计算机网络工程专业PPT

这是一个关于计算机网络工程专业PPT，主要介绍了网络工程概述、计算机网络体系结构、IP地址、网络传输介质、网络中的连接设备、网络工程中常用的网络技术等内容。第1章 计算机网络工程基础马维旻 借鉴软件工程的定义软件工程的定义 1983 年 IEEE 的软件工程定义：“软件工程是开发，运行、维护和修复软件的系统方法”。1993 年 IEEE 的一个更加综合的定义：“将系统化的，规范的，可度量的方法应用于软件的开发 , 运行和维护的全过程，以及对上述方法的研究”。计算机网络工程的含义计算机网络工程是工程的一个子概念，它是在信息系统工程方法和完善的组织机构指导下，根据网络应用的需求，按照计算机网络系统的标准、规范和技术，详细规划设计可行方案，将计算机网络硬件设备、软件和技术系统性地集成在一起，成为满足用户需求、高效性价比的计算机网络系统的组建工作。 简单地说，计算机网络工程就是组建计算机网络的工作，凡与组建计算机网络有关的事情都可以归纳在计算机网络工程中。网络工程与系统集成所谓系统集成，就是通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个分离的设备(如计算机、网络设备)、功能和信息等（服务器、数据库、应用系统）集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理。系统集成应采用功能集成、网络集成、软件集成等多种集成技术，欢迎点击下载计算机网络工程专业PPT哦。

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第1章 计算机网络工程基础马维旻 借鉴软件工程的定义软件工程的定义 1983 年 IEEE 的软件工程定义：  “软件工程是开发，运行、维护和修复软件的系统方法”。 1993 年 IEEE 的一个更加综合的定义：  “将系统化的，规范的，可度量的方法应用于软件的开发 ， 运行和维护的全过程，以及对上述方法的研究”。  计算机网络工程的含义计算机网络工程是工程的一个子概念，它是在信息系统工程方法和完善的组织机构指导下，根据网络应用的需求，按照计算机网络系统的标准、规范和技术，详细规划设计可行方案，将计算机网络硬件设备、软件和技术系统性地集成在一起，成为满足用户需求、高效性价比的计算机网络系统的组建工作。 简单地说，计算机网络工程就是组建计算机网络的工作，凡与组建计算机网络有关的事情都可以归纳在计算机网络工程中。网络工程与系统集成所谓系统集成，就是通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个分离的设备(如计算机、网络设备)、功能和信息等（服务器、数据库、应用系统）集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理。系统集成应采用功能集成、网络集成、软件集成等多种集成技术。 不同之处硬与软的比较 网络工程师偏“硬” 系统的集成（软硬件） 软件工程师偏“软” 系统的开发（软件编程）计算机网络工程的定义定义倾向“软件工程” “将系统化的，规范的，可度量的方法应用于计算机网络的设计 ，运行和维护的全过程，以及对上述方法的研究”。  内容倾向“系统集成” 网络工程的目标、原则、方法和工具 （1）网络工程的目标： 满足客户和系统集成商在时间、费用和质量或性能等方面的不同要求。 （2）网络工程的原则： 是指围绕工程设计、工程支持以及工程管理在网络集成过程中必须遵循的原则，如总体规划分步实施原则、实用性原则、先进性原则、可靠性和安全性原则、灵活性和可扩充性原则、经济性和实用性原则等。 网络工程的目标、原则、过程、方法和工具（3）网络工程的方法： 为网络系统集成提供了“如何做”的技术，是完成网络工程项目的技术手段。网络工程方法依赖于一组基本原则，这些原则控制了每一个技术领域。如安全性原则下的服务器或路由器的安全性配置和实施。 （4）网络工程的工具： 是在网络系统集成的活动中智力和体力的扩展和延伸，为网络工程方法提供了自动或半自动的网络系统集成的支撑环境。但一个工具产生的信息被另一工具使用，就建立了一个支持网络开发环境。例如，网络嗅探器Sniffer产生的信息被利用，可以开发出一个网络管理软件。 网络系统集成的层次从企业信息化建设的角度系统集成共享不同硬件资源应用集成共享不同部分资源信息集成共享不同应用系统资源企业集成共享不同企业实体资源网络系统集成体系结构 网络工程建设的过程 是一个最终能满足需求且达到工程目标的网络集成项目所需要的步骤。基本的网络工程过程包括可行性研究与计划、需求分析、系统设计、系统集成、系统测试及运行与维护等活动。 计算机网络工程的作用计算机网络工程是城市信息化、政府信息化、企业信息化、教育信息化的基础数字化城市建设移动通信网络的建设计算机网络安全体系建设数字广播电视系统建设 …… 网络工程项目的利害关系者客户系统集成商网络工程监理网络工程项目经理网络工程师 系统集成商信息产业部《计算机信息系统集成资质管理办法》文件将集成商分四个等级：一级独立承担国家级及其以下等各类计算机信息系统建设二级独立承担省部级及其以下等各类计算机信息系统建设合作承担国家级计算机信息系统建设三级独立承担中、小型企业级计算机信息系统建设合作承担大型企业级计算机信息系统建设四级独立承担小型企业级计算机信息系统建设合作承担中型企业级计算机信息系统建设网络工程监理主要是对信息系统工程的质量、进度和投资进行监督，对项目合同和文档资料进行管理，协调有关单位间的工作关系的独立企业法人资格的第三方机构，其目的是帮助用户建设一个性价比最优的网络系统信息系统工程监理的等级甲、乙、丙《信息系统工程监理资质证书》 计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试证书（直接在学院报名）考试分5个专业类别：计算机软件、计算机网络、计算机应用技术、信息系统、信息服务。每个专业又分三个层次：高级资格（高级工程师）、中级资格（工程师）、初级资格（助理工程师、技术员）。每年将举行2次考试。每年上半年（今年5月21日）和下半年考试的级别不尽相同。 相关：高级：信息系统项目管理师网络规划设计师 （1年1次） 中级：网络工程师信息系统监理师系统集成项目管理工程师信息系统管理工程师 数据库系统工程师（1年1次）初级：网络管理员程序员 信息处理技术员 CISCO职业认证 CCNA CCNP CCIE 网络工程师的知识和技能(1) 环境支持平台应具备的知识和技能综合布线、强弱点、UPS、机房、安防或智能建筑等基本知识熟悉各种电信线路了解电信的各种信令掌握综合布线系统各部件的组成和连接，以及光缆和电缆的熔接和测量。网络工程师的知识和技能(2) 数据交换和数据传输平台应具备的知识和技能具备网络基本知识，例如：ISO/OSI模型、TCP/IP协议、局域网协议、广域网协议、交换机技术（VLAN、Spanning Tree等）、路由协议等。熟悉Cisco、华为等公司的路由器和交换机的产品线和配置。网络工程师的知识和技能(3) 网络应用基础平台应具备的知识和技能具备服务器的基本知识，例如计算机体系结构、RAID、SCSI。掌握UNIX、Linux或MS Windows等OS安装、配置、使用、管理和排错。掌握Oracle、IBM、HP或DELL等公司的服务器的产品线及IBM/AIX、Linux AS、HP-UX的使用。具备数据库的基本知识，会使用简单的SQL语句，了解数据库复制、数据仓库等概念。掌握Oracle、SQL Server、MySQL、DB2等数据库的安装、配置、维护、排错、复制。熟悉Oracle Application Server、IBM WebSphere和Tomcat等应用服务器在Windows、UNIX或Linux下的安装、配置和维护。网络工程师的知识和技能(4) 网络应用基础平台应具备的知识和技能具备存储和备份的基本知识，特别是网络存储的概念和种类。掌握Oracle、IBM或EMC等公司的存储产品的安装和配置，以及ARC Server、NetBackup等主流备份软件的安装、配置和使用，并熟悉上述数据库的备份策略和方法。理解高可用性的基本知识，掌握IBM HACMP双机服务器系统、Sun Cluster群集系统的安装、配置和维护。基本基本服务器以及MS的Active Directory和LDAP协议的基本知识。掌握Web、FTP、DNS或E-Mail等服务器以及相应客户端软件的安装、配置、使用、管理和排错。基本网络管理和网络协议（SNMP、RMON等）的基本知识，能够使用Cisco Ciscoworks、Nrotel Optivity、HP OpenView等产品，或使用Sniffer等工具软件对网络进行监控和排错。网络工程师的知识和技能(5) 网络应用系统应具备的知识和技能具备常用应用系统的基本知识、如视频点播、视频会议、流媒体、VoIP、ERP/MRP和呼叫中心等的基本概念、协议和组成部分。掌握常用应用系统服务器的软硬件的安装、配置、使用、管理和排错。网络工程师的知识和技能(6) 安全平台应具备的知识和技能具备网络安全的基本知识，熟悉网络安全标准。掌握防火墙、入侵检测系统、VPN系统、加密/解密系统、身份认证系统、日志审计系统、网络杀毒系统、网络安全隔离产品或邮件反病毒、反垃圾邮件系统的安装、配置、使用、管理和排错。网络工程师的知识和技能(7) 项目应具备的知识和技能基本项目管理的基本知识，会使用MS Project等项目管理软件来管理网络工程项目，以及会使用Visio、AutoCAD或Photoshop等制图软件。考核方式实验30分平时成绩20分期末考试50分教材作者：石炎生，羊四清，谭敏生　主编出 版 社：电子工业出版社出版时间： 2007-8-1 ISO/OSI RM ISO/OSI RM分层原则 功能要明确分开层数合适下层对上层是透明的开放系统互连环境 7层模型数据封装与解封开放系统互连参考模型 网络体系结构的基本概念 层次 协议 服务 层次 “整体”与“局部”的关系计算机网络为什么需要分层体系结构？ 采用分层结构的好处协议 每个层次都按照自己的协议进行工作对等实体间按该层协议建立通信关系并进行通信例：建立数据链路过程 服务 服务和协议的区别服务：上下层之间协议：对等实体之间服务通过协议实现几个概念：实体对等实体服务访问点数据单元计算机网络协议、分层、服务和数据封装关系 面向连接和无连接服务 Connection-Oriented Service Connectionless Service “可靠性”和“差错恢复功能”一般是通过确认和重传机制实现的服务类型与服务质量通信协议四种类型： 面向连接与确认服务；面向连接与不确认服务；无连接与确认服务；无连接与不确认服务。 设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型。 网络体系结构的标准化 计算机网络标准化的必要性标准化组织及主要工作 1. 国际标准化组织（ISO） 2. 国际电信联盟（ITU） 3. 电气和电子工程师协会（IEEE） 4. Internet协会ISOC（Internet Society） 数据封装与解封 TCP/IP协议简介 IEEE 802标准系列 局域网的特点 IEEE 802标准系列简介 LAN参考模型与实现模型 LAN层次结构 IEEE 802.3 局域网的特点 共享传输介质覆盖范围拓扑结构速率高、延迟低、差错率低 IEEE 802标准系列简介 LAN参考模型与实现模型 SAP：服务访问点 NSAP：网际服务访问点 MSAP：MAC服务访问点 LSAP：LLC服务访问点 PSAP：物理层服务访问点 A、B、C、D、E、F：上层应用进程实现模型（L&MAN/IM） MDI：依赖于介质的接口 MAU：介质访问单元 PMA：物理介质附件 PLS：物理收发信号 PHY：物理层 MAC：介质服务控制子层 LLC：逻辑链路控制子层 INTNWK：网际层 DTE：数据终端设备 AUI：连接单元接口 LAN层次结构 局限一个局域网时：物理层 + 数据链路层 由于TCP/IP协议使用非常广泛物理层 + 数据链路层 + TCP/IP IEEE 802.3 CSMA / CD 冲突强化信号：jam 物理层 MDI AUI 数据链路层 MAC LLC “1坚持” 在监听到信道空闲时，就以概率1发送数据 专用IP地址（或者称为：保留地址、私有地址） IP地址与网络接口的关系 IP地址与网络接口的关系连接到Internet的每一台主机或路由器至少有一个IP地址； 连接到Internet的任何两台主机或路由器不能使有相同的IP地址； IP地址是与网络接口相关联的，如果一台主机或路由器分别连接到两个或更多的网络上，那么它必须有两个或更多的IP地址。 子网和超网的基本概念为什么要研究子网和超网 IP地址的有效利用率问题 路由器的工作效率问题 子网（subnet） 将一个大的网络划分成几个较小的网络，而每一个网络都有其自己的子网地址； 超网（supernet） 将一个组织所属的几个C类网络合并成为一个更大地址范围的逻辑网络。 划分子网技术的要点是: 标准的A类、B类与C类IP地址是两层结构： net ID - host ID 子网IP地址是三层结构： net ID - subnet ID - host ID 同一个子网中所有的主机必须使用相同的网络号-子网号 net ID-subnet ID 子网的概念可以应用于A类、B类或C类中任意一类IP地址中； 分配子网是一个组织和单位内部的事，它既不要向Internet地址管理部门申请，也不需要改变任何外部的数据库； 在Internet文献中，一个子网也称为一个IP网络或一个网络。掩码的概念子网掩码的概念 子网掩码表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0。 一个B类地址划分为64个子网的例子 子网掩码与子网地址空间的划分方法 划分为3个子网的结构 三级层次的IP地址是：网络号. 子网号. 主机号；第一级网络号定义了网络的位置；第二级子网号定义了物理子网；第三级主机号定义了主机和路由器；三级层次的IP地址，一个IP分组的路由选择的过程为三步：第一步转发给网络第二步转发给物理子网第三步转发给主机。 掩码运算 二进制的IP地址与掩码按位进行“与” 运算的过程 子网地址空间的划分 划分子网就是将一个大网分成几个较小的网络； A类、B类与C类IP地址都可以划分子网；划分子网是在IP地址编址的层次结构中增加了一个中间层次，使IP地址变成了三级层次结构。例：一个大型跨国公司的管理者从网络管理中心获得 一个A类IP地址121.0.0.0； 需要划分1000个子网。 分析：该公司需要有1 000个物理网络，加上主机号全 0 和全1的两种特殊地址，子网数量至少为1002； 选择子网号的位长为10，可以用来分配的子网 最多为1024，满足用户要求。 A类地址子网划分后的结构 划分子网后的地址范围 划分子网后的网点内部结构 采用子网划分的好处：Subnetting 减少网络中不必要的流量通过路由器增加广播域的数量，减小广播域的大小优化网络性能减少流量建立合理的子网简化网络管理如何根据主机的IP地址判断是否属于同一个子网 在划分子网的情况下，判断两台主机是不是在同一个子网中，看它们的网络号与子网地址是不是相同。 实例：主机1的IP地址为156.26.27.71 主机2的IP地址为156.26.27.110 子网掩码为255.255.255.192 判断它们是不是在同一个子网上。 主机1的IP地址与子网掩码做与运算： 主机2的IP地址与子网掩码做与运算： 结论:子网号都是 0001101101，因此它们属于同一个子网。 无类域间路由CIDR技术 Classless Inter-Domain Routing CIDR用区别于传统标准分类的IP地址与划分子网的概念的“网络前缀（network -prefix）”，代替“网络号+主机号” 二层地址结构，形成新的无分类二层地址结构。 CIDR使用网络前缀去代替了标准分类的IP地址的网络号与主机号，也不再使用子网的概念。 CIDR地址采用“斜线记法”，即： <网络前缀>，<主机号>。 CIDR将网络前缀相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。 CIDR 及对应的掩码 为什么没有 “/31” 和“/32” /31 2个IP地址如何给主机分配？ /32 有没有地址可分配？ IP子网0 允许使用第1个和最后一个子网 Cisco命令 ip subnet-zero 举例：对192.168.5.0，占用第4段的2个比特作为网络，可用的子网是：192.168.5.64， 192.168.5.128，如果打开该命令，则还可用子网：192.168.5.0和192.168.5.192 IP子网0（续）举例1 255.255.255.192 (/26) 192 = 11000000 1代表子网 0代表子网中的主机得到4个子网 00000000 = 0 (all host bits off) 01000000 = 64 (all host bits off) 10000000 = 128 (all host bits off) 11000000 = 192 (all host bits off) 子网0 子网64 子网128 子网192 举例2 ： 255.255.255.224 (/27) subnet mask 255.255.255.224 How many subnets? 224：11100000， 2^3 = 8. How many hosts? 2^5 – 2 = 30 What are the valid subnets? 256 – 224 = 32 0， 32， 64， 96， 128， 160， 192， 224 举例2 ： 255.255.255.224 (/27) What’s the broadcast address for each subnet? 31， 63， 95， 127， 159， 191， 223， 255 总结 举例3 ： 255.255.255.240 (/28) subnet mask 255.255.255.240 How many subnets? 240：11110000， 2^4 = 16. How many hosts? 2^4 – 2 = 14 What are the valid subnets? 256 – 240 = 16 0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 举例3 ： 255.255.255.240 (/28) What’s the broadcast address for each subnet? 15 31 47 63 79 95 111 127 143 159 175 191 207 223 239 255 总结举例3 ： 255.255.255.248 (/29) subnet mask 255.255.255.248 How many subnets? 248：11111000， 2^5 = 32. How many hosts? 2^3 – 2 = 6 What are the valid subnets? 256 – 248 = 8 0， 8， 16， 24， 32， 40， 48， 56， 64， 72， 80， 88， 96， 104， 112， 120，128， 136， 144， 152， 160， 168， 176， 184， 192， 200， 208， 216， 224， 232， 240， and 248. 举例3 ： 255.255.255.248 (/29) What’s the broadcast address for each subnet? 7 15 23 31 … 231 239 247 255 总结 举例4 255.255.192.0 (/18) 192 = 11000000 1代表子网 0代表子网中的主机得到4个子网 00000000 = 0 (all host bits off) 01000000 = 64 (all host bits off) 10000000 = 128 (all host bits off) 11000000 = 192 (all host bits off) 举例4 Subnets? 2^2 = 4. Hosts? 2^14 – 2 = 16，382 Valid subnets? 0.0， 64.0， 128.0， and 192.0 举例4 举例5 172.16.0.0 = Network address 255.255.255.0 = Subnet mask (/24) 256-255=1 Hosts = 2^8-2=254 练习 1 172.16.10.33 = Node address 255.255.255.224 = Subnet mask 处于哪个子网？广播地址是多少？练习 2 172.16.88.255/20 处于哪个子网？广播地址是多少？ VLSM 的使用 192.168.10.0 = Network 255.255.255.224 = Mask 举例6：14 个子网（未采用VLSM）举例6： 14 个子网（采用VLSM）主机数与子网掩码的长度表举例7：采用 VLSM 表进行子网划分 A VLSM table A VLSM table creating-topology 练习给定条件 192.168.10.0 ip subnet-zero 超网（路由汇总） Supernet 或Summarization 或route aggregation 将多个网络号通告为1个网络目的减小路由表的大小，这样占用内存少，查找也快 路由汇总举例1 对192.168.16.0 到 192.168.31.0进行汇总 16个子网刚好块大小为16，故采用240 所以用于通告的网络地址（network address）是192.168.16.0，采用的子网掩码为255.255.240.0 路由汇总举例2 对192.168.32.0 到192.168.50.0 进行汇总 18个子网可选的块大小 16， 32 选择块大小为16 32～47 192.168.32.0 ，255.255.240.0 48 到 50 为单个网络通告选择块大小为32 32～63 192.168.32.0 ，255.255.224.0 51 到 63的网络今后会存在路由问题 概述 常用3种传输介质特性与结构示意图 电话用户线路 通信介质 介质连接器 1 同轴电缆 50Ω同轴电缆 75Ω同轴电缆 2 双绞线(Twisted Pair) 双绞线是由两根相互绝缘的铜导线按照一定的规格互相缠绕在一起，并被封装在一个绝缘外套中而形成的一种网络传输介质，是目前建立局域网最常用到的一种布线材料。线被双绞在一起的目的是：如果外界电磁信号在两条导线上产生的干扰大小相等而相位相反，那么这个干扰信号就会相互抵消。 双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，简称STP）和非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，简称UTP）两种。所谓的屏蔽就是指网线内部信号线的外面包裹着一层金属网，在屏蔽层外面才是绝缘外皮，屏蔽层可以有效地隔离外界电磁信号的干扰。 双绞线 分类分贝的计算 分贝是声压级单位，记为dB 。是计量声音强度相对大小的单位，分贝值表示的是声音的量度单位。分贝值每上升 10 ，表示音量增加 10 倍用于表示声音的大小。1 分贝大约是人刚刚能感觉到的声音。适宜的生活环境不应超过4 5 分贝，不应低于1 5 分贝。 0 －2 0 分贝 很静、几乎感觉不到。  2 0 －4 0 分贝安静、犹如轻声絮语。  4 0 －6 0 分贝一般、普通室内谈话  6 0 －7 0 分贝吵闹、有损神经  7 0 －9 0 分贝很吵、神经细胞受到破坏  9 0 －1 0 0 分贝 吵闹加剧、听力受损  1 0 0 －1 2 0 分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。  结构化布线系统 1. 设备间子系统 2. 建筑群子系统 3. 垂直干线子系统 4. 管理子系统 5. 水平子系统 6. 工作区子系统 介质连接器 1. 配线架 2. 终端连接插头／座 3 光纤光纤（Fiber Optic Cable）也称光导纤维，以光脉冲的形式来传输信号，材质也以玻璃或有机玻璃为主。它由纤维芯、包层和保护套组成。 光纤的结构和同轴电缆很类似，但没有网状屏蔽层，中心为一根由玻璃或透明塑料制成的光导纤维，周围包裹着保护材料。根据光信号发生方式的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。 电磁波频谱分布图 光传输的优点频带宽、容量大抗干扰能力强保密性好不存在接地问题使用寿命长尺寸小、重量轻光在光纤中的传播 多模与单模光纤 两种多模光纤和单模光纤的结构和光线传播示意图 单模光纤：由激光作光源，细芯；端难接；色散小，效率高；价格昂贵；适于长距离与高速场合。传输距离长，2公里以上。多模光纤：由二极管发光，粗芯；端接容易；色散大，效率低；价格较便宜；用于短距离与低速场合，2公里以内。光缆 光源 LED LD 光纤接插件 ST光纤连接器外观图 SC光纤连接器外观图 MT-RJ连接器外观及使用示意图 5 介质组网 网卡 同轴电缆组网 双绞线组网光纤组网 粗同轴电缆组网细同轴电缆 双绞线组网 光纤组网d47红软基地