【大学课件】计算机网络基础.ppt

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1、,第6章 计算机网络基础 计算机网络概述 数据通信基础 计算机网络协议 网络互连设备 常用的网络操作系统 局域网与广域网 Internet简介,http:/ 计算机网络概述,计算机网络(技术)是现代计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科。 1.计算机网络的概念 计算机网络（Computer Network) 就是将地理上分散布置的具有独立功能的多台计算机（系统）或由计算机控制的外部设备，利用通信手段通过通信设备和线路连接起来，按照特定的通信协议进行信息交流，实现资源共享的系统。,http:/ （1）以单机为中心的远程联机系统； （2）多个计算机通过通信线路互联的计算机网络；

2、 （3）体系结构标准化的计算机网络； （4）因特网时代 。,http:/ （1）网络连接对象：两台以上的、功能独立的计算机。 （2）通信介质：介质分为有线和无线。 （3）通信协议：通信中各种规定的集合。 （4）以资源共享为目的：硬件、软件和数据资源。,http:/ （2）通信线路和通信设备 ； （3）网络协议 ； （4）网络软件，,http:/ （2）数据通信； （3）分布计算处理。,http:/ 局域网 (LAN，Local Area Network) 这种类型的网络工作范围在十几米到1公路左右，如：同一个房间、一幢楼房或一个校园之内。 广域网 (WAN，Wide Area Network)

3、 其工作范围在几十公里到几千公里，它可以在一个省、一个国家内，或者跨越几个洲，遍布全世界。 城域网MAN（Metropolitan Area Network） 介于局域网和广域网之间的网络。城域网是一种大型的局域网，因此使用类似于局域网的技术，它可能覆盖一个城市。传输速率通常在10Mbps以上，作用距离在10到50公里之间。,http:/ 有线网络与无线网络两大类。 有线计算机网络：采用通常的双绞线、同轴电缆或光导纤维（简称光纤）。 无线计算机网络：采用大气电磁波传输技术，有微波、红外线和激光。无线计算机网络又包括无线局域网络、无线广域网络以及卫星通信三种类型。,http:/ 有对等网络、专用

4、服务器和客户机/服务器（C/S）模式三类。 对等网络模式。各台计算机既可以作为网络服务器，为其它计算机提供资源；也可以作为工作站，以分享其它服务器的资源； 专用服务器模式。有一台专用文件服务器存放应用程序和数据，所有的工作站都以该服务器为中心； 客户机/服务器模式。服务器是网络的核心，为客户机提供网络必须的资源，客户机依靠服务器获得所需要的网络资源。,http:/ 网络的拓扑结构是指抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象成为“点”，把网络中的通信媒质抽象为“线”，从而抽象出了网络系统的几何构型。 （2）网络的拓扑结构重要性 网络的拓扑结构对于网络的性质、成本、可靠性都有很大的影响

5、。,http:/ 总线结构 环型结构 树型结构 网状结构,http:/ 星型结构的特点：星型拓扑结构简单，便于管理和维护；星型结构易扩充，易升级；对中心结点的要求比较高，一旦出现故障，全网瘫痪。,http:/ 总线型结构特点：组网比较简单，扩展网络的结点也比较简单。但对网络的连接较高，一个结点出问题，将影响整个网络。,http:/ Ring）。双环结构的网络有光纤分布式数据接口（FDDI）。 特点：在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好；可扩充性和可靠性都差。,http:/ 易于扩展，可靠性高；根结点的依赖性大，根结点出现故障，将导致全网

6、不能工作。,http:/ ，这种结构中的每一个结点和另一个之间至少有两条链路。大型互联网一般都采用这种结构，例如：我国的教育科研示范网CERNET、国际互联网Internet的主干网都采用网状结构。,http:/ ，可靠性高； 因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，但路经选择比较复杂；结构复杂，不易管理和维护；适用于大型广域网； 线路成本高。,http:/ 数据通信基础 1.基本概念,数据通信系统是计算机网络系统中重要的一部分，是通过传输介质将数据从一个地方传送到另一个地方的电子系统。通信过程中，数据以信号的形式出现。 通信系统可以概括为5个组成部分，基本模型如图：,http:/ 调制器（Mo

7、dulator）指调制设备; 解调（Demodulation）指接收端将模拟信号还原成数字数据信号的过程; 解调器（Demodulator）指解调设备; 调制解调器(Modem)指同时具有调制和解调功能的设备; 数字数据调制的基本方法有：幅移键控、频移键控和相移键控.,http:/ （2）数字数据模拟信号传送。数字数据变成模拟信号进行传送，接收端进行解调。因此，若双方计算机都安装调制解调器（MODEM）即可进行双向的数据通信。 （3）数字数据数字信号传送。数字信号编码：用一定电压值来表示“0”和“1”。 （4）模拟数据数字信号传送。实际中常使用的形式。计算机应用中采用A/D、D/A装置来实现模

8、/数、数/模转换。,2. 数据的传送,http:/ 同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元/比特起止时刻和速率来接收数据；数据传输的同步技术有：同步方式和异步方式 （1）同步方式：是一种传送效率较高的通信方式，可以成块地传送数据或字符；有二进制位的同步（或收发双方传输由专门的时钟脉冲同步）和数据帧的同步两种： （2）异步方式：传送时加上起始位和校验位，收方根据收到的跳变判定起始以取得同步。这种方式中，字符之间间隔可以不等，这种通信方式效率比同步方式低，但价格便宜易于实现。,http:/ 波特率：线路中每秒传送的波形的个数，其单位为baud 两者的换算关系为： 比特率 = 波特率 log 2

9、N N为一个脉冲信号表示的有效状态数。,数字信号,模拟信号,4.传输速率,http:/ 非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP） 组网方便，价格最便宜，应用广泛 五类双绞线最大传输率为100Mbps 传输距离小于100米,同轴电缆 基带同轴电缆：速率10Mb/s，传输距离1000m 宽带同轴电缆：速率20Mb/s，传输距离100km 它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆,5.数据传输介质,(1)有线传输介质,http:/ 多模光纤：由发光二极管产生用于传输的光脉冲，通过内部的多次反射沿芯线传输。可以存在多条不同入射角的光线在一条光纤中传输。 单模光纤：使用激光，光线与芯轴平行，损耗小，

10、传输距离远，具有很高的带宽，但价格更高。在2.5Gb/s的高速率下，单模光纤不必采用中继器可传输数十公里。,光纤和光端设备,http:/ 是一种直接交换方式。发送点与接收点之间构成一条实际连接的专用物理线路。,分组交换,报文交换,电路交换,报文交换,以报文为交换单位，临时选择通信网络中的一条线路传送数据。,分组交换 将报文划分成一个个平均大小保持不变的小组作为交换单位，其他与报文交换相同。 分组交换是计算机网络中广泛使用的交换技术。,6.数据交换技术,数据交换技术有三类:,http:/ 计算机网络协议,通俗地讲通信协议就是通信语言。 在网络系统中，为了保证通信双方能正确而自动地进行数据通信 ，

11、针对通信过程的各种问题 ，制定了一组约定和规则，这些约定和规则的集合称为协议。 在网络中需要进行通信的计算机都要遵守相同的通信协议。通信协议规定通信什么时候开始，什么时候结束；规定通信的数据的格式。如果通信的双方没有共同的通信协议，通信就不能同步地进行，或者由于数据格式的不一致，彼此不能理解对方的数据中所包含的信息，使得通信实际上还是不能进行。,http:/ 为了解决不同网络之间的互联问题，国际标准化组织制定了开放系统互联参考模型，即通常所说的OSI/RM。这个参考模型将网络的通信功能分解为七个层次，规定了每个层次的具体功能。详见下图。,http:/ 应用层是网络和用户的接口，为用户提供各种网

12、络服务，例如电子邮件服务，文件下载服务等。 表示层解决用户信息的编码，加密。会话层负责通信的会话管理，通信的双方只有建立了会话连接，才能够真正的实现通信。,http:/ 运输层负责将高层传递下来的报文向对方传送，负责报文的准确传输。运输层协议也是在计算机中执行，并负责将报文送到通信网中进行物理的传输。 应用层、表示层和会话层成为7层模型中的高层，高层协议在双方的计算机中执行。,http:/ 数据链路层负责信息在相邻结点间的正确传递，一般是属于局域网的协议。 物理层则是负责二进制数据流的正确传送。网络层、数据链路层和物理层协议的正确执行，才能保证信息在通信网中的正确传送。 OSI模型的1-4层主

13、要决定数据从源头到目标的连接，而不管数据的格式，关键问题是数据传输。 OSI模型的5-7层主要关心的是应用之间的互连。关键问题是应用之间的相互理解。,http:/ 通信协议是分层的。由于通信过程比较复杂，为了简化协议设计，采取把通信问题划分为多个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议的方法。各层协议之间能高效率地相互作用，协同解决整个通信问题。 分层结构的好处有：独立性强、功能简单、适应性强、易于实现和维护、有利于标准化工作。,http:/ Control Protocol/Internet Protocol传输控制协议/网际协议）。它起源于ARPANET网络，因两个主要协议TCP协议和I

14、P协议而得名。实际上TCP/IP协议体系结构包含了大量的协议和应用，是众多独立协议的集合。TCP/IP协议已成为国际互联网与所有网络进行交流的语言，是国际互联网标准连接协议。 TCP/IP体系结构共有4层 。,http:/ (Simple Mail Transfer Protocol)，文件传输协议FTP（File Transfer Protocol），远程登录协议Telnet(TELecommunication NETwork)等。 （2）运输层：又称主机到主机层。该层传输的数据单位是报文或数据流，可使用的协议有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP（User Datagram Proto

15、col）。,http:/ （4）网络接口层：该层内容较少，主要是与其他网络的接口协议。,TCP/IP协议分为4层,http:/ IP协议：无连接数据报传输、路由选择和差错控制； TCP/IP其它协议：超文本传输协议HTTP、文件传输协议FTP、邮件传输协议（SMTP）、域名系统服务（DNS）、远程登录协议Telnet。,TCP/IP协议簇,http:/ 802体系结构,IEEE 802体系结构是用于局域网的体系结构，又称为IEEE 802 LAN体系结构。美国电气与电子工程师协会于1980年成立802委员会，专门开展局域网体系结构标准化研究和制定，它所制定的IEEE 802标准先后被ANSI（

16、美国国家标准局）接纳为美国国家标准和被ISO列为国际标准。802标准基本对应OSI模型的物理层和数据链路层，这个标准使网络的物理连接和访问方法规范化。 IEEE 802标准包括：IEEE 802.1- 802.16标准,http:/ NetBIOS Extend User Interface，即用户扩展接口协议）。它是由IBM公司于1985年公司专门为几台到百台计算机所组成的单段网络而设计的 ，它不具有跨网段工作的能力,也就是说它不具有“路由”功能。 NETBEUI的优点，它是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。适用于早期的微软操作系统。 NETBEUI的缺点，它不支持路由，也不具备层寻址功

17、能。因此NETBEUI永远不会成为企业网络的主要协.NETBEUI帧中唯一的地址是数据链路层媒体访问控制（MAC）地址，该地址标识了网卡但没有标识网络。,http:/ Packet Exchange/Sequences Packet Exchange，网际包交换/顺序包交换。它是NOVELL公司用于NETWARE网络客户端/服务器的协议群组，避免了NETBEUI的弱点.如 IPX具有完全的路由能力，可用于大型企业网。它包括32位网络地址，在单个环境中允许有许多路由网络）。但是，带来了新的不同弱点(如IPX的可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制）。,http:/ 在NT中提供了两个IPX/S

18、PX的兼容协议：NWLink IPX/SPX 兼容协议、NWLink NetBIOS，两者统称为NWLink 通信协议。它继承了IPX/SPX协议的优点，更适应了微软的操作系统和网络环境，当需要利用Windows系统进入NetWare服务器时，NWLink通信协议是最好的选择。,http:/ 网络互连设备,计算机网络由硬件、软件和数据资源组成。 硬件系统主要有：网络服务器（Server)、网络工作站（Station)、传输介质、网络互连设备。 服务器是一台高性能计算机 ，用于网络管理、运行应用程序 、处理各网络工作站成员的信息请示等，并连接一些外部设备。 客户机也称工作站，由服务器进行管理和提

19、供服务的、连入网络的任何计算机都属于客户机 网络互连设备是指网络连接所需的设备或部件，包括网卡、集线器、中继器、网桥、路由器和网关等。,http:/ ,比特数据流的传输和网络地址确认。 目前常用的网卡类型有：10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应网卡等几种。 常见网卡按总线类型可分为ISA网卡、PCI网卡等。ISA网卡以16位传送数据，标称速度能够达到10M。PCI网卡以32位传送数据，速度更快。 网卡的主要技术参数为网络通信协议、带宽速度、总线方式、电气接口方式。,http:/ 集线器（HUB）是局域网的一种重要设备，双绞线通过集线器将网络中的计算机连接在一起，完成网络的通

20、信功能。集线器的功能就是分配频宽，将局域网内各自独立的电脑连接在一起并能互相通信的设备。当一台计算机从一个端口将信息发送到集线器后，集线器就把该端口接收的所有信号向其他端口分发出去（广播），其他端口上的计算机根据信息所包含的接收地址来决定是否要接收这个信息。集线器完成了发送和接收的过程。,http:/ 所有设备共享Hub的带宽，也就是说，如果hub的带宽是10OM，连结了10了设备，每个设备就是10M。 Hub所有端口共享一个MAC地址。,http:/ 网络交换机在许多情况下可以代替网络集线器，或者将交换功能置入集线器中，形成交换式集线器。前面已经提到，集线器主要是通过广播方式来完成计算机之间

21、的连接和通信，而交换式集线器或者交换机则是通过端口到端口的传递来完成计算机之间的接续。使用交换机或者交换式集线器可以极大地改善网络的传输性能，使用户得到满意的服务。因此，网络交换机以及交换式集线器的应用是越来越普遍。,http:/ 从所应用的网络规模上可分为，局域网交换机可以分为企业级交换机、部门级交换机和工作组级交换机三类 。分别支持500、300和100信息点。一般支持100 以内的小型企业所应用的交换机一般作为工作组级交换机。 按应用范围可分为桌面型交换机（Desktop Switch）、组型交换机（Workgroup Switch）和校园网交换机（Campus Switch）三类。,h

22、ttp:/ 的特点：,用于星型结构时，它作为中心结点起放大信号的作用； 端口不共享带宽，如果是一个10M的switch，那么每个端口的带宽就是10M； 每个端口拥有自己的MAC地址。 它是一个网络设备，拥有路由器的一部分功能，它可以决定接收到的数据向什么地方发送，它的速度比路由器要快。,http:/ 集线器为共享方式，即同一网段的计算机共享固有的带宽，传输通过碰撞检测进行，计算机越多，传输速率越慢；交换机采用端口对端口的传输方式。无论网卡还是交换机端口，都具有独一无二的MAC地址（可以用作识别其身份的号码），交换机上的每个端口都能在其地址表中记忆若干个MAC地址，从而建立一张端口号与MAC相对

23、应的地址表。另外，由于交换机有全双工功能，即同时接收数据也能够发送数据，因此其潜在的带宽的两倍。,http:/ 交换机和集线器最大的差别在于交换机能够记忆用户（即MAC地址）连接的端口。,http:/ ；实现计算机网络设备与电信设备电气连接和信息传递。因此,路由器必须具有广域网和局域网两种网络通信接口。,http:/ Table），供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。,http:/ 远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备，如电话

24、线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。,http:/ 选择最合理的路由，引导通信。 路由器在转发报文的过程中，为了便于在网络间传送报文，按照预定的规则把大的数据包分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式。 能实现异种网之间的传输层以上的协议转换。 路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点站地址。 能过滤出广播信息以避免网络拥塞；通过设定隔离和安全参数，禁止某种数据传输到网络，并具有网络流量控制功能。,http:/ 分割为多个网段，或将两个以上相同或不相同的 LAN互连组成一个扩展的逻辑局域网络，LAN上的所有用户都可访问服务器。若将两个L

25、AN连起来 ，根据MAC地址来转发帧实现局域网互连的存储转发设备 。网桥从一个局域网接收MAC帧 ，拆封、校对、校验之后,按另一个局域网的格式重新组装，发往它的物理层。由于网桥是链路层设备，因此不处理数据链路层以上协议所加的报头，不作这些层次的修改。,http:/ (2)扩展工作站的平均占有频带; (3)扩展LAN的地址范围; (4)提高网络性能及可靠性; (5)灵活地适应各种不同应用的需要。,http:/ （1）用于连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网。 （2）网关能实现异构设备之间的通信，对不同的传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和变换。 （3）网关具有对不兼容的高层

26、协议进行转换的功能。,http:/ (firewall)是指一个由软件或硬件设备组合而成，处于网络与外界通道(Internet)之间，限制外界用户对内部网络访问及管理内部用户访问外界网络的权限。如购买硬件防火墙设备，其实就是一个计算机加上控制软件。 防火墙的作用：它能增强机构内部网络的安全性。,http:/ 常用的网络操作系统,网络操作系统是计算机网络的核心软件。网络操作系统要负责网络服务器和网络工作站之间的通信，接收网络工作站的请求，按照网络工作站的请求提供网络服务，或者将工作站的请求转发到网络以外的结点，请求服务。网络通信功能的核心是执行网络通信协议。不同的网络操作系统可以有不同的通信协议

27、，要根据需要来进行选择和安装通信协议。 一般的操作系统有五种基本的管理功能：处理器管理、作业管理、存储管理、文件管理和设备管理。网络操作系统除了这些管理功能外，还要有共享资源管理，用户管理，安全管理等管理功能。,http:/ 可以通过网桥、路由功能和其他网络连接。 在多用户环境下，网络操作系统给应用程序及其数据文件足够的保护。 支持网络实用程序及其管理功能，如系统配置、系统备份、安全性管理、容错管理和性能控制等。,http:/ UNIX 、Linux、Windows NT和Windows 2000等。 UNIX UNIX出现于20世纪60年代末到70年代初，除主要作为网络操作系统外，还可以作为

28、单机操作系统使用。,http:/ 安全可靠。 可方便地接入Internet。 在硬件的兼容性方面不够好。 UNIX 操作系统的用途： 作为一种开发平台和台式操作系统； 主要用于工程应用、计算机辅助设计和科学计算等。,http:/ NetWare曾经风摩一时。近年来， NetWare的应用正逐渐减少。 NetWare的特点： 对DOS兼容。 需要专用的服务器。 存在不足。Novell的NetWare过于强调和依赖自己开发的IPX/SPX通信协议，直到20世纪90年代才支持TCP/IP协议。,http:/ NT,微软的Windows NT产品分为单机操作系统（Windows NT Workstat

29、ion)和网络操作系统（ Windows NT Server)两种。 Windows NT4.0的特点： 内置的网络功能。 可实现“复合型网络”结构。 良好的用户界面。 组网简单。 机器配置要求较高。,http:/ Torvalds与世界各地的软件编程高手共同开发的一种网络操作系统，能运行于多种硬件平台。 Linux主要的特点： 开放的源代码。 运行在多种硬件平台是。 支持大量的外部设备。 支持TCP/IP协议、SLIP（串行线路接口协议）和PPP（点到点协议）。,http:/ 因特网,1.什么是因特网 因特网是Internet的中文正式译名。Internet是采用TCP/IP协议集的国际计算

30、机互联网络（网络的网络）。它将不同国家、不同地区、不同部门和机构的不同类型的计算机国家骨干网、广域网、局域网，通过网络互联设备“永久性”地高速互联。 Internet是当前覆盖面最宽、影响最大的一个国际性计算机网络（广域网），是美国正在建设的“信息高速公路”的支柱网络之一，也是全球性的信息基础设施。,http:/ (2)因特网是以TCP/IP协议为基础的，即各个不同网络中的计算机，都使用TCP/IP协议来互相通信，实现了所谓的“开放系统互联”。,http:/ 因特网的前身是美国1969年国防部高级研究所计划局(ARPA)作为军用实验网络而建立 ，名字为ARPANET，初期只有四台主机，其设计目

31、标是当网络中的一部分因战争原因遭到破坏时，其部分仍能正常运行。 1969年12月，在美国国防部主持下，美国四所大学在校园里联合建立起阿帕网(ARPANet)，该网络联接了加利福尼亚大学洛杉矶分校、斯坦福研究所、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校和犹他大学四个不同的计算机系统：SIGMA-7、SDS904、IBM360/75和PDP-10。形成了因特网的雏形，标志Internet的诞生。,http:/ 1978年，在重新开发TCP版本时，提出了IP协议。符合IP协议的数据报中需要包含地址，路由器可以根据这个地址将数据报独立发送。 IP协议提供路由器互连和执行分组交换所需要的所有信息。再由TCP协议来保证可靠性，即对数据报进行分段和重组，从而得到了一个强有力的协议组合TCP/IP。,http:/ NSF)开始将美国各地科研结构的计算中心连接到分布不同地区的五个超级计算中心 。90年7月 ，NSFNET完全取代ARPANET，迅速地将Internet推广到全球范围。 1990年，阿帕网退役，国家科学基金网正式成为美国的Internet主干网。 1991年，NSFNet主干升级到44.73Mbps。为因特网在90年代的发展作好了准备。,http:/ Infor