当前课程知识点:网络技术与应用 > 附录 > 附录1:综合应用分析 > 综合应用分析
大家好
到现在为止 我们已经完成了所有内容的学习
为了帮助大家树立完整的 整体的网络体系结构的概念
今天通过一个实际的网络应用的实现过程
深入分析应用层消息的封装过程
和两个应用进程之间数据的交互过程
再分析应用层协议之间的关系
特别是DHCP协议和DNS协议
与其它应用层协议之间的关系
今天的内容这样安排
首先简单介绍一下实际网络应用的网络拓扑结构与配置
然后分析一下结点的体系结构和数据的交换过程
这是一个企业网
这个企业网有4个分散在不同地理位置的子网组成
每一个子网通过路由器连接到SDH网中
或者说由SDH互连不同子网上的路由器
然后这个网络通过路由器连接到互联网当中
假定这个网络中的终端A访问网络中的WEB服务器
终端A的网络信息是通过DHCP服务器来分配的
要访问的WEB服务器的域名是通过DNS服务器解析的
为了便于后面讲解
把涉及到终端A访问WEB服务器所要用到的设备留下
把其它的设备删去
并且用这样一个网络拓扑图表示
在这个网络拓扑图当中
路由器R1和R2分别连接两个不同的以太网
我们把它命名为LAN1和LAN2
路由器R2和路由器R1之间由SDH网络互连
然后在LAN1当中连接终端A DHCP服务器和DNS服务器
在LAN2当中连接着WEB服务器
现在要使得网络当中的终端A访问WEB服务器
必须把相应的网络和这些服务器进行相应的配置
假定LAN1分配网络地址192.1.1.0/24
分配这样一个网络地址以后
在LAN1中的终端服务器以及路由器的端口的
IP地址属于这个网络范围之内
假设给R1连接LAN1的端口1分配IP地址192.1.1.254/24
给DHCP服务器分配一个IP地址是192.1.1.1/24
然后给DNS服务器分配192.1.1.2/24
然后给SDH网络分配网络号是192.1.2.0/24
因此路由器R1和R2连接SDH的两个端口的IP地址
就可以进行分配了
假设分配这样两个IP地址
在LAN2当中 连接的WEB服务器
假设LAN2分配的网络号是192.1.3.0/24
给路由器R2和WEB服务器分别分配IP地址
WEB服务器的IP地址为192.1.3.1/24
这样一个IP地址
而路由器R2的端口2的IP地址是192.1.13.254/24
对路由器的端口分配IP地址信息以后
相应的路由器的路由表就有相应的值连路由项
比如路由器R1 直连了两个网络
相应就生成了两项直连路由项
路由器R1的端口1和2分配了IP地址以后
这两个直连路由项就直接生成了
对于路由器R1来说
LAN2不是直连的
它应该生成这样一个路由项
就是到达网络LAN2的下一跳应该是
R2的端口1的IP地址192.1.2.2
这样一个IP地址
这是路由器R1的路由表
同样的道理
可以得出路由器R2的路由表
在这个网络当中
DHCP服务器需要分配给LAN1当中的终端
和其它的终端A等终端分配IP地址信息
比如刚才要求的终端A需要由DHCP服务器来
分配相应的网络信息的
因此 在DHCP服务器当中
要配置相应的信息
假设分配IP地址的范围为192.1.1.6到192.1.1.253
默认网关地址是192.1.1.254
默认网关地址和路由器R1的端口1的IP地址是相同的
这个IP地址作为LAN1的当中的终端以及服务器的默认网关地址
本地域名服务器配置的是192.1.1.2
和DNS服务器的IP地址是相同的
这是网络的配置信息
DNS服务器里要配置对WEB服务器的www.a.com
这个域名的解析
它的地址是WEB服务器的IP地址192.1.3.1
网络的拓扑结构以及它的配置信息已经配置好了
终端A就可以访问WEB服务器了
终端A访问WEB服务器时网络互相通信的话
网络是一个非常复杂的系统
前面讲过
网络的实现过程是分层完成的
大家有没有想过分层是体现在什么地方呢
是一个节点一层还是一个节点包含几层呢
在前面的学习过程当中
有些同学可能会有这样一些误会
可能理解为这个节点完成一层那个节点完成一层
那么 实际上
分层是体现在每一个节点当中
每一个节点的功能都分成若干层完成
比如前面讲过
现在的互联网的分层是通过TCP/IP体系结构完成的
分成了应用层 传输层 网际层和网络接口层
对于终端A来说
它是因为连接在以太网当中
因此终端A还有一部分功能由MAC层和物理层完成
所以终端A分层网络的功能应该分成这些层来完成
因为终端A是直接和用户打交道的
因此它应该有应用层
应用层是用户和网络打交道的唯一接口
对于终端A来说
应用层怎么来实现的呢
用什么软件实现应用层的功能呢
主要包括三个方面
一个是浏览器
让用户输入需要的信息
这是常用的IE浏览器
当然也可以用其它的浏览器
然后还应该有DNS客户端和DHCP客户端
这两个客户端在Windows操作系统当中的服务里找到
DNS客户端和DHCP客户端主要是完成
DHCP地址信息的注册以及修改
DNS是保存 缓存和解析的DNS系统的名称
这是终端A的应用层 它由这样三部分完成
它的传输层是由TCP组件和UDP组件完成
网际层是由一个IP组件完成
IP over以太网也就是网络接口层由ARP组件完成
这三个组件都包含在操作系统的
Internet协议版本4 TCP/IPv4这样一个组件当中
这是组件在网络的属性配置中可以找到
如果卸载这个组件 这个组件没有的话
计算机就没法上网了
这是前面几层的完成
对于终端A来说 因为连接在以太网当中
还应该完成MAC层和物理层的功能
MAC层和物理层的功能是由网卡驱动程序和网卡完成的
网卡是要安装在终端上的
网卡驱动可以在本地连接的属性配置中找到
也就是说一定要安装驱动 终端才能上网
这是终端A
对于路由器来说
它不是直接面向用户的
它是互连两个不同类型的网络
所以路由器没有应用层 也没有传输层
路由器是从网际层开始
网际层以下的功能层都要具备
网际层下面还有网络接口层
网络接口层下面还有专门的端口连接具体的网络
那么还有完成每个网络的封装以及传输的功能
比如对于以太网 它应该有以太网的接口
它这个怎么来实现呢
对于现在的这个路由器来说
一个端口连接以太网
一个端口连接SDH网
网际层由一个IP模块完成
IP over以太网接口由IP over以太网模块完成
IP over SDH接口由IP over SDH模块完成
连接以太网的MAC层和物理层有一个以太网接口模块
这是一个实际模块的照片
然后连接SDH网有一个SDH接口模块
这也是一个实际的连接SDH网络的模块
大家还记不记得 在PT软件当中
配置路由器的物理界面的选项卡当中
左边有这么一列模块供选择
也就是说 路由器当中选择不同的模块
路由器可以和不同的网络连接
比如在左边的众多模块当中
选择其中的这样一个模块
这个模块的名字为NM-1FE-TX
这个模块就可以连接以太网
如果选择HWIC-2T这个模块
就可以和SHD网相连
这就是左边这一列模块的选择
对路由器的配置就是这样
还有一个节点是服务器
服务器的体系结构和客户端的结构的区别主要在应用层
不同的服务器的应用层可能不一样
它的应用软件不一样
比如前面讲的WEB服务器
如果这个服务器是作为WEB服务器使用的话
在应用层就必须安装WEB服务器软件
如果服务器是DNS服务器
那么应用层必须安装DNS服务器软件
如果服务器是DHCP服务器
应用层必须安装DHCP服务器软件
其它的各层和前面介绍的终端A是相同的
通过刚才的介绍
每一个节点的体系结构都有相应的实体完成
这个实体可以是软件 也可能是硬件
也就是说这个节点如果在网络中正常的工作
必须要包含这么多模块所对应的实体
也就是相应的软件和硬件都应该安装上去
如果没有安装完整的这些软硬件实体
终端或服务器就无法和网络中其它设备交互
这是网络当中每一个节点的体系结构
完整地和前面的内容串接起来了
这些配置和体系结构所对应的实体安装好了以后
终端A访问WEB服务器就可以进行了
终端A访问WEB服务器可以分成这么几个过程
第一个是自动配置网络信息的过程
第二个是域名解析过程
第三是TCP连接建立过程
第四是HTTP请求和响应的过程
最后是TCP连接释放的过程
在连接过程之前
终端A要自动获取IP地址
是由DHCP服务器给它分配的
在上网之前还要做一个配置
在网络配置里面 选择自动获得IP地址
这样一个选项
配置了这个以后
终端A启动以后就会进入这样一个过程
我们现在把终端A访问WEB服务器过程当中所交互的节点
全部列在这里
主要包括终端A DHCP服务器 DNS服务器
路由器R1 R2和WEB服务器
首先自动获取网络信息的过程
由终端A和DHCP这样几个交互过程
下面看一下这个交互过程的信息封装过程
首先终端A发送一个DHCP发现报文
下面列出了报文发送过程当中重要的信息
这些信息包括帧类型 源MAC地址 目的MAC地址
源IP地址 目的IP地址以及协议的类型
还有源端口号 目的端口号以及净荷内容
终端A发送DHCP发现报文的时候
应用层消息包括DHCP发现类型和终端A的MAC地址
即终端A的标识符
把这样一个应用层消息通过传输层进行封装
加上UDP报文的首部
然后再传输到网际层
网际层加上IP分组的首部
封装成IP分组
这个IP首部有源IP地址和目的IP地址
因为终端A没有IP地址
因为不知道DHCP的IP地址
因此源IP地址是全0
目的IP是广播地址 是全1
封装成IP分组以后
要在以太网中传输 还要封装成MAC帧
MAC帧当中要有源MAC地址和目的MAC地址
源MAC地址是知道的 是MAC A
目的MAC地址是不知道的
采用广播的方式 是全1
封装成这样一MAC帧以后
传输给DHCP服务器
DHCP服务器接收到发现报文以后
回送一个DHCP提供报文
这个提供报文是数据的净荷字段
是有终端A的MAC地址以及服务器的标识符IP地址信息
还有给终端A预分配的IP地址信息
然后通过服务器的传输层封装成UDP报文
然后通过服务器的网际层封装成IP分组
这个IP分组里面的源IP地址是服务器的IP地址
因为终端A没有分配IP地址
所以目的地址还是个广播地址
然后再封装成MAC帧
因为要在以太网当中传输
那么MAC帧的源MAC地址是服务器的MAC地址
目的MAC地址也是全1
最后 帧的类型是MAC帧
终端A接收到这样一个提供报文以后
发送一个请求报文
然后这个请求报文也是通过这样一层层的封装
封装的过程中
终端A的IP地址和目的IP地址都是采用广播的形式
广播是让有可能有多个DHCP服务器时
其它DHCP服务器也接收到它采用了这个DHCP服务器
给它IP地址的这样一个信息
告诉其它的DHCP服务器
同样 目的MAC地址也是广播地址
最后DHCP服务器发送一个响应报文
在这个响应报文里面
真正地给它分配一个IP地址
这个封装的过程不再详细说了
通过终端A和DHCP服务器之间的数据交换过程
终端A就获得了相应的网络信息
信息中有IP地址 192.1.1.6
默认网关是192.1.1.254
DNS服务器的IP地址是192.1.1.2
这个时候看到终端A已经有IP地址
这个时候 终端A访问WEB服务器
就在浏览器输入WEB服务器的域名
域名是www.a.com
输入域名以后
域名就要通过解析
这个解析就由DNS服务器解析
下面看一下终端A和DNS服务器之间的数据交互过程
我们刚刚看到的是 只知道DNS服务器的IP地址
并不知道DNS服务器的MAC地址
因此首先要进行ARP请求的过程
也就是地址解析过程
把DNS服务器的IP地址解析成DNS服务器的MAC地址
然后才进行DNS的域名解析过程
下面我们看一下 在这个解析过程当中
数据消息的封装过程
首先是终端A给DNS服务器发送一个ARP请求
解析IP地址
然后直接封装成一个MAC帧
然后DNS服务器发送一个ARP响应
把DNS服务器的IP地址转换成MAC地址发送给终端A
终端A就获取了DNS服务器的MAC地址
接下来终端A给DNS服务器发送一个DNS解析请求报文
这个报文里面
终端A把解析报文的类型也就是DNS解析请求
然后把WEB服务器的域名封装成净荷内容
然后经过传输层 网际层分别封装成UDP报文和IP分组
然后再封装成MAC帧
再传输给DNS服务器
然后DNS服务器给终端A发送一个DNS解析响应报文
在这个报文里面
就给出了WEB服务器域名所对应的IP地址信息
那么这个封装的过程就不再详细说了
这是域名解析过程
通过域名解析
终端A获取了WEB服务器的IP地址了
接下来就进入了TCP连接建立过程
在TCP连接建立过程当中
要经过的设备是很多的
首先经过默认网关路由器R1
然后经过R2和WEB服务器
所以首先要把默认网关地址通过ARP
转换成MAC地址 也就是ARP请求和ARP响应
就是终端A和R1之间
然后把TCP连接建立请求传输给路由器1
路由器R1把请求传输给路由器R2
通过SDH网络的点对点信道直接传输给R2
R2到WEB服务器之间
因为IP分组当中只有WEB服务器的IP地址
并没有WEB服务器的MAC地址
因此路由器R2也要经过ARP
获得WEB服务器的MAC地址
然后把TCP连接请求传输给WEB服务器
最后WEB服务器把TCP连接建立的响应
逐步从R2 R1传输给终端A
这是TCP连接的建立过程
那么TCP连接建立以后
就可以进入HTTP请求和响应的过程
因为数据的封装过程前面已经讲了
后面的封装过程基本上是类似的
所以它的详细过程不再讲了
我们来看一下HTTP请求和响应的过程
首先终端A把HTTP请求封装成MAC帧的形式
发送给路由器R1
因为这个时候终端A已经有R1的MAC地址了
然后路由器R1再发送给R2
然后R2再发送给WEB服务器
因为R2也保存了WEB服务器的MAC地址
然后WEB服务器把HTTP响应通过R2 R1
再发送给终端A
HTTP建立响应完成后
接下来数据传输完成后
要进行TCP连接释放过程
这个释放过程有这么几步
首先是终端A发送TCP连接释放请求给R1
然后路由器R1再发送给R2
R2再发送给WEB服务器
然后WEB服务器把TCP连接释放响应通过R2 R1
发送给终端A
前面讲过
WEB服务器也可以给终端发送数据
所以当WEB服务器结束了数据的传输以后
WEB服务器也要发送一个TCP连接释放请求
再通过路由器R1 R2发送给终端A
然后终端A再给WEB服务器发送TCP连接释放响应
到此为止 就完成了整个的数据交换过程
通过刚才的内容
我们详细地介绍了
实际的企业网络中终端A到WEB的数据传输交互过程
终端和服务器的协议的体系结构主要由这几个部分组成
终端和服务器的协议的体系结构主要由这几个部分组成
一个是应用层软件
还有是操作系统
操作系统包含IP组件 UDP组件以及网络接口层的组件
还有我网卡和网卡驱动程序
路由器的协议体系结构由这两个部分组成
一个是操作系统 一个是接口模块
终端访问WEB服务器的过程就是多种协议分工协作的过程
刚才内容中的数据传输过程当中
涉及到ARP协议 DHCP协议 DNS协议等
这些协议相互协调使得网络有条不紊地工作
-课程先导语
--先导语
-1.1 网络内涵
--网络内涵
-1.2 互联网发展过程
--互联网发展过程
-1.2 互联网发展过程--作业
-1.3 交换方式
--电路交换
-- 虚电路交换
--数据报交换
--三种交换方式比较
--html
-1.3 交换方式--作业
-1.4 计算机网络体系结构和协议
--分层结构
--OSI体系结构
-1.4 计算机网络体系结构和协议--作业
-第一讲内容的启示
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-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-2.1 数据传输系统
-2.1 数据传输系统--作业
-2.2 信号
--2.2 信号
-2.2 信号--作业
-2.3 编码和调制
--2.3-1 编码
--2.3-2 调制
-2.3 编码和调制--作业
-2.4 差错控制
-2.4 差错控制--作业
-2.5 传输媒体
--2.5 传输媒体
-2.5 传输媒体--作业
-2.6 Packet Tracer6.2使用说明
-第二讲内容的启示
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-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-以太网发展过程与内容简介
-以太网发展过程与内容简介--作业
-3.1 总线形以太网
-3.1 总线形以太网--作业
-3.2 网桥与冲突域分割
-3.2 网桥与冲突域分割--作业
-3.3 交换式以太网与VLAN
-3.3 交换式以太网与VLAN--作业
-3.4 以太网标准
-3.4 以太网标准--作业
-第三讲内容的启示
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-例题分析
--例题分析
-案例设计
--案例设计
-测验--作业
-本讲内容简介
--无线局域网
-4.1 无线局域网概述
-4.1 无线局域网概述--作业
-4.2 无线局域网应用方式
-4.2 无线局域网应用方式--作业
-4.3 无线局域网MAC层
-4.3 无线局域网MAC层--作业
-4.4 终端接入无线局域网过程
-4.4 终端接入无线局域网过程--作业
-4.5 无线局域网设计和分析
-第四讲内容的启示
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-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-- IP与网络互连
-5.1 网络互连机制
-5.1 网络互连机制--作业
-5.2 网际协议
-5.2 网际协议--作业
-5.3 IP分组传输过程
-5.3 IP分组传输过程--作业
-5.4 路由表建立过程
-5.4 路由表建立过程--作业
-5.5 IP over以太网
-5.5 IP over以太网--作业
-5.6 三层交换机与VLAN间通信过程
-5.7 Internet控制报文协议
-5.7 Internet控制报文协议--作业
-第五讲内容启示
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-案例设计
--案例设计
-例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
--本讲内容简介
-6.1 Internet接入控制机制
-6.1 Internet接入控制机制--作业
-6.2 以太网和ADSL接入技术
-6.2 以太网和ADSL接入技术--作业
-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器
-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器--作业
-6.4 接入综合演示实验
-6.4 接入综合演示实验--作业
-第六讲内容的启示
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-例题分析
--第六讲 例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
--传输层
-7.1 传输层服务特性
--传输层服务特性
-7.1 传输层服务特性--作业
-7.2 端口号
--端口号
-7.3 用户数据报协议UDP
-7.3 用户数据报协议UDP--作业
-7.4 传输控制协议TCP
--TCP特点和格式
-- TCP的几点说明
-7.4 传输控制协议TCP--作业
-第七讲内容启示
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-例题分析
--例题分析
-测验--作业
-本讲内容简介
-- 应用层
-8.1 应用结构
--应用结构
-8.1 应用结构--作业
-8.2 域名解析
-8.2 域名解析--作业
-8.3 动态主机配置协议
-8.3 动态主机配置协议--作业
-8.4 万维网
-- 万维网
-8.4 万维网--作业
-8.5 电子邮件
--html
-8.6 文件传输协议
--html
-例题分析
--例题分析
-案例设计
--CH8 案例设计
-应用层启示
--html
-测验--作业
-本讲内容简介
-9.1 网络安全概述
-9.1 网络安全概述--作业
-9.2 网络安全基础
-9.2 网络安全基础--作业
-9.3 病毒检测与防御技术
-9.3 病毒检测与防御技术--作业
-9.4 以太网安全技术
-9.4 以太网安全技术--作业
-9.5 无线局域网安全技术
-9.5 无线局域网安全技术--作业
-9.6 防火墙
-9.6 防火墙--作业
-9.7 安全协议
--9.7 安全协议
-9.7 安全协议--作业
-例题分析
--例题分析
-防火墙演示实验
-- 防火墙演示实验
-案例设计
--案例设计
-网络安全的启示
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-测验--作业
-附录1:综合应用分析
--综合应用分析
-附录2:Cisco实际设备网络构建与配置
-期末考试--考试试题