第章计算机网络基础.ppt

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1、4.2 计算机网络基础,4.2.1 计算机网络的组成与分类 4.2.2 局域网的基本原理 4.2.3 4种以太网介绍,4.2.1 网络的组成与分类,1 什么是计算机网络 2 计算机网络的分类 3 计算机网络的组成 4 传输速率与带宽 5 网络的两种工作模式,什么是计算机网络？,性质： 它是一种通信系统（与电话、电视系统不同，它是一种数据通信系统） 它是计算机系统的延伸与扩展 需要使用多种复杂的技术,利用通信设备和网络软件，把位置分散的多台计算机连接起来的一个系统,计算机网络的组成,计算机、手机、电子书、监控器等“终端设备” 数据通信链路： 用于传输数据的介质：双绞线、光缆、无线电波等 通信控制

2、设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行 网络通信协议共同遵循的一组的规则和约定 通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表示？通信对象如何区分？其身份如何鉴别？发生错误如何处理？等等。例如： TCP/IP, HTTP, FTP，POP3等 网络操作系统和网络应用软件： 实现通信协议、管理网络资源等 实现各种网络应用，如浏览器、电子邮件程序、QQ、搜索引擎等,计算机网络的管理 网络操作系统,网络操作系统(Network operating system, NOS)是指运行在服务器上的操作系统，有时也称之为“服务器操作系统” 网络操作系统的责任是：

3、 支持大量客户机同时发出服务请求并快速作出响应 管理并协调资源的分配与共享 管理、监测与记录客户机的操作 (记录用户每一次登录和退出的时间，以及每一次使用服务器资源的情况) 数据保护和错误处理 等,当前使用的主流网络操作系统,主流网络操作系统： Linux， 源代码开放，可免费得到许多应用软件 UNIX系统， 稳定性和安全性好，可用于大型网络 微软公司的Windows系统的服务器版 （如Windows NT Server、Windows 2000 Server，Windows Server 2003 R2等，用于中低档服务器） 网络管理员(超级用户) 的职责： 为用户建立账号(开户)、分配资源

4、使用权限、撤销账号(销户)、维护网络正常工作和保证信息安全,计算机组网的目的,（1）数据通信 使计算机之间可以相互传送数据，方便地交换信息 （2）资源共享 用户可以共享网络中其他计算机的软件、硬件和数据资源 （3）实现分布式信息处理 大型问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成 分散在各地各部门的用户通过网络合作完成一项共同的任务 （4）提高计算机系统的可靠性和可用性 计算机出现故障时，网络中的计算机可以互为后备 计算机负荷过重时，可将部分任务分配给空闲的计算机,计算机网络的分类,按使用的传输介质可分为： 有线网 无线网 按网络的使用性质可分为： 公用网 专用网 虚拟专网(VPN) 按网

5、络的使用对象可以分为： 企业网 政府网 金融网 校园网 按网络所覆盖的地域范围可以分为： 局域网(LAN)：使用专用通信线路把较小地域范围（一幢楼房、一个楼群、一个单位或一个小区）中的计算机连接而成的网络 城域网或市域网(MAN) ：作用范围在广域网和局域网之间，其作用距离约为5km50 km，例如一个城市范围的计算机网络 广域网(WAN) ：把相距遥远的许多局域网和计算机用户互相连接在一起的网络。广域网有时也称为远程网,几种网络之间的相互关系,网络的主要性能指标之一： 传输速率与带宽,数据传输速率即数据率(data rate)，也称为比特率(bit rate)，是计算机网络中最重要的性能指标

6、，指数据链路中每秒传输的二进位数目 速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等 千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 在计算机网络中，“带宽”指的是数据链路所能达到的“最高数据传输速率” ，有时也称为“信道容量”,带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法等密切相关，传输速率与发送/接收器速率、网络的拥挤程度等有关,例：数字图像传输时间的计算 假设数据传输速率为56 kb/s，传输一幅分辨率为640480的6.5万种颜色的未压缩

7、图像的时间是： (640x480x16)/56000 = 87.8秒,选讲： 计算机网络的其他性能指标,误码率(error rate) 指数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例 端端延迟(end-end delay) 指数据从信源传送到信宿所花费的时间 吞吐量(throughput) 表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络额定速率的限制 其他：如服务质量QoS等,计算机网络的两种工作模式,资源：硬件、软件、数据都是计算机的资源 网络中的计算机可以扮演2种不同的角色： 客户机：需要使用其它计算机资源的计算机 服务器：提供资源（如数据文件、磁盘空

8、间、打印机、处理器等）给其它计算机使用的计算机 每一台连网的计算机，其“身份”或者是客户机，或者是服务器，或者两种身份兼而有之 计算机网络有两种基本的工作模式： 对等（peer-to-peer，简称P2P）模式 客户/服务器（Client/Server，简称C/S）模式,对等工作模式（P2P）,网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器 例：Windows操作系统中的“网上邻居”,特点： 可共享的资源主要是文件和打印机，由资源所在计算机自己管理，使用比较简单 不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员 保证可靠性、安全性是关键,因特网应用中的P2P工作模式,P2P是通过网络中计算机与计算

9、机之间直接交换来相互共享计算机资源的一种应用模式 以前P2P模式以局域网使用居多，近些年它已在因特网上广泛使用，例如： 文件共享：BitTorrent(BT下载)，eMule(电驴)，迅雷 即时通信：QQ、MSN Messenger 流媒体服务： Skype（网络IP电话） 对等协同计算 P2P业务已占互联网业务流量的60%以上,举例：BT下载的工作原理,A,C,B,D,客户/服务器工作模式（C/S）,特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机，有的是服务器,服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发处理能力强，存储容量大，网络数据传输速率高 服务器按用途分为：Web服务器、打印服务器

10、、邮件服务器、文件服务器、数据库服务器等,客户机提出服务请求，使用服务器所提供的资源,服务器用于提供资源，为客户机服务,Client/Server的工作过程,客户机用户必须预先在服务器上注册，由网络管理员为该用户分配访问网络资源的权限。每个注册用户都有自己的账号和口令，并获得使用某些服务的授权 需要获得服务时，用户应先登录(login，输入用户名和口令)，登录成功后才能访问服务器上的资源 客户机向服务器提出请求(例如访问某个文件)，服务器响应请求， 找到该文件，然后将文件传送给客户机,C/S模式例1：文件服务,文件服务(又叫做“共享存储服务”) 客户机可以使用服务器中可共享的数据文件，使用方法

11、如同使用本地磁盘一样 必须在获得服务器授权的情况下进行,( 如果是共享服务器中的程序，则一般是将该程序下载到客户机中然后再在客户机中运行，需购买软件的多用户版本和软件许可证),C/S模式例2：打印服务,打印服务：共享打印机,打印服务器 （管理程序）,共享的打印机,客户机2,客户机1,打印管理程序的一般原则是先来先服务(排队处理) 可以更改打印任务的顺序，也可取消某个正在排队的打印任务,例3：ATM柜员机,例：银行ATM自动柜员机的工作过程: ATM机是金融计算机网络上的客户机，它是一台嵌入式计算机，供存款、取款、查询等使用 服务器在银行的计算中心，是一台大(巨)型计算机，具有一个非常庞大的数据

12、库 取款操作时的工作过程： ATM将用户身份信息送到服务器 服务器检查是否为合法用户，给出提示 用户输入取款数 服务器检查是否在允许范围，若可，记帐，发命令给ATM输出现款 ,4.2.2 局域网的基本原理,局域网(LAN)的特点与组成,单位自建自管，地理范围有限 使用专门铺设的传输介质进行连网 数据传输速率高(10Mbps10Gbps)、延迟时间短 数据传输误码率低(10-810-11),双绞线、同轴电缆、光纤或者无线电波,连接的每台设备都装有网络接口卡(网卡)，计算机通过网卡和传输介质相互连接,计算机,不同局域网采用不同的拓扑结构,(令牌网、FDDI),(交换式以太网),(共享总线以太网),

13、(千兆/万兆以太网),以太网原理(1) ：MAC地址,以太网中，每台计算机都需要安装1块网卡，每块以太网卡都有1个全球惟一的编号，称为MAC地址，也称为该计算机的物理地址 MAC地址使用48位表示，例如：,网卡即计算机的通信控制器 网络中每台计算机都应安装网卡 网卡的功能大多已集成在芯片组中，即所谓的“集成网卡”,以太网原理(2) ： 帧格式,在以太网上传输数据，也采用将数据分组（包）的方法，以太网上的分组，称为“MAC帧” 每个 MAC 帧格式如下：,网卡从网络上每收到一个 MAC 帧，就检查其中的 MAC 地址： 如果是送往本机的帧，则收下进行处理 否则，就将此帧丢弃，不做任何处理,4.2

14、.3 四种以太网介绍,近几年局域网技术的变化与发展方向是： 技术单一化（交换式以太网） 传输高速化（千兆网、万兆网） 主干采用树形结构 无线局域网（WLAN）开始普及,以太网之1：总线式以太网,以集线器(hub)为中心，每台计算机通过以太网卡和双绞线连接到集线器的一个端口，通过集线器与其他节点相互通信,集线器,A,B,C,D,把一个端口接收到的帧向所有端口分发出去，并对信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用,总线,以太网之2： 交换式以太网,以以太网交换机(Ethernet switch)为中心构成 以太网交换机是一种高速电子交换器，连接在交换机上的所有计算机均可同时相互通信,（

15、例如：1 3；2 5；4 6同时传输）,以太网之3：千(万)兆位以太网,不同速率的以太网交换机可以按层次方式互相连接起来，构成“校院系室、组”的多层次的局域网,传输介质(光纤)的长度可达几公里,以太网之4:无线局域网,组成：无线网卡、无线接入点等,无线网卡,使用扩频方式通信，具有抗干扰、抗噪声能力。室外覆盖距离通常可达100300米，室内一般为30米左右,每台计算机都需要有1块无线网卡,无线局域网还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补充,无线接入点（Wireless Access Point，简称WAP或AP）提供从无线节点对有线局域网和从有线局域网对无线节点的访问，实际上就是一个无线交换

16、机。,小结：几种以太网的比较,附: 以太网卡和以太网交换机,以太网使用的传输介质,同轴电缆（早期使用） 速率为10Mbps 的以太网，价格高 双绞线（5类线） 大量用于速率为10Mbps和100Mbps的以太网 光纤 用于速率为千兆(1Gbps)和万兆(10Gbps)的以太网,双绞线和RJ45插头(水晶头)是目前以太网使用最多的传输介质,以太网使用的网卡,功能： 按照以太网的传输协议(IEEE 802.3 标准)，实现计算机之间的数据通信 按传输速率分为： 10 Mbps 网卡(10Base-T) 100 Mbps 网卡(100Base-T ) 10/100 Mbps 自适应网卡 100/10

17、00 Mbps自适应网卡 按产品形态分为： 独立网卡 集成网卡(由芯片组实现网卡功能),选讲： 网卡的具体功能,1 在计算机与网络之间建立一个通信链路(link)，通过传输介质发送信息和接收信息 2 将数据分成帧(frame)、以帧为单位发送和接收信息 3 将计算机的输出转换为适合网络传输的信号(并串转换、码型转换、电平转换),每块网卡均由生产厂家分配一个全球惟一的MAC地址，该地址就是使用这块网卡的节点MAC地址,选讲： 以太网卡结构示意图,选讲： 以太网交换机,数据帧：以太网帧格式 以太网交换机的工作过程： 接收某个节点输入的1个帧 通过CRC检测数据传输有无错误 若有错，通知发送计算机重

18、新发送 若无错，分析其目的计算机MAC地址 查表，看目的计算机是否在网中，如在，它连接在哪个端口 从该端口把帧转发给目的计算机,以太网交换机内部有检测器、转发表、缓冲器等，实际上是一个嵌入式计算机,无线局域网通信协议,802.11标准(Wi-Fi), 其中： 802.11a : 54Mbps（5.8GHz频段） 802.11g : 54Mbps（2.4GHz频段） 802.11b(传输速率能根据环境变化)，最大可达11 Mbps 802.11n : 108 Mbps甚至更高 蓝牙（bluetooth） 近距离无线数字通信的标准，是802.11的补充 最高数据传输速率可达1Mbps(有效传输速率为721kbps) 传输距离为10cm10m 适合于办公室或家庭环境的无线网络（无线个人网 WPAN）,选讲： 无线自组网（Ad hoc）,一种无线对等局域网。由一组无线工作站以自组织、多跳移动通信的方式构成 网络中的所有计算机都可以自由移动，它们均具有动态搜索、定位和恢复连接的能力 在军事上非常有用，也可使用在会议室和家庭中,（重组前）,（重组后）,无线局域网的优缺点,优点 具有很好的灵活性 最大通信范围可达几米几公里 组网、配置和维护较容易 缺点 还不能完全脱离有线网络，只是有线网络的补充 传输速度较慢 产品相对较贵,