第一章计算机网络基础.ppt

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1、Internet应用技术与实践,编者：张浩平,南京林业大学信息科学技术学院 2011年,基础篇,第一章、计算机网络基础 第二章、计算机局域网 第三章、 Internet基础 第四章、 Internet的接入 第五章、网络安全,第一章、计算机网络基础,1.1、计算机网络概述 1.2、计算机网络的分类 1.3、计算机网络的组成 1.4、计算机网络体系结构,1.1 计算机网络概述,1.1.1 计算机网络的发展历史,1946以后，计算机系统是高度集中的，所有的设备安装在单独的机房中，为了提高计算机的利用率，出现了批处理和分时系统，分时系统所连接的多个终端连接着主计算机（如图）。,20世纪50年代中后期

2、，将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，出现了以单个计算机为中心的远程联机系统“第一代计算机网络”。,20世纪60年代出现了大型主机，以程控交换为特征的电信技术的发展为多个主机通过通信线路互联提供了技术基础。,1969年美国国防部高级研究计划局（DARPA）建成的ARPAnet实验网真正意义上的计算机网络。,1974年IBM推出了系统网络结构（SNA) 1975年DEC公司宣布了数字网络体系结构（DNA） 1976年UNIVAC宣布了分布式通信体系结构(DCA),特点： 1、各公司自己制定标准； 2、网络设备相互无法互联； 3、用户投资方向无所适从； 4、商家无法公平竞争；

3、,开放系统互联参考模型ISO,1977年国际标准化组织ISO组织的TC97信息处理系统技术委员会SC16分技术委员会开始着手制定开放系统互联参考模型。,试图提出一个使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。简称OSI。,20世纪90年代初，Internet开始大规模应用在商业领域。人类社会从工业社会过渡到信息社会。,Internet变成了一个开发和使用信息资源的覆盖全球的信息海洋。,1992年，当时的参议员、后任美国副总统的阿尔戈尔提出美国信息高速公路法案。,信息高速公路是指数字化大容量光纤通信网络或无线通信、卫星通信网络与各种局域网络组成的高速信息传输通道，用交互方式传输数据、电视、话音

4、、图像等多种形式信息的高速数据网。,1.1.2 计算机网络的定义,首先、组成计算机网络的每台计算机都是独立的。 其次、建立计算机网络的目的是资源共享。 最后、计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。,计算机网络没有一个权威的、标准的定义，较为普遍的定义是：将处于不同地理位置的相互独立的计算机，借助通信线路和通信设备连接起来，以达到资源共享和信息交流为目的的计算机互连系统。,1.1.3 计算机网络的应用,（1）信息资源检索与共享 （2）快捷通讯 （3）办公自动化 （4）电子商务 （5）企业信息化 （6）远程教育 （7）娱乐消遣 （8）国防军事 （9）证券交易 （10）工业控制 （11

5、）网络视频 （12）医疗 （13）无线传感器网络（物联网） （14）智能大厦,1.2 计算机网络的分类,1.2.1 按网络覆盖的地理范围分类,1.局域网（LAN：Local Area Network） (一般来说可以是几米至10公里以内 ) 2.城域网（MAN：Metropolitan Area Network） (10100公里 ) 3. 广域网（WAN：Wide Area Network） (连接多个城市或国家，或横跨几个洲 ),1.2.2 按网络拓扑结构分类,计算机网络是由许多计算机按照一定的网络结构相互连接在一起组成的，这种网络结构被称为 “拓扑结构”。,1、总线型拓扑,总线结构的优点

6、： （1）结构简单，无需电源，成本低。 （2）收发的计算机直接相连，不需要转发设备，信息传输的时延小。 （3）易于扩充，增减计算机比较容易，某个节点失效不会影响到其他节点。,总线结构的缺点： （1）总线长度有一定限制，一条总线连接的节点数量有限。 （2）同一时刻只能有一个节点发送数据 （3）当两个或多个节点同时发送数据时， 会发生冲突而导致发送失败,2、环型拓扑,环形网的缺点： （1）由于环路封闭故扩充不方便。 （2）当网络中的任意一个节点或一条传输介质出现故障都将导致整个网络故障，而且故障难以检测。 （3）令牌控制协议较复杂。例如令牌丢失的话，处理起来就比较困难。,环形网的优点： （1）由于

7、采用令牌机制，保证每次只能有一个节点发送信息，因此，不会发生冲突，当网络负载较大时，环形网的传输稳定性要比总线网优秀。 （2）当网络节点确定时，其延时是固定的，实时性强。 （3）能够提供优先权服务，即需要时某个节点可优先获得令牌,3、星型拓扑,星型拓扑的缺点： （1）中央节点复杂，成本高。 （2）如果中心节点出现故障，将会导致整个网络瘫痪。,星型拓扑的优点： （1）结构简单，可靠性较高，抗故障性能好。 （2）增减计算机比较容易，某个节点失效不会影响到其他节点。 （3）中央节点采用存储转发的交换机，不会象总线网那样产生冲突,4、网形拓扑,网形拓扑的优点： （1）网络可靠性高，一般通信子网中任意两

8、个节点交换机之间，存在着两条或两条以上的通信路径，这样，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路径把信息送至目标节点。 （2）网络可组建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率。 （3）可改善线路的信息流量分配。,网形拓扑的缺点： （1）控制和管理复杂。 （2）结构复杂，每一结点都与多点进行连结，因此必须采用路由算法和流量控制方法。 （3）设备和线路费用高。,5、树型拓扑,树形拓扑的优点： （1）树形网具有一定容错能力，一般一个分支和结点的故障不影响另一分支结点的工作。 （2）无须对原网络做任何改动就可以很容易地增减计算机。,树形拓扑的缺点： （1）整个网络对根的依赖性很大,一旦网络的根发生

9、故障,整个系统就不能正常工作。 （2）根节点相当复杂，负担较重，容易形成系统的瓶颈。,6、蜂窝形拓扑,蜂窝网络组成主要有以下三部分： 移动站：网络终端设备，比如：手机或手提电脑 基站子系统：包括基站、无线收发设备 网络子系统 ：交换机、程控交换机、楼宇自控中心设备，音响输出设备等。,1.2.3、从网络的交换方式进行分类,（）电路交换网 （）报文交换网 （）分组交换网 （）信元交换网,所谓“交换”实际上就是指转发数据包，就是将从输入端口上收到的数据包根据某种策略转发至相应的输出端口。,分组交换方式是ARPANET（Internet的前身）首创的交换技术，也是目前计算机网络采用的主要交换方式。这也

10、是Internet之所以发展到今天这样规模的主要原因之一。,信元交换是异步传输模式（ATM）中采用的交换方式。,（）电路交换网 电路交换在两台计算机相互通信时，使用一条实际的物理电路，在通信过程中自始至终独占这条线路进行数据传输,（）报文交换网 报文是指一个完整的文件，报文交换采用“存储转发”方式。交换机将接收的报文予以存储，当所需要的线路空闲时，再将该报文转发出去。 （）分组交换网 分组交换方式是ARPANET（Internet的前身）首创的交换技术，也是目前计算机网络采用的主要交换方式。发送报文时由发送端把报文分割成有限长度的数据包（称为分组），发送和交换均以分组为单位，作为交换节点的路由

11、器和报文交换一样采用“存储转发”方式转发分组。,分组交换网,（4）信元交换网 随着高速网络技术的迅猛发展，人们对视频、话音等大流量的多媒体信息传输的需求也日益提升，于是在分组交换的基础上又发展了信元交换。信元是比分组更小的单位，只有53个字节，长度固定，非常适合于用硬件电路实现高速交换。信元交换既保留了“存储转发”方式的优点，又吸取了电路交换方式的长处，对信道的利用率大大提高，并且能满足实时传输的要求。信元交换是异步传输模式（ATM）中采用的交换方式。,1.2.4 从网络的连接作用功能进行分类,（）互联网（Internet） 互联网是指将分布在世界各地的各种网络相互连接起来形成的全球性网络。

12、（）内联网（Intranet） 采用互联网的TCP/IP协议、并有连接互联网功能的企业内部网络。内联网实际上是小版本的互联网，可以更好地与互联网进行无缝连接。 （）外联网（Extranet） 外联网是指基于互联网的安全专用网络，其目的在于利用互联网把企业和其贸易伙伴的内联网安全地互联起来，在企业和其贸易伙伴之间共享信息资源。,1.3、计算机网络的组成,1.3.1 概述,按照计算机网络的功能，一般从逻辑上将网络分为通信子网和资源子网两个部分,1.3.2 网络设备,（1）计算机（服务器和客户机 ）,塔式服务器,机架式服务器,刀片式服务器,塔式服务器,塔式服务器,机架式服务器,塔式服务器,机架式服务

13、器,塔式服务器,刀片式服务器,机架式服务器,塔式服务器,（2）网络连接设备（网络适配器或网卡）,英特尔PXLA8591LR PRO,Cisco-Linksys LNE100TX,B-Link BL-L7830 （USB）,（3）网络终端,自动柜员机,POS机,网络监控摄像机,（4）交换设备,交换机,路由器,1.3.3 通信介质,通信介质是连接网络节点的通信线路，常见的通信介质有：双绞线、光纤、同轴电缆、无线通讯介质等。,双绞线,光纤,同轴电缆,1.3.4 网络操作系统,网络操作系统是向网络计算机提供服务的操作系统。,具有的功能 :,一般功能：处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理,特殊功能

14、： (1)提供高效、可靠的网络通信能力； (2)提供多种网络服务功能， 如：远程作业录入并进行处理的服务功能；文件转输服务功能； 电子邮件服务功能；远程打印服务功能等。,常用的网络操作系统： WINDOWS、UNIX、Linux 。,1.3.5 网络协议,网络中的计算机相互之间要传输数据，就必须遵守共同的通信规则。,网络中的计算机相互通信时所必须遵守的通信规则称为网络协议。 如Internet的TCP/IP协议。,1.4、计算机网络体系结构,1.4.1 计算机网络体系结构概述,计算机网络需要一系列网络协议构成一套完备的网络协议集，在设计网络协议时，为了减少协议设计的复杂性，将网络协议划分为若干

15、个相互联系而又各自独立的层次，然后针对每个层次及层次间的关系制定相应的协议。 这样的计算机网络层次结构模型及各层协议的集合称为计算机网络体系结构,1.4.2 计算机网络体系结构的分层原理,由此，我们可以总结如下： 1.通信双方都有相同层次的系统，即由用户层、邮局层和运输系统层所构成。 2.信件传递的流程是：甲地用户层将信件交给甲地邮局层，甲地邮局层将信件交给甲地运输系统层，甲地运输系统层将信件传递给乙地运输系统层，乙地运输系统层将信件交给乙地邮局层，乙地邮局层将信件交给乙地用户层到达收信人手中。 3.每层通过自己内部的功能实现一种特定的服务，除运输系统层外，每一层必须依赖自己的下层提供的服务。

16、 4.每个对等层遵循本层次约定的协议进行通信。 5.某一层次的协议发生了变化（如邮局更换了新的邮戳），不影响其它层次的运行。 6.每个层次只需了解与其它层次如何交接信件，而无需知道其它层次的工作原理。,1. 把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能相对简单的层次，使系统的结构清晰，实现和维护变得简单和容易，设计人员只须专心设计和开发所关心的层次功能。 2. 只要服务和接口不变，每层的实现方法可任意改变。,好处：,通信的双方系统具有相同的分层结构，双方相同的层次称为对等层，每个对等层都有本层的通信协议，对等层遵循本层次约定的协议进行通信，因此，只要定义好接口，每个对等层可以独立设计。 我们把对等

17、层的通信称之为“虚通信”。,七层结构的通信流程,1.4.3 OSI参考模型,国际标准化组织ISO技术委员会于1979年完成了基于功能分层的网络体系结构而开发的抽象模型，称为开放系统互连参考模型（The Reference Model of Open Systems Interconnection）简称OSI/RM。,所谓开放系统，是指任何信息系统只有遵循这一国际标准进行构造，它就能与世界上所有遵循这同一标准的其他系统互相通信。,Physical Layer,Data Link Layer,Network Layer,Transport Layer,Session Layer,Presentat

18、ion Layer,Application Layer,负责端到端 的数据通信,负责创建网络通信连接的链路,负责端到端 的数据通信,负责端到端 的数据通信,负责创建网络通信连接的链路,OSI/RM的各层功能定义如下：,(1) 物理层,物理层是OSI参考模型的最低层，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。,(2) 数据链路层,数据链路层是为网络层提供服务的，负责两个相邻结点之间的通信，传送的数据包称为数据帧。,作用:通过传输介质发送和接收二进制比特流,作用:1、网络层提供无差错的数据链路 2、进行流量控制,(3) 网络层,作用:1、解决如何使数据包通过各中继结点的

19、接力传送、最后到达目标节点的问题。2、路由选择问题。3、拥塞控制问题。4、解决网际互连的问题,(1) 物理层,物理层是OSI参考模型的最低层，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。,作用:通过传输介质发送和接收二进制比特流,(1) 物理层,物理层是OSI参考模型的最低层，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。,(4) 传输层,作用：1、为上层协议提供端到端（一般是主机到主机）的可靠和透 明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等功能 。 2、向高层屏蔽了下层数据通信的细节,(5) 会话层,作用：管理和协调不同主机上各种进程之间

20、的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。,(6) 表示层,作用：处理数据编码的表示方式问题。,(7) 应用层,作用：通过应用程序来完成网络用户的应用需求。,OSI/RM的各层功能定义如下：,1.4.4 TCPIP参考模型,TCP/IP模型的各层功能如下：,（1）主机-网络层,传送IP分组的通道，允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议。,OSI模型与TCP/IP模型分层对比,（2）网络互联层（IP层）,网络互联层是整个TCP/IP协议栈的核心。,它的功能与OSI模型的网络层基本相同，负责把分组发往目标网络或主机。,IP层的互联功能,（3）传输层（TCP层）,功能：在互连网

21、中源主机的进程与目的主机的进程间建立端到端连接，,传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议，它将源主机进程发出的字节流无差错地发往互联网上的目标主机进程。,用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。,传输层定义了两个不同服务质量的协议，即TCP协议和UDP协议。,（4）应用层,应用层协议主要有以下几种：,远程登录协议（Telnet）； 文件传送协议(file transfer protocol，FTP)； 简单邮件传送协议(simple mail transfer protocol，SMTP)； 域名系统(domain name system，DNS)； 简单网络管理协议(simple network management protocol，SNMP)； 超文本传送协议(hyper text transfer protocol，HTTP)；,随着Internet的迅猛发展，TCP/IP协议已经成为了事实上的工业标准，而OSI参考模型却因为“曲高和寡”而很少使用。,