

生成期是端口地址列表中表项的寿命。

每个表项在建立后开始进行倒记时，每次发送

数据都要刷新记时。

对于长期不发送数据主机，其MAC地址的表项在生成其结束时删除。

所以端口地地表记录的总是最活动的主机的MAC地址。

3、交换网络中的环

以太网是总线或星型结构，不能构成环路，否则会产两个严重后果：

（1）产生广播风暴，造成网络堵塞。

（2）克隆帧会在各个口出现，造成地址学习（记录帧源地址）混乱。

解决环路问题方案:

（1）网络在设计时，人为的避免产生环路。

（2）使用生成树STP（SpanningTreeProtocol）功能，将有环的网络剪成无环网络。

STP被IEEE802规范为标准。

生成树协议术语

（1）网桥协议数据单元：

BPDU（BridgeProtocolDataUnit）

BPDU是生成树协议交换机间通讯的数据单元，用于确定角色。

（2）网桥号：

BridgeID

交换机的标识号，它由优先级和MAC地址组成，优先级16位，MAC地址48位。

（3）根网桥：

Rootbridge

根网桥定义为网桥号最小的交换机，根网桥所有的端口都不会阻塞。

（4）根端口：

Rootport

非根网桥到根网桥累计路径花费最小的端口，负责本网桥与根网桥通讯的接口。

（5）指定网桥：

Designatedbridge

网络中到根网桥累计路径花费最小交换机，负责收发本网段数据。

（6）指定端口：

Designatedport

网络中到根网桥累计路径花费最小的交换机端口，根网桥每个端口都是指定端口。

（7）非指定端口：

NonDesignatedport

余下的端口是非指定端口，它们不参与数据的转发，也就是被阻塞的端口。

（根端口是从非根网桥选出，指定端口是网段中选出）。

生成树协议的状态：

生成树协议工作时，所有端口都要经过一个端口状态的建立过程。

生成树协议通过BPDU广播，确定各交换机及其端口的工作状态和角色，

交换机上的端口状态分别为：

关闭、阻塞、侦听、学习和转发状态。

（1）关闭状态：

Disabled不收发任何报文，当接口空连接或人为关闭时处于关闭状态。

（2）阻塞状态：

Blocking在机器刚启动时，端口是阻塞状态（20秒），但接收BPDU信息。

（3）侦听状态：

listening不接收用户数据（15秒），收发BPDU，确定网桥及接口角色。

（4）学习状态：

learning不接收用户数据（15秒），收发BPDU，进行地址学习。

（5）转发状态：

Forwarding开始收发用户数据，继续收发BPDU和地址学习,维护STP。

4、关于VLAN

VLAN（VirtualLan）是虚拟逻辑网络，交换机通过VLAN设置，可以划分为多个逻辑网络，

从而隔离广播域。

具有三层模块的交换机可以实现VLAN间的路由。

（1）端口模式

交换机端口有两种模式，access和trunk。

access口用于与计算机相连，而交换机之间

的连接，应该是trunk。

交换机端口默认VLAN是VLAN1，工作在access模式。

Access口收发数据时，不含VLAN标识。

具有相同VLAN号的端口在同一个广播域中。

Trunk口收发数据时，包含VLAN标识。

Trunk又称为干线，可以设置允许多个VLAN通过。

（2）VLAN中继协议：

VLAN中继协议有两种：

ISL（Inter-SwitchLink）：

ISL是Cisco专用的VLAN中继协议。

（dot1q）：

是标准化的，应用较为普遍。

（3）VTP

VTP（VlanTrunkingProtocol）是VLAN传输协议，在含有多个交换机的网络中，可以

将中心交换机的VLAN信息发送到下级的交换机中。

中心交换机设置为VTPServer，下级交换机设置为VTPClient。

VTPClient要能学习到VTPServer的VLAN信息，要求在同一个VTP域，并要口令相同。

（4）VLAN共享

如果要求某个VLAN与其他VLAN访问，可以设置VLAN共享或主附VLAN。

共享模式的VLAN端口，可以成为多个VLAN的成员或同时属于多个VLAN。

在主附VLAN结构中，子VLAN与主VLAN可以相互访问，子VLAN间的端口不能互相访问。

一般的VLAN间使用不同网络地址；主附VLAN中主VLAN和子VLAN使用同一个网络地址。

5、交换机和路由器的口令恢复:

（1）交换机的口令恢复:

交换机的口令恢复的操作是先启动超级终端，在交换机上电时按住的mode键.

几秒后松手，进入ROM状态，将nvram中的配置文件改名或删除，再重启。

参考命令为：

switch:

renameflash:

flash:

switch:

eraseflash:

（2）路由器的口令恢复:

路由器的口令恢复操作先启动超级终端，在路由器上电时按计算机的Ctrl+Break键，

进入ROM监控状态rommon>，用配置寄存器命令confreg设置参数值0x2142，跳过配置文件

设置口令后再还原为0x2102。

参考命令为：

rommon>confreg0x2142

router（config）#config-register0x2102

没有特权口令无法进入特权状态，只能进入ROM监控状态，使用confreg0x2142命令。

当口令修改完后，可以在特权模式下恢复为使用配置文件状态。

三、三层交换的概念

1、交换机是链路层设备，使用MAC地址，完成对帧的操作。

交换机的IP地址做管理用，交换机的IP地址实际是VALN的IP。

一个VLAN一个广播域，不同VLAN的主机间访问，相当于网络间的访问，要通过路由实现。

不同VLAN间主机的访问有以下几种情况：

（1）两个VLAN分别接入路由器的两个物理接口。

这是路由器的基本应用。

（2）两个VLAN通过trunk接入路由器的一个物理接口，这是应用于子接口的单臂路由。

（3）使用具有三层交换模块的交换机。

Cisco的3550和华为的3526都是基本的三层交换机。

1）通过VLAN的IP地址做网关，实现三层交换，要求设置VLAN的IP地址。

2）将端口设置在三层工作，要求端口设置noswitchport，再设置端口的IP地址。

2、交换机的通道技术

交换机通道技术是将交换机的几个端口捆绑使用，即端口的聚合。

使用通道技术一个方面提高了带宽，同时提高了线路的可靠性。

但是如果设置不当，有可能产生环路，造成广播风暴堵塞网络。

要聚合的端口要划分到指定的VLAN或trunk。

配置三层通道时，先要进入通道，再用noswitchport命令关闭二层，设置通道IP地址。

一个通道一般小于8个接口，接口参数应该一致，如工作模式、封装的协议、端口类型。

3、端口协商方式

端口的聚合有两种方式，一种是手动的方式，一个是自动协商的方式。

手动的方式很简单，设置端口成员链路两端的模式为“on”。

命令格式为：

channel-groupmodeon

自动方式有两种类型：

PAgP（PortAggregationProtocol）和LACP（LinkaggregationControlProtocol）。

PAgP：

Cisco设备的端口聚合协议，有auto和desirable两种模式。

auto模式在协商中只收不发，desirable模式的端口收发协商的数据包。

LACP：

标准的端口聚合协议，有active和passive两种模式。

active相当于PAgP的auto，而passive相当于PAgP的desirable。

4、通道端口间的负载平衡

通道端口间的负载平衡有两种方式，基于源MAC的转发和基于目的MAC的转发。

scr-mac：

源MAC地址相同的数据帧使用同一个端口转发。

dst-mac：

目的MAC地址相同的数据帧使用同一个端口转发。

路由器原理与应用

一、路由的基本概念

路由器的网络层的设备，负责IP数据包的路由选择和转发。

1、路由类型

路由的类型有：

直连路由、静态路由、默认路由和动态路由。

直连路由是与路由器直接相联网络的路由，路由器有对直连网络有转发能力。

静态路由是管理员人为设置的路由，网络开支小，可以有效的改善网络状况。

默认路由是静态路由的一个特例，将路由表不能匹配的数据包送默认路由。

一般在最后。

动态路由是路由协议自动建立和管理的路由，常见动态路由协议有：

RIP（RoutingInformationProtocol）、

IGRP（InteriorGatewayRoutingProtocol）、

EIGRP（EnhanceInteriorGatewayRoutingProtocol）、

OSPF（OpenShortestPathFirst）、

BGP（BackboneGetwayProtocol）

上述路由协议称为routingprotocol，而IP、IPX称为可路由的协议routedprotocol。

也有一些协议是不可路由的，如NetBEU