信息与通信网络工程规划与设计-第章

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1、网络工程规划与设计工业和信息化人才培养规划教材Content 第 1 页目录页目录网络工程规划与设计第 2 页过渡页第 3 章网络逻辑设计第 3 章 网络逻辑设计本章学习目标1 12 2掌握IP地址的相关知识，能够进行网络IP地址设置。了解网络的体系结构和网络协议的相关知识。了解和掌握网络拓扑结构的相关知识，能够进行网络拓扑结构设计。第 3 章 网络逻辑设计本章知识结构过渡页3.13.1 网络拓扑结构设计3.23.2 计算机网络协议3.33.3 IP地址规划和域名确定3.43.4 实践项目第 3 章第 6 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计 计算机网络的拓扑结构是指网络上计算机或设备与传输

2、媒介形成的“节点”与“线”的物理构成模式。网络的节点有两类：一类是转换和交换信息的转接节点，包括节点交换机、集线器和终端控制器等；另一类是访问节点，包括计算机主机和终端等。连接在网络上的计算机、大容量的外存、高速打印机等设备均可看做是网络上的一个节点，也称为工作站。“线”则代表各种传输媒介，包括有形的和无形的。第 3 章第 7 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.1 常见的网络拓扑结构网络拓扑结构，是指网上计算机或设备与传输媒介形成 的 “节点”与“线”的物理构成模式。节点有两类：一类是转换和交换信息的转接节点，包括节点交换机、集线器和终端控制器等；另一类是访问节点，包括计算机主机和

3、终端等。连接在网络上的计算机、大容量的外存、高速打印机等设备均可看作是网络上的一个节点，也称为工作站。线则代表各种传输媒介，包括有形的和无形的。第 3 章第 8 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.1 常见的网络拓扑结构 常用的拓扑结构：总线型星 型环 型网 状第 3 章第 9 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.1 常见的网络拓扑结构 采用一个信道作为传输媒体，所有站点通过相应的接口直接连到一个公共传输媒体，即总线上。任何一个站发送的信号都沿着传输媒体传播，而且被所有其它站接收。总线拓扑结构是一种共享通路的物理结构。这种结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局域网的连

4、接，总线一般采用同轴电缆或双绞线。总线型拓扑结构第 3 章第 10 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.1 常见的网络拓扑结构 一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。中央节点实行集中式控制，因此中央节点相当复杂，而其它各个站点的通信处理负担却很小。这种结构一般适用于局域网，特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。星型拓扑结构安装容易、结构简单、费用低，通常以集线器作为中央节点。星型拓扑结构第 3 章第 11 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.1 常见的网络拓扑结构 环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结

5、构。信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备，每一台设备都配有一个收发器，信息在每台设备上的延时时间是固定的。这种结构特别适用于实时控制的局域网系统。环型拓扑第 3 章第 12 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.1 常见的网络拓扑结构 树型拓扑结构与总线拓扑结构相比，主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆，用于军事单位、政府部门等上、下界限相当严格和层次分明的部门。树型拓扑结构容易扩展、故障也容易分离处理，但整个网络对根的依赖性很大，一旦网络的根发生故障，整个系统就不能正常工作。树型拓扑结构第 3 章第 13 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计

6、3.1.1 常见的网络拓扑结构 不规则型拓扑的构形不规则，节点之间的连接是任意的。大多数情况下，一个 节点至少和两个以上的节点相连。当所有 节点之间均有直达通路连接时，就成为全 连通的网络拓扑。优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响。这是由于节点之间有许多条相连，可以为数据流的传输选择适当的路由，一旦出现故障，信号可绕过失效的部件或过忙的节点。不规则型拓扑 不规则型拓扑结 构的网络协议也较复杂，成本比较高，但可靠性高，在主干网中使用较多。第 3 章第 14 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.2 网络的分层设计 当网络系统规模非常庞大时，仅仅使用一种拓扑结构是不够的。这时，网络拓扑结构常

7、常采用分层的设计方法。核心层汇聚层接入层网络拓扑结构分3个层次第 3 章第 15 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.2.1 网络的分层设计第 3 章第 16 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.2.1 网络的分层设计核心层是整个网络系统的主干部分，而把分布在不同位置的子网连接到核心层的是汇聚层，在网络中，直接面向用户连接和访问网络的部分是接入层。在大规模的网络系统中，常采用三层拓扑结构设计，而在中小规模的网络中，可以将核心层和汇聚层合并。对于只有几十台计算机的小型网络，可以不必采用分层拓扑结构设计。第 3 章第 17 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.2 网络的分层设

8、计1核心层设计核心层是网络的高速主干网，主要连接全局共享服务器和建筑楼宇的配线间设备。其主要功能是提供地理上远程站点之间的广域网连接。核心层为下两层提供优化的数据传输功能。核心层的设备主要是路由器和具有路由功能的三层交换机。由于核心层处于主干网络，而主干网络技术的选择要根据地理距离、信息流量和数据负载等来确定，核心层通常承担网络40%60%的信息流，所以应该选择光纤作为核心层的传输介质。第 3 章第 18 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.2 网络的分层设计2汇聚层设计汇聚层位于核心层和接入层中间，主要任务是提供与流量控制、安全及路由相关的策略。汇聚层将分布在不同位置的子网连接到核

9、心层网络，实现路由汇聚功能。汇聚层的存在与否与网络规模大小相关。当建筑物内的网络节点较多，超过了一台交换机的端口密度，就需要增加交换机来扩充端口，这时就需要汇聚交换机。交换机之间可以采用级连或者堆叠方式来连接，然后再与汇聚交换机相连，如图所示。第 3 章第 19 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.2 网络的分层设计汇聚层与接入层相连的两种方式汇聚层的设备选择相对比较容易一些，采用100 1000 Mbit/s交换机即可。但汇聚层容易出现网络瓶颈，所以设计人员要对汇聚层交换机的网络流量进行预测。第 3 章第 20 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.2 网络的分层设计 接入

10、层是直接面对终端用户的，接人层将终端用户计算机连接到网络中，为用户提供在本地网络访问互联网的能力。接入层通过接入二级交换机技术来实现连接到汇聚层。接入层的设备有网卡、集线器与交换机（10100Mbit/s）。一般采用100Base-TX快速交换式以太网，采用10 100 Mbit/s自适应传输速率到用户桌面，传输介质一般为5类或超5类双绞线。3接入层设计第 3 章第 21 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.3 网络的分层设计思考：在网络连接中，分别在什么情况下需要对交换机采用级连方式和堆叠方式来进行连接？第 3 章第 22 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.3 网络拓扑

11、结构设计在网络拓扑结构设计中，除非是在规模非常小的网络中，否则通常会将几种拓扑结构联合使用。当然这需要根据各种拓扑结构的特点和实际情况来选择。在网络系统内的站点可用多种方法物理连接，每种连接方式都有其优缺点。可按下面的标准来比较这些结构之间的差异。（1）安装成本。物理连接系统站点的成本和费用、传输介质的选择和硬件接口的确定，以及初始投资和后期维修的费用。（2）通信成本。从站点M发送消息到站点N的时间及费用。（3）有效性。不管连接或站点是否出错，数据能被访问的程度，并且在出现故障后能够易于诊断和维修。第 3 章第 23 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.3 网络拓扑结构设计 对于小型

12、校园网络，如果整个网络信息相对流量比较大且信息点比较集中，主干网可以采用千兆以太网技术。而对信息量较小、信息点比较分散的校园网采用快速以太网连接方式，其校园网络拓扑结构如图所示。1小型校园网组网方案及拓扑结构第 3 章第 24 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.3 网络拓扑结构设计 在中型校园网络组网方案中，终端用户数目相对较多，网络所涉及的应用系统也相对比较复杂，所以网络主干技术选型上采用1 000 Mbit/s以太网或更高的以太网。中型校园网络拓扑结构如图所示。2中型校园网组网方案及拓扑结构第 3 章第 25 页网络逻辑设计 3.1网络拓扑结构设计3.1.3 网络拓扑结构设计

13、在大型校园网络设计中，网络主体采用双核心交换机冗余结构，且网络骨干速率为1 000 Mbit/s。大型校园网络系统对网络安全性的要求非常高，要求网络结构有一定的冗余性。因此，在网络主体上配置Switch 500G交换机，互为备份。二级主要楼宇采用双链路上连到网络中心，任何时刻任意一条上连通路因为意外出现事故，另一条通路会立即激活，保证网络畅通。3大型校园网组网方案及拓扑结构第 3 章第 26 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次 计算机网络根据一定的拓扑结构连接成物理网络之后，为了实现网络通信，物理网络要遵循一定的规则和协议，只有按照一定的逻辑结构体系才能够实现互连

14、互通。最初的计算机网络存在众多的体系模型，网络之间通信互连极其困难和低效。为了解决不同体系结构网络的互连问题，国际标准化组织ISO于1981年制定了开放系统互连参考模型（OSI）。第 3 章第 27 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次 这个模型把网络通信的工作分为7层，它们由低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。OSI网络层次示意图第 3 章第 28 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次物理层（Physical Layer），其规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链

15、路连接，为它的上一层提供一个物理连接。在这一层，数据的单位为比特（Bit）。物理层是OSI模型的最低层，也是OSI分层结构体系中最重要、最基础的一层，它是建立在通信介质基础上的，它直接面向传输介质，实现设备之间的物理接口，为数据链路层提供一个传输原始比特流的物理连接。通过通信介质实现二进制比特流的传输，负责从一台计算机向另一台计算机传输比特流（0和1）。物理层的主要设备包括中继器和集线器。第一层物理层第 3 章第 29 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重

16、发等。数据链路层的主要设备包括交换机和网桥。第二层数据链路层 数据链路层（Data-Link Layer），在物理层提供比特流服务的基础上，负责在两个相邻节点间的线路上，无差错地传送以帧（Frame）为单位的数据，负责建立、维持和释放数据链路的连接，向网络层提供可靠透明的数据传输服务组帧。该层的数据的单位为帧，数据帧是存放数据的有组织的逻辑结构，每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息，含有源站点和目的站点的物理地址。第 3 章第 30 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次 网络层（Network Layer），其任务就是选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及

17、时传送。在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网，网络层通过将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息源站点和目的站点地址的网络地址，选择合适的网络路由和交换节点，来保证数据及时地传送。网络层的数据的单位为数据包（Packet）。第三层网络层第 3 章第 31 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次 传输层（Transport Layer），是整个协议层次的核心。该层是处理信息的层，该层的数据单元也是数据包。但是，当在使用TCP等具体的协议时又称为数据段（Segments），在使用UDP

18、协议时称为数据报（Datagrams）。这一层负责获取全部信息。因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其他在传输过程中可能发生的危险。传输层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。第四层传输层第 3 章第 32 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次 会话层（Session Layer），这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。第五层会话层第 3 章第 33 页网络逻辑设计 3.2计算机

19、网络协议3.2.1 计算机网络的层次 表示层（Presentation Layer），这一层主要解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法，即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩、加密和解密等工作都由表示层负责。第六层表示层第 3 章第 34 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.1 计算机网络的层次 应用层（Application Layer），该层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层的协议包括Telnet、FTP、HTTP和SNMP等。第七层应用层第 3 章第 35 页网络逻辑设计

20、3.2计算机网络协议3.2.2 计算机网络协议 计算机网络协议（Protocol）是有关计算机网络通信的一整套规则，或者说是为完成计算机网络通信而制订的规则、约定和标准。计算机网络的运行是多个协议相互配合作用的综合结果，一套完整的计算机协议合在一起叫做“协议栈”。第 3 章第 36 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.2 计算机网络协议第 3 章第 37 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议 常见的网络协议有TCP/IP、IPX/SPX、NetBEUI。这3个协议也是我们常说的网络三大协议。另外还有DECnet、FDDI、IEEE802局域网和无线网络协议等。下

21、面具体介绍几种常用的网络协议。第 3 章第 38 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议 TCP/IP是一个协议族，包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议，这些协议被一起统称为TCP/IP。TCP/IP中最重要的是网络层的IP和传输层的TCP。TCP/IP 定义了电子设备（如计算机）如何连入Internet，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP是一个4层的分层体系结构。高层为传输控制协议，它负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。底层是网际协议，它处理每个包的地址部分，使这些数据包正确的到达目的地。TC

22、P/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）被称为传输控制协议/互连协议，又叫网络通信协议，是Internet最基本的协议，也是Internet国际互联网络的基础，是使用最广泛的网络协议。第 3 章第 39 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议TCP/IP协议集第 3 章第 40 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议TCP/IP是三大协议中最重要的，没有它就无法上网，任何和Internet有关的操作都离不开TCP/IP。同时，TCP/IP也是三大协议中配置起来最麻烦的，通过局域网访问I

23、nternet，就要详细设置IP地址、网关、子网掩码、DNS服务器等参数。TCP/IPTCP/IP直接表现为IP地址，这是一个由4段数字组成的数字串，如202.118.120.3。这4段数字是由二进制数换算得来的，每段数都由8个二进制数组成，因此每段数字的范围为0255。TCP/IP通过子网掩码来表示网络上哪部分IP地址属于同一子网。例如，地址202.118.120.X的计算机属于同一子网，其中X的取值范围为1254。若要使用TCP/IP，必须首先对网络节点设置有关的IP地址、网关以及子网掩码等参数。第 3 章第 41 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议IPX/SPX

24、本来是Novell开发的专用于NetWare网络中的协议，但是由于现在大部分可以联机的游戏都支持IPX/SPX协议，所以IPX/SPX协议也变得常用。虽然这些游戏通过TCP/IP也能联机，但是通过IPX/SPX协议会更加方便省事，不需要任何设置。IPX/SPXIPX（Internet Work Packet Exchange）是一个专用的协议簇，它主要由Novell NetWare操作系统使用。IPX是IPX协议簇中的第三层协议。SPX（Sequenced Packet Exchange Protocol）是 Novell 早期传输层协议，为Novell NetWare 网络提供分组发送服务。

25、在局域网中用得比较多的网络协议是IPX/SPX。第 3 章第 42 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议NetBEUI是NetBIOS协议的增强版本，曾被许多操作系统采用，如Windows for Workgroup、Windows 9x系列、Windows NT等。NetBEUI协议是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议，安装后不需要设置，特别适合于在“网上邻居”传送数据。所以建议除了TCP/IP之外，局域网的计算机最好也安上NetBEUI协议。NetBEUINetBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，这既是其最大的优点，也是其最大的缺点。因为它不需要附加的网络地址和网络

26、层头尾，所以传输速率很快并很有效，适用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境。第 3 章第 43 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议DECnet是一种基于数字网络体系结构的较为全面的分层网络体系结构，它支持大量的所有者和标准协议。当前使用较为广泛的两种DECnet版本分别为DECnet Phase IV和DECnet Phase V。DECnet协议DECnet Phase IV DNA类似于OSI参考模型，同样采用了分层结构，只是它被分为8层。DECnet Phase IV DNA规定了上面4层提供用户交互服务、网络管理能力、文件传输和会话管理等功能。上面

27、4层分别为：用户层、网络管理层、网络应用层和会话控制层。第 3 章第 44 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议FDDI是于80年代中期发展起来一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多，且因为它只支持光缆和5类双绞线，所以使用环境受到限制，从以太网升级更是面临大量移植问题。FDDI随着快速以太网和吉比特网技术的发展，FDDI使用的越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤，它比快速以太网及现在的100 Mbit/s令牌网传输介质要贵许多，然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问，所以FD

28、DI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用第 3 章第 45 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议IEEE 802局域网协议 IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）制定的IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、无线等），以及在传输介质上传输数据的方法，还定义了传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循IEEE 802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些用来建立局域网的组件。第 3 章第 46 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.3 常用网络协议无线

29、网络协议IEEE 802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbit/s。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE又相继推出了IEEE 802.11a和IEEE 802.11b两个新标准，前者已经成为目前的主流标准，而后者也被很多厂商看好。第 3 章第 47 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.4 网络协议的选择1网络协议的选择要符合其特点每种网络协议都有其独特的优势，但也有一定的限制。如果网络需要用路由器连接，那么就不能采用NetBEUI协议，而是采用TC

30、P/IP或者NetWare。但是如果网络组建的目的主要是共享，那么NetBEUI协议就是不错的选择。如果从NetWare迁移到Windows 2000，或者两个平台共享时就可以选择IPX/SPX及其兼容的协议。但是从高效、可扩展性等方面考虑，TCP/IP还是比较理想的选择。网络协议的选择需要遵循的原则第 3 章第 48 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.4 网络协议的选择2注意选择网络协议的版本即使是相同的协议，不同的版本所需要的环境也可能不一样，为了保证其协议能应用到用户所需要的网络环境中，需要注意其版本。网络协议的选择需要遵循的原则第 3 章第 49 页网络逻辑设计 3.2计算机

31、网络协议3.2.4 网络协议的选择3注意所选协议的一致性如果两台计算机通过不同的协议进行通信时，可能造成许多不利的影响，这也会影响到网络的稳定和安全，所以要尽量保持协议的统一。网络协议的选择需要遵循的原则第 3 章第 50 页网络逻辑设计 3.2计算机网络协议3.2.4 网络协议的选择4尽量不要选择多种网络协议除非特殊情况否则选择一种网络协议就足够了，尽量不要选择多种协议。因为协议也会占用部分资源，而且过多的协议还会使计算机的网络性能下降，同时也不方便管理。网络协议的选择需要遵循的原则第 3 章第 51 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定计算机网络就是用物理链路将各个孤立的工作站和主

32、机相连组成数据链路从而达到资源共享和通信的目的。在Internet上，每一个节点都依靠唯一的IP地址互相区分和相互联系，因此，为网络中的每一个节点确定域名和网络地址是非常重要的。第 3 章第 52 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名1IP地址和网络域名网络是基于TCP/IP进行通信和连接的，TCP/IP让复杂的物理网络看起来像一个单一的、无缝连接的系统，让全球范围内的不同硬件结构、不同操作系统、不同网络系统互连起来。TCP/IP为网络上的每一台主机设定一个唯一标识的、固定的IP地址，从而实现网络互连互通，同时也区别网络上成千上万个用户和计算机。由于IP地

33、址是数字标识，使用时难以记忆和书写，因此在IP地址的基础上又发展出一种符号化的地址方案来代替数字型的IP地址。每一个符号化的地址都与特定的IP地址对应，这样网络上的资源访问起来就容易得多了。这个与网络上的数字型IP地址相对应的字符型地址，就被称为网络域名。第 3 章第 53 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名1IP地址和网络域名域（Domain）是域名空间的一棵子树，这个域的名字是子树顶部节点的域名，而且一个域本身还可以再划分为多个子域（Subdomian），每个域都有一个域名（Domain Name），域名由点（.）分隔的标号序列表示。例如，“”表示中

34、国（cn）哈尔滨师范大学的WWW服务器（www），“”表示中国（cn）教育科研网（edu）哈尔滨师范大学（hrbnu）的邮件服务器（mail）。第 3 章第 54 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名1IP地址和网络域名域名顶级域名二级域名三级域名第 3 章第 55 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名1IP地址和网络域名二级域名是指顶级域名之下的域名，在国际顶级域名下，它是指域名注册人的网上名称，如ibm、yahoo、microsoft等；在国家顶级域名下，它是表示注册企业类别的符号，如com、edu、gov、net

35、等。我国在国际互联网络信息中心（Inter NIC）正式注册并运行的顶级域名是CN，这也是我国的一级域名。在顶级域名之下，我国的二级域名又分为类别域名和行政区域名两类。类别域名共6个，包括用于科研机构的ac；用于工商金融企业的com；用于教育机构的edu；用于政府部门的gov；用于互联网络信息中心和运行中心的net；用于非盈利组织的org。而行政区域名有34个，分别对应于我国各省、自治区和直辖市。第 3 章第 56 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名1IP地址和网络域名三级域名使用字母（AZ，az）（大小写不区分）、数字（09）和连接符（）组成，各级域名

36、之间用实点（.）连接，三级域名的长度不能超过20个字符。第 3 章第 57 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名2从IPv4到IPv6现在的IP地址设计方案都是遵循IPv4的编址标准。IPv4 是由互联网之父文顿瑟夫创建的互联网通信协议，从而让全球的计算机可以互相连接起来。IPv4地址为32比特（bit），通常用4个点分十进制数表示。但是随着互联网用户的不断增加，IPv4 地址逐渐趋于耗尽和枯竭。互联网名称与数字地址分配机构（ICANN）曾预计，IPv4地址会在2011年8月耗尽。对此有专家认为，如今世界各国对于物联网发展的强调，以及各种智能终端的普及是I

37、Pv4地址加速枯竭的重要原因，而唯一的解决途径是更换新一代IP：IPv6。第 3 章第 58 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名2从IPv4到IPv6IPv6（Internet Protocol Version 6）是IETF设计的用于替代现行版本IP（IPv4）的下一代IP协议。IPv6地址的长度为128位，也就是说可以有2128的IP地址，相当于10的后面有38个0；如此庞大的地址空间，足以保证地球上每个人都拥有一个或多个IP地址。IPv6地址有几种表示格式，第一种格式是将IPv6的128 位地址按每16位划分为一段，每段被转换为一个4位十六进制数，

38、并用冒号隔开，这种表示法叫冒号十六进制表示法，如2007：1000：0001：0000：0000：0000：0000：1231。第 3 章第 59 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名2从IPv4到IPv6现在的IP地址设计方案都是遵循IPv4的编址标准。IPv4 是由互联网之父文顿瑟夫创建的互联网通信协议，从而让全球的计算机可以互相连接起来。IPv4地址为32比特（bit），通常用4个点分十进制数表示。但是随着互联网用户的不断增加，IPv4 地址逐渐趋于耗尽和枯竭。互联网名称与数字地址分配机构（ICANN）曾预计，IPv4地址会在2011年8月耗尽。对此

39、有专家认为，如今世界各国对于物联网发展的强调，以及各种智能终端的普及是IPv4地址加速枯竭的重要原因，而唯一的解决途径是更换新一代IP：IPv6。第 3 章第 60 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.1 IP地址规划和域名1IP地址的表示IP地址可以用二进制表示，也可以用十进制表示。例如，11001010 01110111 00000010 11000111，用十进制可以转换为202.119.2.199。一个IP地址由网络地址和主机地址两部分组成，如图3-10所示。网络地址用来标识互联网中一个特定的物理网络；主机地址用来标识某一个网络中的一台特定主机。整个Internet上的

40、每个计算机都依靠各自唯一的IP地址来标识。第 3 章第 61 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.2 IP地址的表示和分类2IP地址的分类网络号主机号A类网络号主机号B类网络号主机号C类多播地址D类01 01 1 01 1 1 0保留未用E类1 111第1个字节(07)第2个字节(815)第3个字节(1623)第4个字节(2331)第 3 章第 62 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.3 公用地址和专用地址1公用IP地址所谓“公用地址”就是大家都可以使用的地址，因为是大家都可以使用，为了避免同时使用而发生冲突，所以这类地址通常需要由专门的机构向申请用户统一提供

41、。如果用户与Internet是直接（路由）连接的，则必须使用公用地址。如果用户与Interne是间接（代理的或转换的）连接的，则可以使用公用地址，也可以使用专用地址。如果Intranet没有以任何方式连接到Internet，则可以使用任何单播IPv4地址。但是，如果Intranet曾直接连接到Internet，则应当使用专用地址，以防止网络重新编号。第 3 章第 63 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.3 公用地址和专用地址2专用地址在IP地址空间中，有一些IP地址被定义为专用地址，这样的地址不能分配给Internet的设备，只能在企业内部使用，因此也被称为私有地址，这些地址

42、不会与公用地址空间重叠。第 3 章第 64 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.3 公用地址和专用地址2专用地址类类网络地址网络地址网络数网络数A 10.0.0.01B 172.16.0.0 172.31.0.016C 192.168.0.0 192.168.255.0256第 3 章第 65 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.3 公用地址和专用地址3特殊IP地址（1）组播地址。在IP地址空间中，有的IP地址是不能给设备分配的，有的IP地址不能用在公网，有的IP地址只能在本机使用。（2）受限广播地址。IP地址的二进制数全为1，也即255.255.255.255

43、，则这个地址用于定义整个互联网。（3）直接广播地址。网络中最后一个地址为直接广播地址，也即主机号（HostID）全为1的地址。主机使用广播地址把一个IP数据报发送到本地网段的所有设备上，路由器会转发这种数据报到特定网络中的所有主机上。第 3 章第 66 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.3 公用地址和专用地址3特殊IP地址（4）IP地址是0.0.0.0。这个IP地址在IP数据报中只能用作源IP地址，这发生在当设备启动时但又不知道自己IP地址的情况下。该地址被称为未指定的IPv4地址，用来表示地址缺失。（5）环回地址。127网段的所有地址都称为环回地址，主要用来测试网络协议是否

44、工作正常。（6）169.254.x.x如果你的主机使用了DHCP功能自动获得一个IP地址，那么当你的DHCP服务器发生故障，或响应时间太长而超出了一个系统规定的时间，Windows系统会为你分配这样一个地址。如果你发现你的主机IP地址是一个诸如此类的地址（169.254.X.X），很不幸，十有八九是你的网络不能正常运行了第 3 章第 67 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置根据IP编制特点，为网络中所有参与通信的实体或者网络设备分配合适的IP地址，从而连接互联网。在网络中，由于IP地址资源紧张，为了避免不必要的浪费，引入了子网的概念，利用子网掩码将网络划

45、分为一些子网段。下面介绍如何划分子网和设置子网掩码。第 3 章第 68 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置（1）子网划分子网可以按照场点和部门个数来划分，也可以按照每个场点或者部门最大的主机数划分。现实中，经常将两种方式结合使用。子网划分采用从主机地址最高位借位的方式，从而变为子网地址，剩余的主机位数则仍是主机的地址位。子网配置第 3 章第 69 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置划分子网的具体步骤如下。决定子网借用的主机位数，并确定子网掩码。主机地址借位数：N主机地址借位后剩下的位数：M主机地址位数：M+N子网数

46、：2N子网所能容纳的主机数量：2M-2根据子网数2N来确定M、N，从而确定子网中可以容纳的主机数量2M-2。然后确定子网掩码。一般默认子网掩码：A类子网掩码为255.0.0.0；B类子网掩码为255.255.0.0；C类子网掩码为255.255.255.0子网掩码的格式：A类子网掩码为255.M.0.0；B类子网掩码为255.255.M.0；C类子网掩码为255.255.255.M。确定所有子网的网络地址和直接广播地址。对每个子网列出其IP地址范围。子网配置第 3 章第 70 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定例：将192.168.1.0/24 划分为4个小网段 将主机位划到网络位v

47、 每段可用的每段可用的IP地址是：地址是：192.168.1.1 192.168.1.62192.168.1.65 192.168.1.126192.168.1.129 192.168.1.191192.168.1.193 192.168.1.254可用的网段是：可用的网段是：192.168.1.0192.168.1.64192.168.1.128192.168.1.192子网掩码是：子网掩码是：255.255.255.192(/26)192.168.1.00000000192.168.1.000000000000010110101111192.168.1.00000000=192.168.1

48、.0 子网号子网号(子网地址子网地址)192.168.1.00000001=192.168.1.1192.168.1.00000010=192.168.1.2192.168.1.00000011=192.168.1.3 有效主机地址有效主机地址192.168.1.00111100=192.168.1.60192.168.1.00111101=192.168.1.61192.168.1.00111110=192.168.1.62192.168.1.00111111=192.168.1.63 广播地址广播地址 192.168.1.0 192.168.1.011000000.10101000.000

49、00001.0000000011000000.10101000.00000001.00000000 192.168.1.192.168.1.000000000000000011000000.10101000.00000001.11000000.10101000.00000001.00000000000000002424位位8 8位位2626位位6 6位位借两位借两位第 3 章第 71 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定子网划分举例例：C类网络192.168.1.0，主机号部分的前三位用于标识子网号，即：11000000 10101000 00000001 xxxyyyyy子网号为全“

50、0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6个子网，子网地址分别为：11000000 10101000 00000001 00100000 -192.168.1.32 11000000 10101000 00000001 01000000 -192.168.1.64 11000000 10101000 00000001 01100000 -192.168.1.96 11000000 10101000 00000001 10000000 -192.168.1.128 11000000 10101000 00000001 10100000 -192.168.1.160 11000000 10101

51、000 00000001 11000000 -192.168.1.192第 3 章第 72 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定子网掩码计算上例中：网络号24位，子网号3位，总共27位。所以子网掩码为：11111111 11111111 11111111 11100000 即 255 .255 .255 .224 缺省子网掩码：A类：255.0.0.0 B类：255.255.0.0 C类：255.255.255.0例：C类网络192.168.1.0，主机号部分的前三位用于标识子网号，即：11000000 10101000 00000001 xxxyyyyy网络号+子网号新的主机号部分第

52、 3 章第 73 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定子网地址计算子网掩码（逻辑与运算（and）IP地址，结果就是该 IP地址的子网（网络）地址。例如：IP地址192.168.1.203，子网掩码255.255.255.224 11000000 10101000 00000001 110 01011 11111111 11111111 11111111 111 00000 11000000 10101000 00000001 110 00000子网地址为：192.168.1.192 第 3 章第 74 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定 根据划分各个子网的子网掩码值是否相同可

53、分为：根据划分各个子网的子网掩码值是否相同可分为：划分的各个子网的子网掩码值都相同。划分的各个子网的子网掩码值都相同。根据每个物理网络实际的主机数量来确网掩码值都根据每个物理网络实际的主机数量来确网掩码值都 不相同。不相同。第 3 章第 75 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定通常规划一个网络时通常规划一个网络时如下：如下：1)确定需要划分的子网数量确定需要划分的子网数量(设为设为m)。2)确定被划分网络地址主机部分的位数。确定被划分网络地址主机部分的位数。3)根据子网数量，确定子网部分所需的位数根据子网数量，确定子网部分所需的位数n，n满足不等满足不等式式2nm+2。4)计算子网掩

54、码计算子网掩码 5)确定每一个子网的地址范围确定每一个子网的地址范围定长子网掩码第 3 章第 76 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定假设某机构已经得到一个假设某机构已经得到一个C类网络地址类网络地址200.68.10.0。要。要划分成划分成6个子网，计算子网地址、子网掩码及每个子网中的主个子网，计算子网地址、子网掩码及每个子网中的主机地址范围。机地址范围。2n6+2第 3 章第 77 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定网络中网络中如下：如下：1)按每个子网所含主机地址数从小到大排列。按每个子网所含主机地址数从小到大排列。2)计算每个子网所需主机部分位数。计算每个子网所需主

55、机部分位数。3)对主机部分位数以从小到大的顺序对子网号进行编码。对主机部分位数以从小到大的顺序对子网号进行编码。4)划分得到的子网地址和子网掩码。划分得到的子网地址和子网掩码。变长子网掩码第 3 章第 78 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置（2）子网划分与确定子网掩码实例如果分配给某一个网络C类地址202.119.2.0，网络中总共有200台主机，划分为4子网，如何对其进行子网划分？子网配置第 3 章第 79 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置解答：从问题中可以知道：子网数2N=4，则：主机地址借位数N=2；由于

56、该网络是C类网络，则主机地址位数M+N=8，则：主机地址借位后的位数M=6；子网所能容纳的主机数量：2M-2=26-2=64-2=6250（注：网络中共有200台主机，划分为4个子网，平均每个子网要能够容纳50台主机；减去2是去掉子网全部为1和0的地址，62远大于50）。所以此种子网划分可行。子网配置第 3 章第 80 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置根据上面的子网划分，可以确定子网IP地址的配置情况。子网配置注：子网全为0的，用于定义本主机，子网全为1的用于广播。第 3 章第 81 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划

57、与配置IP地址分配方式（1）静态分配IP地址。静态分配IP地址是指给网络中的每台计算机分配一个固定公用的IP地址。采取静态分配IP，网络中的IP地址可能不够分配。如果IP地址数量足够大，大于网络中计算机数量就可以使用，或者网络中存在特殊的路由器或者服务器时，也可以采用。（2）动态分配IP地址。如果网络中的有多台计算机不会同时上网，就可以动态分配IP地址。当然如果计算机数量太大，这种方式也有局限性。第 3 章第 82 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置（3）网络地址转换有一种情况需要特别注意，如果网络没有以任何方式连接到Internet，则可以使用任何IP

58、地址。但如果网络需要连接到Internet，就应当使用公用地址或专用地址转换技术，以防止非法IP地址暴露在公网之上。为了让使用专用IP地址的计算机能够访问 Internet，必须使用网络地址转换（NAT）和路由。NAT能够把使用专用IP地址的客户端计算机连接到使用公共IP地址的Internet。这需要有两个接口（或网络适配器）来隔离本地网络（使用专用IP地址）和Internet（使用公共IP地址）。这两个接口是必需的，因为两个网络之间的请求必须通过路由器服务或设备进行传送。当路由器接收到请求时，它在两个接口之间转发这些请求。NAT服务帮助把IP地址从源网络到目标网络转换成正确的合法地址。IP地

59、址分配方式第 3 章第 83 页网络逻辑设计 3.3IP地址规划和域名确定3.3.4 IP地址规划与配置IP地址的获得可以通过手工配置TCP/IP选项或者使用动态主机配置协议（DHCP）自动获取。客户端还需要配置的项目包括子网掩码、网关地址、DNS地址等。以Windows操作系统来看，Windows为TCP/IP客户端提供了几种配置IP地址的方法，用于满足用户对网络的不同需求。IP地址配置方法具体采用哪种IP地址分配方式，可由网络管理员根据网络规模和网络应用等具体情况而定。（1）手工分配。（2）自动分配。第 3 章第 84 页网络逻辑设计 3.4实践项目项目介绍 该校园网络建设的需求明确之后，

60、接下来要针对网络需求分析的情况来进行网络的逻辑设计，内容包括设计网络拓扑结构、规划网络域名空间和分配IP地址。第 3 章第 85 页网络逻辑设计 3.4实践项目项目目的通过实践项目，掌握网络的逻辑设计，学会网络拓扑结构的设计和网络IP地址的规划。第 3 章第 86 页网络逻辑设计 3.4实践项目操作步骤1网络拓扑结构的分析和规划1 12 23 3（1）根据前面对该校所进行的需求分析和该校的实际情况，该校园网络拓扑结构采取分层的方式进行设计，从核心层、汇聚层和接入层角度来进行设计。该校园网以校园网络中心机房和图书馆的主机房作为两个中心节点，从而向外辐射连接，与校内的各个部门和单位等主要节点组成主

61、干网络，而其他校区也作为主节点连接校区内的其他汇聚节点，然后与主校区的中心节点连接。第 3 章第 87 页网络逻辑设计 3.4实践项目操作步骤1网络拓扑结构的分析和规划该校园网络主干网络的拓扑结构图第 3 章第 88 页网络逻辑设计 3.4实践项目操作步骤1网络拓扑结构的分析和规划（1）接入层设计。在各个办公楼和教学楼中，每层组建一个虚拟局域网，连接到一台二层交换机上，然后每幢教学楼再连接到汇聚层交换机上。在学生寝室楼中，每一层也组建一个虚拟局域网，连接到一台二层交换机上，然后每幢寝室楼的局域网络再连接到汇聚层交换机上。图书馆按照不同的电子阅览室组建虚拟局域网，然后向上连接到核心交换机上。（2

62、）汇聚层设计。汇聚层按照教学楼、办公楼和学生寝室楼分布，为每一个虚拟局域网之间选择路由，使它们能够相互通信，以及在相互间设置访问控制。另外，汇聚层对所有虚拟局域网所使用的私有地址都能进行地址转换，使局域网中每台计算机都能将其内部私有地址转化为合法的IP地址，访问外部网络。（3）核心层设计。核心层位于学校网络中心机房，使用三层交换机将资源服务器、图书馆服务器以及其他各部门交换机聚合连接到网络中心。第 3 章第 89 页网络逻辑设计 3.4实践项目操作步骤2网络域名分配统集成的设计（1）首先申请域名。（2）校园网络管理中心分配域名。第 3 章第 90 页网络逻辑设计 3.4实践项目操作步骤3网络网

63、络IP地址的规划地址的规划1首先进行子网划分，然后根据不同的网段来分配不同的IP地址。根据上网计算机数量的多少来确定是采取静态IP地址分配还是动态IP地址分配。由于校园网络各办公楼中计算机数量有限，所以采用静态IP地址分配，而学生公寓中上网计算机数量多，所以采用动态分配IP地址的方式。第 3 章第 91 页网络逻辑设计 3.4实践项目操作步骤3网络网络IP地址的规划地址的规划1 以学生宿舍楼为例分配IP地址。假设学校校园网络管理中心为学校宿舍楼分配IP地址，每幢宿舍楼假设有6层，每层分配一个C类IP地址，每个C类地址对应254个连续可用的主机IP地址，这些地址都在同一个虚拟子网内。每个寝室预分

64、配5个IP地址，每层楼不会超过50个寝室，学生寝室子网掩码统一为255.255.255.0。其起始IP地址的选择方法为以本宿舍楼的IP地址为基础，在其第3段加上本寝室所在的楼层号，第4段的计算方法是本寝室所在的房间号乘以5。第 3 章第 92 页网络逻辑设计 3.4实践项目操作步骤1例如，学生第4公寓的IP地址是192.168.200.0，网关地址是192.168.200.1，那么该公寓中213寝室的IP地址设置方法是213寝室的楼层2，在192.168.200.0的第3段数字200上加2，成为192.168.202.0。然后再在192.168.202.0的第4段0上加13乘以5，成为192.168.202.65。因此寝室213的IP地址范围是192.168.202.65192.168.202.69。3网络网络IP地址的规划地址的规划谢谢大家！t h e e n d网络工程规划与设计l i y i n l i n g l y l 1 2 6.c o m