计算机科学基础_第7章_计算机网络导论

1、网络工程学院网络工程学院授课教师：林春蔷授课教师：林春蔷 QQ:14358983（教务处（教务处教务管理教务管理 教师课件）教师课件）网络工程学院网络工程学院第第7章章 计算机网络计算机网络网络工程学院网络工程学院主要内容主要内容计算机网络概述网络体系结构网络互连设备因特网网络工程学院网络工程学院7.1 计算机网络概计算机网络概述述 一、 计算机网络的定义将地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统用通信设备和线路连接起来，并以功能完善的网络软件(网络协议、网络操作系统等)实现网络资源共享的系统。 单机系统单机系统 主机主机终端系统终端系统 网络系统网络系统网络工程学院网络工程学院二、 计算机

2、网络的功能 资源共享组建计算机网络的主要目的之一，就是让网络中的用户可以共享分散在不同地点的各种软、硬件资源和信息资源。 信息通信计算机与计算机之间可以快速、可靠地互相传送信息，是计算机网络的基本功能。利用网络进行通信是当前计算机网络最主要的应用之一，它从非实时的使用文字的电子邮件，发展到网上寻呼、网上交谈、网上电话、网上课堂、网上视频会议等。7.1 计算机网络概计算机网络概述述(续续)网络工程学院网络工程学院三、 计算机网络的分类 局域网(Local Area Network，简称LAN)特点：分布范围一般在几公里之内,具有很高的通信速率，利用实现多媒体数据传输等高水平应用。 城域网(Met

3、ropolitan Area Network，简称MAN) 城域网可以连接多个局域网及其通信设备，如微波和卫星中继站等。与广域网相比，城域网覆盖的范围较小，但具有较高的传输率。 广域网(Wide Area Network，简称WAN)特点：分布范围广(全球范围)。实现：低速的传统公共通信网(电话网)及高速的光纤通信的DDN(数字数据网)。7.1 计算机网络概计算机网络概述述(续续)网络工程学院网络工程学院7.1 计算机网络概计算机网络概述述(续续)数据交换方式 信源发出的数据一般先传送到与它相连的中间节点，再从该中间节点传送到下一个中间节点，直至到达信宿，这个过程称为交换。 (1)电路交换 (

4、2)报文交换 (3)分组交换 网络工程学院网络工程学院网络体系结构是和的集合：网络系统按层的方式来组织，各层的名字和承担的任务都不相同，层与层之间通过接口传递信息与数据。网络间的通信按一定的规则和约定进行，这些规则和约定称为协议(protocol)。7.2 网网络体系结构络体系结构网络工程学院网络工程学院7.2 网网络体系结构络体系结构(续续)网络工程学院网络工程学院五层协议的体系结构五层协议的体系结构 应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physic

5、al layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层网络工程学院网络工程学院应用层HTTP、SMTP、 FTP、Telnet SNMP、DNS 运输层TCP网络层IP数据链路层局域网:以太网、光纤网广域网广域网:ATM、X.25、桢中继、桢中继PPPRS-232物理层Hardware网络工程学院网络工程学院7.2 网网络体系结构络体系结构(续续)网络工程学院网络工程学院主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或

6、剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部网络工程学院网络工程学院主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据网络工程学院网络工程学院H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去

7、帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据网络工程学院网络工程学院H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层网络工程学院网络工程学院H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层网络工程学院网络工程学院应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送

8、数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程网络工程学院网络工程学院主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！网络工程学院网络工程学院网内互连的设备有网卡、交换机、集线器、中继器等。网间互连的设备有路由器、网关、网桥、调制解调器等。网络互连设备与网络互连设备与OSIOSI参考模型的关系参考模型的关系网络互连设备网络互连设备网络工程学院网络工程学院调制解调器（Modem）：是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称。计算机内的

9、信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。于是，当两台计算机要通过电话线进行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转换。这个数模转换器就是Modem。计算机在发送数据时，先由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为“调制”。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计算机之前，也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号，这个过程称为“解调”。正是通过这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程，从而实现了两台计算机之间的远程通讯。网络互连设备网络互连设备(续续)网络工程学院网络工程学院网卡又称网络适配器，是一块网络接口电路板。网卡负

10、责接收网络上的数据包，解包后将数据传输给工作站；它还能将工作站上的数据打包后送入网络。每一块网卡出厂时都给定一个48位的地址码(固化在ROM中)，这是厂商向IEEE注册购买的，不会重复。该地址码就是局域网中每一台主机的物理地址(Media Access Control, MAC地址)，该地址全球唯一。网卡的种类繁多，我们普通用户常用的为10/100Mbps自适应网卡。网络互连设备网络互连设备(续续)网络工程学院网络工程学院继器是局域网互连的最简单设备，它工作在OSI参考模型的第一层(物理层)。将物理层传输的信号进行放大、转发并传送。 中继器只能工作在同一个网络内部，起到延长传输介质长度的作用。

11、集线器可将一路信号放大为多路信号，是一个信号放大和中转设备。集线器不具有自动寻址和交换能力，数据就被传输到与之相连的各个端口(广播式操作)，容易形成数据阻塞。网络互连设备网络互连设备(续续)网络工程学院网络工程学院路由器是可以将两个或多个子网连在一起的互联设备，它运行在OSI模型的第三层(网络层)。路由器不但能实现LAN与LAN的互连，更能解决体系结构差别很大的LAN与WAN的互连。在Internet中，网络与网络的连接，都是通过路由器实现的。路由器cbafde网络网络a路由器路由器将网络将网络 a 和网络和网络 b 相连相连用户用户A用户用户B网络网络b网络互连设备网络互连设备(续续)网络工

12、程学院网络工程学院网关运行在OSI模型传输层及其上的高层。 协议转换 数据重新分组网关常常以软件形式存在，它比路由器有更大的灵活性，但也更复杂、开销更大。它能互联各种完全不同体系结构的网络。例如，以太网与IBM大型机的网络相连，就必须使用相应的网关，因为它们在速度、字符编码、流程控制及通信协议各方面，都存在根本的差异，需要由网关进行变换以实现互联。网关可以设在服务器、微机或大型机上网关可以设在服务器、微机或大型机上网络互连设备网络互连设备(续续)网络工程学院网络工程学院网卡网卡路由器集线器集线器水晶头水晶头网络互连设备网络互连设备(续续)双绞线网络工程学院网络工程学院 Internet是连接分

13、布在世界各地的成千上万是连接分布在世界各地的成千上万个计算机网络的网络，也称为个计算机网络的网络，也称为国际互联网。最大的广域网最大的广域网因特网因特网 因特网 网络工程学院网络工程学院 IP地址 IP地址是Internet管理机构分配给网上的每一台计算机或互联设备(例如路由器)的唯一地址，它出现在IP数据报的报头，以便能够准确地识别发出该数据报的计算机。因特网因特网网络工程学院网络工程学院 IP地址由网络地址和主机地址两部分组成。 IP协议规定了五类网络地址，其中A、B、C三类地址用于不同规模的物理网络，D类为多播(multicast)地址，E类是实验性地址。多播地址多播地址1110保留地址

14、保留地址11110 7 8 15 16 23 24 31网络号网络号主机地址主机地址010网络号网络号主机地址主机地址110网络号网络号主机地址主机地址因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院 最高位为“ ”，连同后面的表示网络号, A类网络只有27-2=126个1-126(网络号0和127另有它用)，每个网络可以有224-2=16777214个主机地址。 最高2位为“”，有214-2=16384个网络号，每个网络可以有216-2=65534个主机地址。地址范围从到55 0 7 8 16 24 31网络号网络号主机地址主机地址010网络号网络号主

15、机地址主机地址不同规模的网络可以申请不同类别的网络地址！不同规模的网络可以申请不同类别的网络地址！因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院 最高位为“”，有221-2=2097150个网络号，每个网络可以有28-2=254个主机地址。地址范围从到55。 不同规模的网络可以申请不同类别的网络地址！不同规模的网络可以申请不同类别的网络地址！0 7 8 16 24 31110网络号网络号主机地址主机地址因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院 例如: IP地址：11010010 00100111 00000000 00100011 用点分十进制数表

16、示为：5 其含义是：C类地址(地址范围从到55) 网络号为100100010011100000000 主机地址为00100011 4字节IP地址为IPv4版本，它所能表示的IP地址数十分有限，IP地址资源十分紧缺。 新一代的IP(IPv6版本)将IP地址位数从32位增至128位（16字节），解决了编址不足问题，增加了许多新功能。因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院一种便于记忆的IP地址表示法，通常称为网址。例如： (IP地址1) 麻省理工学院 (IP地址) 清华大学

17、域名由一组标号组成，标号之间用“.”分隔。 域名域名意义意义com 商业机构商业机构edu教育系统教育系统gov政府部门政府部门int 国际组织国际组织mil军事团体军事团体net主要的网络支持中心主要的网络支持中心org其它组织其它组织因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院标号从左到右对应层次从低到高，最右边的标号是顶层域名。 国别码由2个字符组成，cn代表中国，uk代表英国，jp代表日本等。域名意义com 商业机构edu教育系统gov政府部门int 国际组织mil军事团体net主要的网络支持中心org其它组织因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院 1.WWW的基本概念WWW(W

18、orld Wide Web)简称Web，中译名为万维网或环球信息网，是在Internet上运行的多媒体信息系统。Internet上有许多Web服务器; Web服务器以Web页(网页)形式发布信息; Web页一般都是超文本文档(hypertext)。 可以说，可以说，Web (万维网万维网)是由是由Web页页(网页网页)组成的，是超组成的，是超链接把这些链接把这些“页页”组织在一起。组织在一起。因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院(2) Web浏览器是一个用来查看Web页的软件工具。启动浏览器显示的第一个Web页称作主页(homepage)。 URL(Uniform Resource L

19、ocator)用来描述Web页的地 址，它在Internet上统一寻址，故称作统一资源定位符。 URL格式如下： 例如：http:/ 深圳大学Web服务器主页http:/ 深大“学校概况”的网页 因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院HTTP是建立在TCP/IP之上的应用层协议，它基于客户/服务器模式，即:请求/回答方式。HTML(Hyper Text Markup Language)是一个简单的标记语言，用来描述Web页的文档结构和书写文本，保存为“.htm”或“.html”型的文件。Web服务器服务器工作站工作站IE浏览器器浏览器器HTTP请求请求HTTP响应响应因特网因特网(续续)

20、网络工程学院网络工程学院用户名主机域名例如: 就是一个Email地址，其中liru是用户名，而是深圳大学的域名 接收邮件服务器使用POP3协议：暂时寄存用户接收的邮件和提供下载服务。发送邮件服务器使用SMTP协议：将发送邮件的Email地址中的后部分(即对方的主机域名)转换成IP地址，并将邮件发往该地址。 因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院FTP(File Transfer Protocol)是文件传输协议。FTP使用户可以在Internet上快速、可靠地传输各种类型的文件。FTP的特点：上载(Upload)、下载(Download)FTP服务器上的资源主要包括软件和统计数据，它们通

21、常以可执行程序文件和文本文件的形式存在。Internet上的FTP服务器分为两类： 匿名的FTP服务器常提供一些免费软件 非匿名的FTP服务器因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院使用FTP工具软件，如:WS_FTP、CuteFTP等。 在Web浏览器的地址栏中输入FTP服务器地址。 利用Internet上的FTP搜索引擎。w如:ftpsearch：http:/http:/ 北大天网：http:/http:/ 例如例如: :在在“搜索搜索”文本框中输入要查找的文件名文本框中输入要查找的文件名 cuteftp.executeftp.exe，单击，单击“搜索文件搜索文件”按钮，检索出按钮，检

22、索出3131项。项。如果已知FTP服务器地址，则可在Web浏览器的地址栏直接输入要访问的FTP服务器的URL即可。例如:微软公司的FTP服务器地址 ftp:/ (1) 腾讯QQ即时通讯软件的使用 软件的下载与安装。 用户登录。 好友添加与删除。 QQ聊天。 BBS信息浏览。 BBS帖子发布。 因特网因特网(续续)网络工程学院网络工程学院练习练习计算机网络的定义是什么？请简述计算机网络中使用的分组交换。五层协议的体系结构中，“五层”指的是哪五层？在计算机网络中，是通过什么来确定一台计算机在网络中的位置的？网络工程学院网络工程学院END网络工程学院网络工程学院参考文献参考文献深圳大学计算机导论课程

23、的课件何林波老师的本章课件 计算思维导论，王志强著，出版社: 高等教育出版社; 第1版 (2012年10月1日)计算机网络第5版，谢希仁著网络工程学院网络工程学院其它参考资料其它参考资料网络工程学院网络工程学院国际标准化组织(ISO)于1981年提出了一个开放系统互连(0pen system interconnection,OSI)基本参考模型，俗称七层协议。网络工程学院网络工程学院七层之中，1-3层接近于硬件，4-7层则以软件实现为主。7 应用应用层层6 表示表示层层5 会话会话层层4 传送传送层层3 网络网络层层2 链路链路层层1 物理物理层层7 应用应用层层6 表示表示层层5 会话会话层

24、层4 传送传送层层3 网络网络层层2 链路链路层层1 物理物理层层网网络络物理传输介质物理传输介质APXAPY应用层协议应用层协议表示层协议表示层协议会话层协议会话层协议传送层协议传送层协议网络层协议网络层协议链路层协议链路层协议物理层协议物理层协议u每一层都有其每一层都有其特定特定功能功能u每一层在通信中用每一层在通信中用到的规则称为到的规则称为协议协议u层与层之间通过层与层之间通过接接口连接口连接u信息信息发送由上向下发送由上向下直传到物理层直传到物理层u接收接收信息的过程恰信息的过程恰好相反好相反由下至上由下至上到到相应的应用层相应的应用层网络工程学院网络工程学院网络接口层传输层网络层应

25、用层虚拟终端文件传输 电子邮件Web服务TCP协议UDP协议ICMP协议互连网协议IP（地址解析协议ARP，逆向地址解析协议RARP）局域网无线网X.25网电话网物理层和数据链路层TCP/IP原来并没有一个明确的体系结构，后来把它分为四层。原来并没有一个明确的体系结构，后来把它分为四层。网络工程学院网络工程学院2.3.3 TCP/IP参考模型 TCP/IP体系共分成四个层次。它们分别是：网络接口层、网络层、运输层和应用层。 1网络接口层网络接口层网络接口层与网络接口层与OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应参考模型的数据链路层和物理层相对应，它不是TCP/IP协议的一部分，但它是TCP/IP

26、赖以存在的与各种通信网之间的接口，所以，TCP/IP对网络接口层并没有对网络接口层并没有给出具体的规定给出具体的规定。网络工程学院网络工程学院2网络层网络层 网络层有四个主要的协议：网际协议IP、Internet控制报文协议ICMP、地址解析协议APR和逆地址解析协议RARP。网络层的主要功能是使主机可以把分组网络层的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由不发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由不同的网络）同的网络）。这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，因此如果需要按顺序发送及接收时，高层必须高层必须对分组排序对分组排序。这就象一个人邮寄一封信，不管他

27、准备邮寄到哪个国家，他仅需要把信投入邮箱，这封信最终会到达目的地。这封信可能会经过很多的国家，每个国家可能有不同的邮件投递规则，但这对用户是透明的，用户是不必知道这些投递规则。网络工程学院网络工程学院另外，网络层的网际协议IP的基本功能是：无连接的数无连接的数据报传送和数据报的路由选择，即据报传送和数据报的路由选择，即IP协议提供主机间协议提供主机间不可靠的、无连接数据报传送不可靠的、无连接数据报传送。互连网控制报文协议ICMP提供的服务有：测试目的地的可达性和状态、报文不可达的目的地、数据报的流量控制、路由器路由改变请求等。地址转换协议ARP的任务是查找与给定IP地址相对应主机的网络物理地址

28、。反向地址转换协议RARP主要解决物理网络地址到IP地址的转换。网络工程学院网络工程学院TCP/IP的运输层提供了两个主要的协议，即传的运输层提供了两个主要的协议，即传输控制协议输控制协议TCP和用户数据报协议和用户数据报协议UDP，它的，它的功能是使源主机和目的主机的对等实体之间可功能是使源主机和目的主机的对等实体之间可以进行会话。以进行会话。3运输层运输层其中其中TCP是面向连接的协议是面向连接的协议。所谓连接，就是两个对。所谓连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交服务是在数

29、据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。面向连接服务具有连换结束后，则应终止这个连接。面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。在传送数接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。在传送数据时是按序传送的。据时是按序传送的。网络工程学院网络工程学院用户数据协议用户数据协议(UDP)是无连接的服务是无连接的服务。在无连接。在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态先进行预定保留。这些资源将在

30、数据传输时动态地进行分配。无连接服务的优点是灵活方便和比地进行分配。无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速。但无连接服务不能防止报文的丢失、重较迅速。但无连接服务不能防止报文的丢失、重复或失序。无连接服务特别适合于传送少量零星复或失序。无连接服务特别适合于传送少量零星的报文。的报文。网络工程学院网络工程学院4应用层应用层在在TCP/IP体系结构中并没有体系结构中并没有OSI的会话的会话层和表示层，层和表示层，TCP/IP把它都归结到应用把它都归结到应用层。所以，层。所以，应用层包含所有的高层协议应用层包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（如虚拟终端协议（TELNET）、文件传）、文件传输协议（输协议（FTP）、简单邮件传送协议）、简单邮件传送协议（SMTP）和域名服务（）和域名服务（DNS）等等。）等等。网络工程学院网络工程学院信息检索的全称是信息存储与检索(information sto