项目一项目一 园区网络规划与设计园区网络规划与设计 1.教学目标 掌握网络层次化设计的优点； 理解网络各层的功能及特点； 掌握在层次化网络中各种网络设备的应用场合； 掌握IP地址分类及子网划分方法。2. 工作任务 规划与设计一个校园网络，满足用户对网络需求，并说明园区网络规划与设计任务、步骤等；根据IP理论与实际划分与分配规则，为一园区网络划分与分配IP地址，并说明IP划分与分配原则。模块模块1 园区网络结构规划与设计园区网络结构规划与设计. 教学目标 掌握网络层次化设计的优点； 理解网络各层的功能及特点； 掌握在层次化网络中各种网络设备的应用场合。 2. 工作任务 某学校建设了新的校区后，新校占地面积60亩，总建筑面积45858.0平方米，总投资6亿元，整个校园建设主要有教学楼，实验楼，行政楼，文化体育中心，学生公寓，400米田径场，篮排球场等。学生人数2000余人，班级规模为48个班级。学校对新校区网络建设提出了高要求，主要体现在以下几个方面： 高可靠性：支持全面数字化，支持语音、数据、视频集成，724小时不间断可靠运行； 服务质量保证：根据不同的教学和管理应用实施不同的服务质量，并作到端到端的服务质量保证； 高安全性：具备病毒防范，用户访问控制，虚拟专网和阻止病毒传播能力； 易管理性：要求具备集中远程管理功能，各类设备统一的人机管理界面，易安装和使用； 投资保护：高性价比，满足目前需要，通过灵活性和模块化的方式平滑升级网络功能和扩展网络规模，满足不断增长的教学和管理的网络需求。3. 相关实践知识（规划与设计） 校网络中心节点采用万兆核心交换机双机热备和千兆双链路冗余备份。 每栋楼设置一台汇聚交换机S3550-12G，采用千兆线双链路上连到两台核心交换上。 接入层采用交换机STAR-S2126G，启用802.1x与RG-SAM安全认证管理系进行联动配合。 在网络中心增加RG-SAM安全计费管理系统 网络拓朴图网络拓朴图4. 相关理论知识计算机网络概念计算机网络是指将若干台地理位置不同，且具有独立功能的计算机，通过通信设备和传输线路相互连接起来，按照一定的通讯规则进行通信，以实现信息传输和网络资源共享的一种计算机系统。 主要的网络服务有：文件服务；打印服务；电子邮件服务(E-mail)；信息发布服务等。公用网传输速率(Kbit/s)主要特点模拟电话网PSTN模拟电话，中低速数据，最大56经济，普及，速率低综 合 业 务 数 字 网ISDN电话、传真、数据综合业务(BRI：128，PRI：2048)经济，灵活数字数据网DDN中高速数据64-2048速率高，可靠，费用高帧中继FRN中高速数据64-2048速率高，可靠，价格低E1专线中高速数据64-2048速率高，价格比FR更低常用公用通信网比较计算机网络分类（一）局域网：覆盖范围较小，通常限于几公里之内，如一个国办公室、几栋楼、一个大院区。传输速率为101000Mbit/s。局域网主要用来构建一个单位的内部网络，如学校的校园网、企业的企业网等。局域网通常属单位所有，单位拥有自主管理权，以共享网络资源为主要目的。局域网的特点是：4传输速度高；4组网灵活；4成本低。计算机网络分类（二）城域网：覆盖范围通常为一座城市，从几公里到几十公里，传输速度为64Kbit/s几Gbit/s。城域网主要指大型企业、ISP、电信部门、有线电视台和市政府构建的专用网络和公用网络。计算机网络分类（三）广域网：其覆盖范围很大，几个城市，一个国家，甚至全球。广域网主要指使用公用通信网所组成的计算机网络，如因特网(Internet)。广域网的特点是：4地理范围没有限制；4由于长距离的数据传输，容易出现错误；4可以连接多种局域网；4成本高。计算机网络组成网络互连设备广域网局域网局域网连接设备网络服务器网络工作站局域网网络外部设备网络外部设备局域网 网络工作站：计算机网络的用户终端设备，通常是PC机，主要是完成数据传输、信息浏览和桌面数据处理等功能。网络服务器：被工作站访问的计算机系统，是网络的核心设备，通常是一台高性能计算机，它包括了各种网络信息资源，并负责管理资源和协调网络用户对资源的访问。传输设备： 4传输介质：连接发送端和接受端的传输通路，主要有：电缆、光缆、微波等。 4网卡(NIC)：用于连接计算机与线缆。网卡的种类很多，主要与传输介质、传输速度有关。网络外部设备：是网络用户共享的硬件设备之一，如高性能网络打印机、磁盘阵列、绘图仪等。局域网连接设备：将网络工作站、网络服务器、网络外部设备等连接，实现计算机间相互通讯的设备，常用的有交换机、集线器等。网络互连设备：局域网互连：不同类型局域网的互连，可通过网桥和路由器实现。同类局域网的互连，可用中继器实现。局域网与广域网互连：一种是通过数字数据通信网（如ISDN、 DDN、X.25、帧中继）互连，常用路由器实现；一种是通过模拟电话网（如PSTN）互连，常使用访问服务器（Access Server）和调制解调器池（Modem Pool）来实现。网络软件：主要包括以下两种： 4网络操作系统：主要是对网络资源进行有效管理。常用有：UNIX、WindowsNT、Netware。 4网络应用软件：根据应用而开发的基于网络环境的应用系统。常用的有：办公自动化(OA)、管理信息系统(MIS)、数据库管理系统、电子邮件等。 网络传输概念数据通信：是指通过数据通信系统将数据以某种信号的方式从一处安全、可靠地传送到另一处。 数据编码技术：为了便于数据的传输和处理，将数据表示成适当的信号形式。主要的数据编码技术是： 数字数据的模拟信号编码； 数字数据的数字信号编码； 模拟数据的数字信号编码。 传输速率：指每秒能传输的位数，用bit/s表示。 通信操作方式： 一个通信系统至少由三部分组成：发送器、传输介质、接收器。发送器产生信号，经过传输介质传送给接收器，由接收器接收这个信号就完成信号从一端到另一端的传送。根据信号传输方向时间的关系，可以将通信操作方式分成以下三个： 4单工通信：发送器和接收器之间只有一个传输通道，信息单方向从发送器到接收器；如火警，只是将警报发给消防队，而不需要从消防队接收什么消息。44半双工通信：发送器和接收器之间有两个传输通道，信息只能轮流进行双向的传送，在某一时刻只能沿单方向从发送器到接收器；如大楼内的保安通过对讲机传递消息，一位完成讲话，必须释放对讲机的传送键，以便另一位保安能够发出响应。 4全双工通信：发送器和接收器之间有两个传输通道，信息可以同时进行双向的传输。如打电话，交谈的双方任何时候都可以说话。 传输同步方式在计算机通信中，一个最基本的要求是发送端和接收端之间以某种方式保持同步，接收端必须知道它所接收的数据流每一位的开始时间和结束时间，以确保数据接受的正确性。因此，通信双方必须遵循同一通信规程，使用相同的同步方式进行数据传输。同步方式可以分成两个： 异步传输：以字符为单位的数据传输，由于每个字符都要附加1位起始位和1位停止位，以标记字符的开始和结束，因此传输效率低。 同步传输：以数据块为单位的数据传输，每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标志一个数据块的开始和结束。常用同步传输方式有两种： 4面向字符的同步传输： 4面向位流的同步传输：网络传输介质： 传输介质的分类 传输介质是计算机网络最基础的通信设施，其性能好坏直接影响到网络的性能。传输介质可分为两类：有线传输介质（如双绞线、同轴电缆、光缆）和无线传输介质（如无线电波、微波、红外线、激光）。 衡量传输介质性能的主要技术指标有：传输距离、传输带宽、衰减、抗干扰能力、价格、安装等。 有线传输介质的特性比较 4双绞线：双绞线TP（Twisted Pairware）是计算机网络中最常用的传输介质，按其抗干扰能力分为屏蔽双绞线STP（Shielded TP）、非屏蔽双绞线（Unshielded TP）。 在EIA/TIA 568A标准中，UTP共分为15类，计算机网络常用的是3类和5类UTP。如10BASE-T以太网、100BASE-T快速以太网、IBM的令牌网。 4同轴电缆：广泛用于有线电视网CATV和总线型以太网。常用的有75和50的同轴电缆。75的电缆用于CATV，总线型以太网用的是50的电缆，分为细同轴电缆和粗同轴电缆。 4光缆：目前广泛应用于计算机主干网，可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤具有更大的通信容量和传输距离。常用的多模光纤是62.5m芯 /125m外壳和50m芯 /125m外壳。电缆类型电缆类型价格价格安装安装传输速率传输速率传输距离传输距离抗抗电电磁磁干干扰扰性性细缆细缆Thin STP便宜、容易典型10Mbps185米 UTP粗缆粗缆Thick STP Fiber容易典型10Mbps500米 UTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP UTP Thick还算简单典型16Mbps最大500Mbps100米 UTP非非 屏屏 蔽蔽 双双 绞绞 线线UTP最低便宜、容易典型10Mbps最大100Mbps典型100米最差光缆光缆Fiber最高昂贵、困难典型100Mbps最大1000Mbps几 公 里 几十公里最强，无电磁干扰计算机网络的拓扑结构 4物理拓扑：是指组成网络的各部分的几何分布，它不是网络图，只是用图形表述的网络形状和结构； 4逻辑拓扑：描述了成对的可通信的网络端点间的可能连接，它描述了哪些端点可以同其他端点通信，以及可通信的端点间是否有直接物理连接。 常用的物理拓扑和逻辑拓扑三种主要的形式：总线、环型、星型。总线拓扑环型拓扑星型拓扑模块模块2 园区网络园区网络IP地址分配地址分配 . 教学目标 掌握IP地址的分类和作用； 掌握IP地址的应用； 掌握IP子网地址的划分和应用。 2. 工作任务 某学校建的新校区整个校园建设主要有教学楼，实验楼，行政楼，学生公寓。其中教学楼大约有56个节点，行政楼大约共有节点400个，实验楼节点数为500个，宿舍楼预计为800个。现要求为整个校园网规划IP地址。3. 相关实践知识（IP 地址分配） 确定内部网IP地址的类型 规划交换机各端口的IP地址 规划Ethernet端口IP地址 规划服务器IP地址 规划服务器IP地址 规划客户机IP地址 3. 相关理论知识数据通信分类数据通信分类 单播单播Unicast广播广播Broadcast多播多播Muticast OSI参考模型参考模型 OSI的核心是的核心是两个终端用户在远程通讯网络中的两个终端用户在远程通讯网络中的通讯可以分成层，每层有自己的功能集通讯可以分成层，每层有自己的功能集。层与层之间相互独立而又相互依靠层与层之间相互独立而又相互依靠4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层面向用户应用面向用户应用面向数据传输面向数据传输OSI应用层应用层 用户接口用户接口(如如:http,ftp,telnet,dns,dhcp,smtp,pop3,远程远程教育教育,在线考试在线考试,视频点播视频点播)OSI表示层表示层 数据在计算机系统中的表示方法数据在计算机系统中的表示方法(如如:ASCII,JPEG，MPEG)以以ASCII为例为例:“A”表示为表示为41H“a”表示为表示为61H数据的编码解码；数据的加密解密数据的编码解码；数据的加密解密OSI会话层会话层 会话的概念会话的概念:请求方与应答方交换的一组数据流请求方与应答方交换的一组数据流操作系统负责隔离不同的应用数据流操作系统负责隔离不同的应用数据流SQL查询查询OSI物理层物理层 物理层（物理层（Physical layer）主要特点是：）主要特点是：完成相邻结点之间原始比特流的传输。完成相邻结点之间原始比特流的传输。提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、功能与规程的特性。功能与规程的特性。OSI物理层物理层(做线的两种国际标准做线的两种国际标准) 8 1wggbwowbobrwbr1818 1wggbwowbobrwbr1818 1woobwgwbgbrwbr8 1woobwgwbgbrwbrEIA/TIA 568BEIA/TIA 568AOSI物理层物理层(互联网络设备互联网络设备)计算机或路由器计算机或路由器Hub或交换机或交换机异种设备之间：直连线异种设备之间：直连线计算机或路由器计算机或路由器Hub或交换机或交换机同种设备之间：交叉线同种设备之间：交叉线Hub或交换机或交换机计算机或路由器计算机或路由器同种设备之间：交叉线同种设备之间：交叉线直连线：直连线：568A-568A或或568B-568B交叉线：交叉线：568A-568BOSI物理层物理层(HUB工作在物理层工作在物理层)特点特点:1.所有端口同在一个广播域内所有端口同在一个广播域内 2.所有端口共享带宽所有端口共享带宽 3.所有端口同在一个冲突域内所有端口同在一个冲突域内 4.广播式转发数据广播式转发数据ABCDEthernet数据发送机制数据发送机制载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测(CSMA/CD)OSI数据链路层数据链路层数据链路层（数据链路层（ Data link layer）的主要功能：）的主要功能：数据链路的建立与拆除。数据链路的建立与拆除。数据的检错与纠错。数据的检错与纠错。IEEE802模型将模型将OSI的的 L2进行划分进行划分上层上层:逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层(LLC)指明上一层所对应的协议指明上一层所对应的协议底层底层:媒介访问控制子层媒介访问控制子层(MAC)定义了数据发送的机制定义了数据发送的机制,差错检测差错检测OSI数据链路层数据链路层(Ethernet的帧格式的帧格式)数据数据源地址源地址帧检测序列帧检测序列类型类型目的地址目的地址可变可变2664XXXXXX XXXXXX由厂商分配给由厂商分配给设备设备由由IEEE分配给分配给厂商厂商(如如:锐捷网锐捷网络络00-D0-F8)前导位前导位MAC 地址地址8单位单位:字节字节OSI数据链路层数据链路层(数据链路层设备数据链路层设备)特点: 1.交换机的所有端口都在一个广播域内 2.交换机每个端口带宽是独立的 3.交换机每个端口都是独立的冲突域 4.交换机能够识别 L2的控制信息1234OSI网络层网络层1、网络层（、网络层（Network layer)的功能的功能:为互连网中每个设备分配为互连网中每个设备分配逻辑地址逻辑地址互连多种数据链路互连多种数据链路决定数据传输路径决定数据传输路径(根据根据路由信息路由信息)OSI网络层网络层2、 网络层的设备网络层的设备特点特点:路由器每个端口都是独立的广播域路由器每个端口都是独立的广播域路由器每个端口都是独立的冲突域路由器每个端口都是独立的冲突域路由器能够识别路由器能够识别L3的控制信息的控制信息OSI传输层传输层传输层（传输层（ Transport layer）的主要功能）的主要功能:建立建立端到端端到端的连接的连接将上层应用加以区分将上层应用加以区分(端口号端口号)面向连接的可靠服务面向连接的可靠服务(如如:TCP,SPX)或或无连接的不可靠服务无连接的不可靠服务(如如:UDP)OSI传输层（发送数据：数据封装）传输层（发送数据：数据封装）传输层传输层 数据链路数据链路层层物理层物理层 网络层网络层 数据数据数据数据传输层报头传输层报头数据数据网络层报头网络层报头数据数据数据链路层报头数据链路层报头0101110101001000010 表示层表示层应用层应用层会话层会话层数据段数据段Segment数据包数据包Packet比特比特Bit数据帧数据帧FrameOSI传输层（接收数据：数据拆封）传输层（接收数据：数据拆封）数据数据网络层报头网络层报头 + 传输层报头传输层报头 + 数据数据数据链路层报头数据链路层报头传输层报头传输层报头+ 数据数据网络层报头网络层报头数据数据传输层报头传输层报头0101110101001000010传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 表示层表示层应用层应用层会话层会话层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数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层Internet层层物理层物理层数据链路层数据链路层协议栈：利用一组协议完成协议栈：利用一组协议完成OSI所实现的功能。所实现的功能。TCP/IP协议栈：是一组由不同的协议组合在一起构成的协议栈。协议栈：是一组由不同的协议组合在一起构成的协议栈。 TCP/IP协议协议 TCP/IP协议栈协议栈TCP/IP协议（协议（ TCP/IP协议栈功能）协议栈功能）层描述主要协议主要功能应用层http,telnet,ftp,e-mail负责把数据传输到传输层或接收从传输层发来的数据传输层TCP,UDP主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。TCP为两台主机提供可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成会话的小块交给下面的Internet层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据段的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据可靠到达另一端。Internet层ICMP,IP,ARP,RARP主要为数据包选择路由。其中IP是TCP/IP协议栈最为核心的协议。网络层网络层IP地址的分类地址的分类 IP地址构成地址构成1、IP地址功能：地址功能：地址是为了跨越任何数量的网络，跨越互联网，从世界上任何位置找到目的计算机，网关或路由器根据地址将数据帧传送到它们的目的地；直到数据帧到达本地网络，硬件地址才发挥作用。 2、地址分配方案：地址分配方案：地址由位二进制码组成，通常表现为用圆点隔开的个位数字。如：202.101.55.98，这个数字就代表了一个计算机在互联网上的唯一标识。3、子网掩码作用：、子网掩码作用：来确认一个计算机的网络地址。使用个位二进制数表示，某位为“”，则代表该位对应的地址的相应位上的数字表示的是子网标识，用以唯一确定这个子网；否则为计算机地址，用以区分子网中的其他计算机。例如：IP地址：地址：192.168.10.48子网掩码：子网掩码：255.255.255.0 地址192.168.10.0为网络地址，以192.168.10.X为地址的计算机属于一个网段，这些计算机之间的通讯不通过网络或路由器等设备；48为特定计算机的地址，用以与子网192.168.10中的其他计算机相区分。回路地址、网络地址和广播地址1、回路地址网络地址127.x.x.x已经分配给当地回路地址。这个地址的目的是提供对本地主机的网络配置的测试。2、网络地址当I P地址中的主机地址中的所有位都设置为0时，它指示为一个网络，而不是哪个网络上的特定主机。如：192.168.1.03、泛洪广播当I P地址中的所有位都设置为1时，产生的地址255.255.255.255，用于向所有网络中的所有主机发送广播消息。回路地址、网络地址和广播地址4、面向一个网络中的所有主机的广播 如果将I P地址中的所有主机位设置为1，则这将解释为面向那个网络中的所有主机的广播。例：192.168.1.255将对192.168.1.0网段中的所有主机进行广播。路由器隔离广播信息。IP地址的类别地址的类别1、A类地址类地址网络地址：1126(128个可能网络)0.0.0.0缺省地址，用于路由器。 127.X.X.X 测试回送地址主机个数：16,777,216-2 个主机数例：A类IP: 15.230.40.1 255.0.0.0网络主机主机主机0XXXXXXXIP地址的类别地址的类别2、B类地址类地址网络地址：128 1 91(16，384个网络)主机个数：65，536-2 个主机数例：B类IP地址 169.228.240.5 255.255.0.0网络主机主机主机10XXXXXXIP地址的类别地址的类别3、C类地址类地址网络地址：192 223(2,097,152个网络)主机个数：256-2 个主机数例：C类IP地址：198.168.67.2 255.255.255.0网络主机主机主机110XXXXXIP地址的类别地址的类别4、D类地址类地址网络地址：224 239保留用做组播地址，其范围从224.0.0.0到239.255.255.255网络组播组组播组组播组1110XXXXIP地址的类别地址的类别5、E类地址类地址网络地址：240 254保留用做实验用途网络保留保留保留1111XXXXIP地址的类别地址的类别6、三类私有地址10.0.0.0 10.255.255.255172.16.0.0 172.31.255.255192.168.0.0 192.168.255.255IP地址的类别地址的类别6、三类私有地址10.0.0.0 10.255.255.255172.16.0.0 172.31.255.255192.168.0.0 192.168.255.255网络层-IP数据包格式版本号版本号(4比特比特)目的目的 IP 地址地址(32比特比特)其它其它IP控制信息控制信息数据数据生存周期生存周期 (8比特比特)上层协议上层协议 (8比特比特)源源 IP 地址地址 (32比特比特)20字节字节网络层- ICMP(网际信息协议)主要用于主要用于:1.测试目的端的可达性测试目的端的可达性(ping)2.测试到达目的端的路径测试到达目的端的路径(tracert,pathping,traceroute,扩展扩展ping)网络层- ARP(地址解析协议)172.16.3.1以单播回应以单播回应:IP为为172.16.3.2 的的MAC为为0800.0020.1111 172.16.3.2以以FFFF.FFFF.FFFF 询问询问:IP为为172.16.3.2的的MAC（1）本地）本地ARP(一个一个IP网络内网络内)（2）远程）远程ARP(跨越多个跨越多个IP网络网络)传输层传输层TCP(传输控制协议传输控制协议)属于面向连接的网络协议属于面向连接的网络协议UDP(用户报文协议用户报文协议)属于无连接的网络协议属于无连接的网络协议应用层应用层传输层传输层Internet层层物理层物理层数据链路层数据链路层传输层传输层-常见端口号常见端口号FTP TCP 20，21TelnetTCP 23HTTPTCP 80DNS TCP,UDP 53TFTPUDP 69Well-known端口：0-1023注册端口：1024-49151动态或私有端口：49152-65535传输层传输层-TCP段格式段格式源端口号源端口号 (16比特比特)目的端口号目的端口号(16比特比特)顺序号顺序号(32比特比特)应答号应答号 (32比特比特)窗口大小窗口大小 (16比特比特)校验和校验和 (16比特比特)其它其它TCP控制信息（如控制信息（如SYN,ACK等）等）数据数据20字节字节传输层传输层-源源/目的端口号目的端口号目的端口目的端口主机主机 A102823源端口源端口主机主机 B应用客户端使用的应用客户端使用的源端口号源端口号一般为系统中未使用的且一般为系统中未使用的且大于大于1023目的端口号目的端口号为所为所进行的操作进行的操作。如。如telnet为为23。传输层传输层- TCP三次握手过程三次握手过程发送发送 SYN1(seq#=100)接收接收SYN发送发送SYN1, ACK1 (seq#=300 ack#=101)建立连接，建立连接，ACK1(ack#=301)主机主机A主机主机B123接收接收SYN,ACK传输层传输层- TCP工作过程工作过程102823SP.DP.102102Seq.302Ack.102823DP.101101Seq.301Ack.102823SP.DP.102102Seq.301Ack.102823SP.DP.103103Seq.302Ack.SP.hostAhostB传输层传输层- TCP窗口数的应用窗口数的应用Window size = 3发送发送 2Window size = 3发送发送 3Window size = 2发送发送 4Window size = 2发送发送 3接收方接收方Window size = 3发送发送 1ACK 3Window size = 2第三个数据第三个数据段被丢弃段被丢弃ACK 5Window size = 2传输层传输层- UDP段格式段格式源端口号源端口号(16比特比特)目的端口号目的端口号 (16比特比特)其它其它UDP控制信息控制信息数据数据校验和校验和 (16比特比特)8字节字节项目结束