网络的结构设计及协议选择.ppt

第2课 网络的结构设计及协议选择,学习目标：1.网络结构有哪几种？每种结构有什么 优缺点？2.通信协议的作用？常用的有哪几种？每种适合于什么情况？3.OSI模型分几层？每层负责什么任务？4.TCP/IP协议（详细介绍）,2.1 计算机网络的结构设计,本节学习目标：有哪几种基本的网络结构？每种网络结构有什么特点？,1.为什么要学习结构设计？什么是拓扑？,像盖大楼之前要先设计出建筑图一样，在组建一个网络之前也要绘制一个网络的结构图,在网络中，将不同设备根据不同的工作方式进行连接被称作拓扑（Topology）。,了解网络的基本拓扑结构。,2.有哪几种基本的网络拓扑结构？,总线型网络结构 星型网络结构 环形网络结构 网状网络结构,3.每种结构有什么特点？,（1）总线型网络结构,A.概念：,每一台工作站都共用一条通行线路，如果其中一个节点发送了信息，该信息会通过总线传送到每一个节点上（广播式通信）。（图2.1，P28）,B.特点：优点：建网成本低 缺点：仅适用连接较少的计算机 网络的稳定性差,星型网络结构,概念,所有的计算机都直接连接到中心节点上。当一台计算机要传送数据到另一台计算机时，都需要通过中心节点。（图2.5，P31）,B.特点：优点：缺点：,计算机接入或退出网络时不会影响系统的正常工作,中心节点出问题，整个网络就瘫痪,环形网络结构,A.概念 所有计算机连成环状。（图2.7，P32）数据传递的方法叫令牌传递(Token Passing),B.特点：优点：,结构简单,缺点：,任何一台计算机出问题会影响整个 网络,网状网络结构,概念,各节点通过传输线相互连接起来，并且任何一个节点都至少与其它两个节点连接。（图2.9，P33）,B.特点 优点：缺点：,可靠性高,建网费用高 结构复杂 难管理和维护,网络拓扑结构的变体,两种或两种以上的基本拓扑混合而成。如星型总线网络结构(图2.10,P34)、星型环网结构(图2.12，P35),本节小结网络的几种基本结构,2.2 通信协议及选择,本节学习目标：什么是通信协议？它有什么用？（重点讲解）常见的有哪几种协议？每种协议适用与什么情况？如何选择通信协议？,通信协议,为什么需要通信协议？,同学之间的交谈，是否需要通信协议？,例如：“你好吗？”“吗好你？”,通信协议是谈话双方共同遵守的标准和格式，按照这个标准和格式来谈话，大家才能相互理解。,（2）通信协议的概念 通信协议是通信时的一组规则或一个标准。,如我们的语言就是一种协议。我们使用的语言要符合一定的语法（规则），用的词语要表示一定的意义。例如“小明的语文成绩非常好”。,协议的例子,例1.发报,例2.双方打电话时，约定 1：我是一个帅哥！2：我是一个靓女！3：我们交个朋友！,（2）通信协议的作用,使得通信的两台计算机能够互相理解对方信号的意义计算机之间的通信语言。,计算机网络的协议主要服务于通信，所以也称为通信协议。通信协议决定着如何将数据封装打包，以及如何通过网络将数据包传输到目的地，目的计算机（设备）接收到数据包后如何解包获取对方传输过来的信息。,常见的通信协议,主要有：NetBEUI、IPX/SPX、TCP/IP,NetBEUI 协议 IBM公司开发的局域网中的基本协议,特点：优点：在局域网的基本协议中，它的速度 最快。缺点：无法路由。即如果网络中超过了一 个网段，不同网段之间的计算机无 法通信。,网段 在局域网环境中，网段也称子网。（图2.14，P37）,IPX/SPX Novell公司在自己的NetWare网络操作系统中专用的通信协议。,由两部分组成：,SPX:负责通信中的差错管理,IPX:负责选择最佳的路径将数据送到目的地,特点：优点：A.与NetBEUI相比，在复杂环境下 具有很强地适应性。B.具有强大的路由功能。,TCP/IP 美国国防部开发的，目的在于处理不同硬件网络互联的问题的协议。,由两部分组成：,IP：主要负责在主机之间寻址和选择数据包的路由。（选择数据包传输路径）,TCP：提供可靠的、面向连接的数据包传递服务。（保证数据包正确的传输）,特点：优点：A.具有很强的灵活性 B.支持任意规模的网络 C.几乎可连接所有的服务器和工作站 缺点：,A.设置复杂,3.如何选择通信协议？,在组建网络时，要根据网络规模、网络的兼容性、网络管理等方面考虑选择通信协议。,选择尽可能少的网络协议,选择适合网络特点的协议,同时应该遵循以下的原则：,注意协议的一致性,注意协议的版本,2.3 OSI参考模型,本节学习目标：OSI为什么会出现？OSI模型分几层？每层负责什么任务？,OSI为什么会出现？,在早期，各个计算机操作系统厂家按照自己的标准来生产操作系统。,只有同一种操作系统的计算机才能相互连接组成网络。,要把不同操作系统的计算机连接起来，怎么办？,大家遵循共同的标准来生产操作系统,OSI参考模型被提出来了,网络通信是一个很复杂的问题，怎么样去解决这个复杂的问题呢？,-将复杂的大问题分解成一个个小问题去解决，每个小问题都解决了，大问题最后就自然可以解决,网络数据传递 和 社会上存在的邮政系统 类似,2.OSI模型分几层？,标准的OSI参考模型把网络分成七层，从上到下依次是：,应用层 表示层 会话层,传输层 网络层 数据链路层 物理层,OSI参考模型的结构,3.每层负责什么任务？,物理层 负责将二进制的数据流从一台计算机 发送给另一台计算机。如QQ聊天内容.（图2.16，P42）,数据链路层 负责在两个设备之间建立一条可靠的数据传输通道。（图2.18，P44）,网络层 选择信息的路由，保证信息跨子网到达预定的目标。（图2.20，P46）,传输层 用于计算机间的标准化通信，保证 实现数据包在各网络中无差错、按顺序、无丢失和无冗余的传输。,会话层 负责管理远程用户进程和本地进程间的通信。,表示层 负责完成计算机期望的数据格式与网 络需要的数据格式之间的转换。如加密/解密、协议转换等,应用层 为数据库访问、电子邮件、文件传输等应 用程序提供直接服务。,汉字如何在网上传输ASCII码和汉字内码,字符被计算机处理时都是以二进制码的形式出现的，即一个字符对应一个8位二进制数。这种二进制码的集合就是所谓的ASCII码。基本的ASCII码有128个，最高位都是0，对应的十进制数是0-127。键盘上的字符，如英文字母、数字和一些常用符号，使用基本ASCII码部分。如，数字“0”的ASCII码用二进制数表示就是00110000（即十进制数48）。扩展的ASCII码有128个，最高位都是1，对应的十进制数是128-255。,返回,为解决汉字的存储和显示问题，我国制定了国标GB2312，根据GB2312的规定，一个汉字由两个扩展ASCII码组成。这种高位为1的双字节汉字编码就是汉字的机内码，简称为内码。如，汉字“学”的机内码用二进制数表示就是11010001 10100111（即十进制数209和167），用十进制表示就是53671（209256+167）。对于字符，计算机存储和处理的是它的ASCII码，对于汉字，计算机存储和处理的是它的内码，即两位ASCII码。如，字符串“0学0”在计算机中存储的内容是00110000 11010001 10100111 00110000。,返回,2.3.2 OSI环境中的数据传输过程,2.3.3 驱动程序与OSI参考模型,计算机中的硬件都需要相应的驱动程序才能正常工作。网卡工作在物理层和数据链路层，其驱动程序也用来处理该层的数据。(图2.23，P51),交换机,交换机工作在第二层数据链路层,路由器,路由器工作在网络层，其驱动程序用来处理网络层的数据。,2.4 TCP/IP协议的规划与管理,本节学习目标：TCP/IP协议栈分几层？和OSI参考模型的对应关系？全面了解IP地址（重点）TCP端口号及其作用,1.TCP/IP协议栈分几层？和OSI参考模型的对应关系？,（1）TCP/IP协议栈分几层？,4层，从上到下，依次为：,A.应用层,B.传输层,C.互联网层,D.网络接口层,（2）TCP/IP和OSI参考模型的对应关系？参见（图2.24，P52）,IP协议,IP数据报的结构,全面了解IP地址（重点）,（1）为什么需要IP地址？（2）IP地址的表示？（3）IP地址的分类？（4）什么是子网掩码？它有什么作用？（5）了解网关的作用？,（1）为什么需要IP地址？,通过你朋友的地址和姓名,我们给朋友写书信，你的书信为什么能够正确到达你朋友那里？,地址和姓名作用：把你的朋友同其他人区别开,在计算机通信中，我们也需要一个区别于其他计算机的标志,IP地址：网络上一个设备用来区别 于其他设备的标志。,IP地址,（2）IP地址的表示？,A.点分二进制,一个完整的IP地址由32位二进制组成。每8位为一个段，共有4段，段与段之间用“”隔开。如 11000000.01101010.01111110.110000001,点分十进制,把二进制的IP地址转换成十进制,IP地址的构成？,网络ID,主机ID,网络ID：,主机ID：,确定某一特定的网络.不同的网络ID不同。,确定该网络中某一特定的主机,类似信件上的地址和姓名,怎么确定网络ID和主机ID呢？,（3）IP地址的分类？,常用的IP地址分A、B、C三类。,参见表2.1，P55,A.A类IP地址 IP地址类型：网络ID：主机ID：,IP地址的第一个字节的范围是:,网络ID范围：,可容纳的主机数：,1126,224-2,1126,最高位“0”,第一字节,第2，3，4字节,B.B类IP地址IP地址类型：网络ID：主机ID：,IP地址的第一个字节的范围是:,可容纳的主机数：,216-2,128191,前两位为“10”,第1，2字节,第3，4字节,网络ID范围：,128.0191.255,C.C类IP地址IP地址类型：网络ID：主机ID：,IP地址的第一个字节的范围是:,可容纳的主机数：,28-2,192223,前三位为“110”,第1，2，3字节,第4字节,网络ID范围：,IP的例子（1）,IP地址：属于哪一类IP地址？网络ID是什么？主机ID是什么？,B类,136.18,16.133,IP的例子（2）,IP地址：属于哪一类IP地址？网络ID是什么？主机ID是什么？,A类,100,保留的IP地址 为满足像企业、校园网、办公室、网吧等内部网络使用TCP/IP协议的需要，A、B、C类地址中有一部分IP地址保留下来。（表2.2，P56）当使用保留的IP地址的计算机连上Internet时，不会发生冲突。,（4）什么是子网掩码？它有什么作用？,子网掩码概念 和IP地址结构相同，但作用不同。如 255.0.0.0 255.255.255.0,如表2.3，P57,子网掩码的作用,A.确定IP地址中的网络ID和主机ID,B.将一个大的IP网络划分为若干小的子网络,确定IP地址中的网络ID和主机ID,将IP和子网掩码的每位对应起来：子网掩码中 1 的部分标识网络 ID；子网掩码中 0 的部分标识主机 ID。,也即二进制中的“与”运算,二进制的与运算,11000010 与 11110000 11000000,要点：对应位均为1则为1 否则为0,例：,子网掩码：255.255.0.0怎么确定网络ID和主机ID呢？,通过IP地址与子网掩码相与来确定,二进制形式：,子网掩码：255.255.0.0二进制形式：,两者相与：,10101000.10111010.01011001.01011000与 11111111.11111111.00000000.00000000,网络ID是：主机ID是：,10101000.10111010,01011001.01011000,网络ID和主机ID分别是什么呢？,二进制形式：,二进制形式：,两者相与：,1111111与,网络ID是：主机ID是：,1111111,十进制转换成二进制 除2取余！,0,1,0,1,余数,0,返回,200转换成二进制？,10011011,155转换成二进制？,11001000,将一个大的IP网络划分为若干小的子网络 如：,为了便于管理，把上面的A类网络划分为多个子网。能实现吗？,可以！,方法,把子网掩码改了,那么就有254个（即28-2）网络。网络ID从10.010.255,例：将一个有256台主机、网络号为 200.155.192的C类网络分为2个相同的各拥有128台主机的子网。分析：,该C类网络中，主机编号为,解决方法：,将C类缺省的子网掩码变为,子网1：200.155.192.0200.155.192.127,子网2：200.155.192.128200.155.192.255,上面的C类网络被分为：,子网1：200.155.192.0200.155.192.127,网络ID：11001000.10011011.11000000.0,11001000.10011011.11000000.0*与,11001000.10011011.11000000.00000000,0127 二进制表示 0000000001111111,子网2：200.155.192.128200.155.192.255,网络ID：11001000.10011011.11000000.1,128255 二进制表示 1000000011111111,11001000.10011011.11000000.1*与,11001000.10011011.11000000.10000000,网关 在两个不同协议的网络之间做翻译。,TCP/IP网络,IPX/SPX网络,主机名 为了便于记忆而给计算机起的名字,2.4.4 TCP协议,0,31,16,3.TCP端口号及其作用,（1）套接字Socket Socket=IP+TCP或 Socket=UDP+Port 在网络编程中使用到。,（2）TCP端口号 A.TCP端口号有什么用?在咱们使用电脑的过程中，同时运用几个通信软件，如一边上网、一边用QQ聊天。它们为什么能正常工作呢？传送的信息为什么没有混淆在一起呢？,因为TCP为每个应用程序提供了16位端口号,这样的端口号范围为：,0216,常用的端口号和对应的应用程序21 FTP server23 Telnet Server80 Web server（http）110 POP3 server,本章小结,网络结构通信协议3.OSI模型4.TCP/IP协议,补充,Web服务器的建设Ftp服务器的建设说明TCP端口,