网络工程设计与系统集成(杨威)第1章

网络工程设计与系统集成2012.10NetworkEngineeringDesignandSystemIntegration（2ndEdition）©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第2页2019/8/6网络工程设计与系统集成强调网络设计原理突出系统集成实践案例学习贯穿全书网络工程设计与系统集成网络体系结构与协议园区网工程需求分析园区网工程概要设计网络工程项目管理综合布线技术与实践高速局域网技术与系统集成网络路由技术与系统集成服务器技术与系统集成IPv6技术与系统集成局域网安全技术与应用电子政务网络系统解决方案网络工程设计基础网络系统设计与集成实践网络运行维护网络性能测试网络性能优化网络故障检测网络故障排除网络系统评估©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第3页2019/8/6问题思考回顾计算机技术类课程，系统集成思想对计算机系统的作用联想你熟悉的“工程项目”，设想计算机网络工程包含的内容©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第4页2019/8/6学习目标了解系统集成的发展和层面，理解网络工程设计和系统集成概念。掌握网络系统结构与协议的基本知识，会使用OSI与TCP/IP对比，分析实际网络体系结构。了解智能DNS工作原理，理解IP协议要点与使用规范。理解域名系统表示与域名解析方法。熟练掌握IPv4子网地址设置与子网掩码设置。了解系统集成体系结构和系统集成步骤，理解网络结构特点与区别。基本掌握网络各种结构的使用范围。第1章绪论©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第5页2019/8/6本章重点：●网络系统集成内容和步骤●OSI与TCP/IP体系结构和协议●使用OSI与TCP/IP对比，分析实际网络体系结构●IPv4子网划分与子网掩码●本章难点：●IPv4子网划分与子网掩码●智能DNS工作原理第1章绪论©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第6页2019/8/61.1.1网络工程概念网件工程（NetworkEngineering，NE）是从整体出发，合理规划、设计、实施和运用计算机网络的工程技术。根据网络组建需求，综合应用计算机科学和管理科学中有关的思想、理论和方法，对网络系统结构、要素、功能和应用等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优实施和最优管理的目的。1.1网络工程概述©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第7页2019/8/6网络工程设计概念网络工程设计是按照用户组网需求，从网络综合布线、数据通信、系统集成等方面综合考虑，选用先进网络技术和成熟产品；为用户提供科学、合理，实用、好用、够用的网络系统解决方案；为网络系统集成提供技术文档和工程实施依据。1.1网络工程概述©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第8页2019/8/61.1.2系统集成的概念系统（System）的意思是“体系，制度，体制，秩序，规律，方法”。集成（Integration）的意思是“成为整体，组合，综合，一体化”。集成可以表示将单个元件组装成一台设备或一种结构的过程。例如，将大量的晶体管组成一个“集成”电路。集成也可以表示由某种规则的相互作用形式而联结的部件组合体，即有组织的整体。例如，将软件的多个功能模块组合成“一体化”系统，使整体系统从一个程序到另一个程序能够共享命令和信息流。这种软件被称为是“集成”软件。1.1网络工程概述©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第9页2019/8/6网络系统集成是在信息系统工程方法的指导下，根据网络应用的需求，将网络硬件设备、系统软件和应用软件等产品和技术，系统性地集合在一起，成为满足用户需求的、较高性价比的计算机网络系统。1.1.3网络系统集成的发展•网络系统集成主要朝着互联和高速的方向发展LAN-LAN互连和LAN-WAN的互连网络已经具有了“网格（grid）”的雏形•网络集成正朝着高速率、大容量的方向发展局域网速度已经从共享式10Mbps升级到交换式100Mbps~1000Mbps，甚至已达到10Gbps。©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第10页2019/8/61.网络软硬件产品的集成网络信道采用传输介质（电缆、光缆）组成，网络通信平台采用信息交换和路由设备（交换机、路由器、收发器）组成，网络信息资源平台采用服务器和操作系统组成。1.1.4网络系统集成的层面2.网络技术的集成全双工交换式以太网、1000Mbps以太网、10Gbps以太网，第三层交换，虚拟个人网（VPN，VirtualPrivateNetwork），双址（源地址、目标地址）路由，双栈（IPv4、IPv6）路由，多路（CPU）对称处理，网络附加存储（NAS）、区域存储网络（SAN），Client/Server模式、Browser/Server模式和Browser/Application/Server模式，分布式互连网应用结构等。3.网络应用的集成DNS，WWW，E-mail，FTP，VOD（视频点播），杀毒软件（网络版），网络管理与故障诊断系统等©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第11页2019/8/6•网络协议•语法、语义和时序•体系结构•完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务1.2.1网络协议与结构1.2网络体系结构与协议©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第12页2019/8/61.2网络体系结构与协议体系结构服务定义协议规格应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层信源信宿对等层通信网络高层通信子网二进制传输（）介质访问接入寻址和最短路径端到端的连接主机间通信数据表示处理网络应用1.2.2OSI模型©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第13页2019/8/6PDU与数据封装OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元（ProtocolDataUnit，PDU）。传输层及以下各层的PDU有各自特定的名称：传输层——数据段（Segment），网络层——分组数据报文（Packet），数据链路层——数据帧（Frame），物理层——二进制比特流（Bit）©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第14页2019/8/6数据多层封装与拆封应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层信源信宿数据数据数据段头数据网络头段头数据网络头段头数据幀头幀尾011101000011000010100101111010110封装拆封©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第15页2019/8/61.TCP/IP协议(1)协议集1.2.3TCP/IP体系结构FTPHTTPSMTPDNSSNMPTFTPTCPUDPIPInternetEthernetTokenRingManyLANsandWANsFTP–文件传输协议；HTTP-超文本传输协议；SMTP–简单邮件传输协议；DNS–域名解析服务系统；TFTP-一般文件传输协议；SNMP-简单网络管理协议；TCP–文件传输控制协议；UDP-用户报文协议；IP–网际互连协议。©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第16页2019/8/6TCP/IP模型TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网际层（internet）网络接口（networkinterface）©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第17页2019/8/6TCP/IP体系结构及功能应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transport网络层Network数据链路层DataLink物理层PhysicalTCPUDPICMPIPARP网络接口层（Ethernet,802.3,802.5,FDDI等）ApplicationSessionHTTPSMTPDNSFTPTFTPOSI参考模型TCP/IP协议数据数据数据TCP头数据IP头TCP头数据IP头TCP头数据幀头幀尾011101000011000010100101111010110TCP/IP数据封装与拆封封装拆封©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第18页2019/8/6TCP/IP的应用层应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。应用层传输层网络接口网际层文件传输●FTP、TFTP、NFS电子邮件●SMTP、POP3WWW应用●HTTP远程登录●Telnet、rlogin网络管理●SNMP名字管理●DNS©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第19页2019/8/6TCP/IP的传输层传输层的两项主要功能：流量控制：通过滑动窗口实现；可靠传输：由序号和确认来实现。传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第20页2019/8/6应用层传输层网络接口网际层面向连接的●TCP无连接的●UDP传输层提供了两种传输协议©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第21页2019/8/6TCP/UDP端口号TCP和UDP都用端口(socket)号把信息传到上层。端口号指示了正在使用的上层协议。FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP应用层传输层保留的端口号：＜255，公共应用255-1023，公司＞1023，未规定©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第22页2019/8/6应用层传输层网络接口网际层●IP●ICMP●ARP●RARPTCP/IP网际层的四个主要协议TCPUDP617IP传输层网际层IP数据报的协议域确定目的端的上层协议©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第23页2019/8/6（1）网络接口层。该层是整个体系结构的基础部分，负责接收IP层的IP数据报，通过网络向外发送；或接收处理从网络上来的物理帧，抽出IP数据报，向IP层发送。（2）网络互联层。该层是整个体系结构的核心部分，负责处理互联网中计算机之间的通信，向传输层提供统一的数据报。（3）传输层。该层是整个体系结构的控制部分，负责应用进程之间的端到端通信。传输层定义了两种协议：传输控制协议TCP与用户数据报协议UDP（4）应用层。该层是整个体系结构的协议部分，它包括了所有的高层协议，并且总是不断有新的协议加入。TCP/IP体系结构各层的功能©人民邮电出版社2010.4普通高等教育“十一五”国家级规划教材第24页2019/8/6网际控制报文协议（ICMP）ICMP消息被封装在IP数据报里，用来发送差错报告和控制信息。ICMP定义了如下消息类型：目的端无法到达（Destinationunreachable）数据报超时（Timeexceeded）数据报参数错（Parameterproblem）重定向（Redirect）回声请求（Echo）回声应答（Echoreply