计算机网络实验教程第一章

1、计算机网络实验教程计算机网络实验教程课程特点：n重视实验、重视动手、鼓励同学们在实重视实验、重视动手、鼓励同学们在实践中创新。践中创新。n书上的知识只占书上的知识只占50%，大量的学习是通，大量的学习是通过实验完成，这些包括应用软件、操作过实验完成，这些包括应用软件、操作系统和实际操作。系统和实际操作。n所学的知识内容多、范围广。所学的知识内容多、范围广。学习方式n讲课：讲授理论知识，讲课：讲授理论知识，n讨论：对大家关心的问题进行讨论。讨论：对大家关心的问题进行讨论。n查询资料：对一些相关课题搜索有关资查询资料：对一些相关课题搜索有关资料。料。n实验：对于所学习的理论知识，应用到实验：对于所

2、学习的理论知识，应用到实践中去。实践中去。n指定课代表，分组指定课代表，分组第一章 计算机网络基础n1.1 计算机网络概述 计算机网络是计算机技术与通讯技计算机网络是计算机技术与通讯技术两大现代技术结合的产物，它涉及硬术两大现代技术结合的产物，它涉及硬件、软件、网络体系结构、通讯等方面件、软件、网络体系结构、通讯等方面的内容。的内容。资源共享。资源共享。网络也不是计算机专业的专有名词。电视、电话、通讯等等。n从技术上讲，计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，通过计算机来处理各种数据，再通过各种通信设备和线路实现数据的传输。n从组成结构来讲，计算机网络是通过通信设备和连线，将分布在相同或

3、不同地域的多台计算机连接在一起的集合。n从应用的角度讲，只要将具有独立功能的多台计算机连接在一起，能够实现各计算机间信息的交换，并可共享计算机资源的系统便可称为计算机网络。1.1.1什么是计算机网络1.1.2计算机网络的发展n计算机网络从诞生到现在已经过了四个发展阶段。n1面向终端的第一代计算机网络面向终端的第一代计算机网络-终端与终端与主机互连主机互连n2强调整体性能的第二代计算机网络强调整体性能的第二代计算机网络-主主机与主机互连机与主机互连n3以以OSI模型为基础的第三代计算机网络模型为基础的第三代计算机网络-网络与网络互连网络与网络互连n4宽带综合的第四代计算机网络宽带综合的第四代计算

4、机网络-多媒体多媒体信息互连信息互连 通讯的发展n1840-1930 电磁技术广泛用于通讯。n1844-1876 电话n1930-1960 电子技术用于通讯。微波通讯、海底电缆和卫星通讯等。n1969年美国国防部高级研究计划局年美国国防部高级研究计划局(DARPA)建成的建成的ARPANET实验网开始的实验网开始的.该网址有四个该网址有四个节点节点.以电话线作为主干网络以电话线作为主干网络,两年后两年后,建成建成15个个节点节点,进入工作阶段进入工作阶段.n1972年，年，Xerox 公司发明了以太网。公司发明了以太网。n1974 IBM提出系统网络体系结构。提出系统网络体系结构。n1975

5、DEC公司宣布自己的数字网络体系结构。公司宣布自己的数字网络体系结构。n1976 UNIVAC公司宣布自己的分布式通讯体公司宣布自己的分布式通讯体系结构。系结构。计算机网络的发展计算机网络的发展计算机网络的发展计算机网络的发展n1985年，美国国家科学基金会年，美国国家科学基金会（National Science Foundation,NSF)利用利用ARPANET 协议建立了用于科学研究和协议建立了用于科学研究和教育的骨干网络，教育的骨干网络，(NSFNET)1990年年NSFNET代替代替ARPANET成为国家成为国家骨干网。骨干网。计算机网络的发展计算机网络的发展n1992年，年，Int

6、ernet（因特网）学会成立，该（因特网）学会成立，该学会把因特网定义为学会把因特网定义为“组织松散的、独立的国组织松散的、独立的国际合作互联网络际合作互联网络”，“通过自主遵守计算协议通过自主遵守计算协议和过程支持主机对主机的通讯和过程支持主机对主机的通讯”。n1993年，美国伊利诺斯大学国家超级计算中年，美国伊利诺斯大学国家超级计算中心开发成功网上浏览工具心开发成功网上浏览工具Mosaic(后来发展成后来发展成为为Netscape)。使得各种信息可以方便的网上。使得各种信息可以方便的网上交流。交流。n1993年克林顿宣布正式实施国家信息基础设年克林顿宣布正式实施国家信息基础设施计划。施计划

7、。中国计算机网络的发展中国计算机网络的发展n1987年9月20日，钱天白教授通过意大利公用分组交换网在北京发出我国第一封电子邮件，与德国卡鲁斯尔厄大学进行通讯，揭开了中国人使用因特网的序幕。n1990年10月，中国正式在DDN-NIC,注册登记了我国的顶级域名。同年推出我国的域名体系。n1994年我国通过美国Sprint公司连入因特网。64KBPS.中国计算机网络的发展中国计算机网络的发展ChinaNET 中国公用互联网 1994ChinaGBN 中国金桥网 1998 （国家公用经济信息网）CERNET 中国教育和科研计算机网 1998CSTNet 中国科技网 1996UNINET 联通网CN

8、CNET 网通公司正在建设的互联网络CMNet 中国移动互联网计算机网络的发展n第一代；单台计算机为中心远程互联计算机网络的发展计算机网络的发展n第二代：完成网络体系结构和协议的研究。计算机网络的发展n第三代：开放式标准化计算机网络。计算机网络的发展n第四代：各种类型的网络全面互联，并向宽带化、高速化、智能化方向发展。提出三网合一的概念。计算机网络的定义与功能n1、网络的定义n计算机利用传输设备，连接一组计算机和其他设备。n定义： 将地理位置不同且具有独立功能的多个计算机系统通过通讯线路和通讯设备相互连接在一起，通过网络操作系统和网络协议软件进行管理，以实现资源共享和相互通讯的系统。注意：n多

9、用户系统和多机系统都不算计算机网络系统。1.1.3计算机网络的功能n（1）文件和打印服务n（2）通信服务n（3）邮件服务n（4）Internet 服务（5）管理服务n流量监测和控制n负载平衡n硬件诊断和失效报警n资产管理n许可证跟踪n安全审计n软件分发n地址管理n数据备份和数据恢复（6）电子商务n阅读有关资料1.1.4计算机网络的组成n除了书中所述。还可以从以下角度划分：n1、硬件和软件的组成n硬件： 计算机系统和终端、通信处理机、通信线路和通信设备。n软件：网络操作系统、网络协议软件、网络管理和网络应用软件2、资源子网和通讯子网n（1）通讯子网）通讯子网 （2）资源子网）资源子网nCommu

10、nication Control Processor CCP1.1.5 计算机网络的拓扑结构n计算机网络的拓扑结构1、总线拓扑结构2、星状拓扑结构3、环状拓扑结构4、树状拓扑结构5.混合型结构网络主干线网络主干线网络主干线网络主干线C建筑建筑网络中心网络中心网络中心网络中心网络中心网络中心宿舍群宿舍群A建筑建筑B建筑建筑办公网办公网办公网办公网网络框架网络框架网络框架网络框架网络框架网络框架校园网采集压缩系统FTP服务器WWW服务器E-MAIL服务器光盘制作系统用户LAN网络示意图网络示意图网络示意图网络示意图 网络示意图网络示意图网络示意图网络示意图1.1.6计算机网络分类n1 、根据网络的

11、覆盖范围进行分类n（1）广域网WAN（Wide Area Network）n几十到几千公里。2.5gbn（2）局域网LAN（Local Area Network）n几十到几千米。10kb-1000mbn（3）成域网MAN（Metropolitan Area Network）n几十公里。1000mb-2.5gb2、按网络的拓扑结构分类n（1）总现状n（2）星状n（3）环状n（4）树状n（5）全互联状n（6）网状n（7）不规则状3按网络协议分类n n 根据使用的网络协议，可以将网络分为：使用IEEE802.3标准协议的以太网(Ethernet)；使用IEEE802.5标准协议的令牌环网(Token

12、 Ring)；另外，还有FDDI网、ATM（Asynchronous Transfer Mode: 异步传输方式）网、X.25网、TCP/IP网等。n 4按传输介质分类n 根据网络使用的传输介质，可以将网络分为：双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络、无线网络(以无线电波为传输介质)和卫星数据通信网络(通过卫星进行数据通信)等。 5、根据网络传输技术进行分类n（1）点对点）点对点n（2）广播式）广播式6、其他网络分类方法n（1）控制方式 分布式 集中式n（2）信息交换方式 分组 报文 线路n（3）网络环境 企业 部门n（4）通信速率 低速 中速 高速n（5）网络配置 服务器 客户机n（6）传输介质

13、带宽 基带 宽带1.1.7 网络操作系统简介1UNIX操作系统操作系统 UNIX网络操作系统出现于20世纪60年代，最初是为第一代网络所开发的，是标准的多用户终端系统。在采用UNIX操作系统的网络上，所有应用软件、文件和数据都集中保存在一个地方，其他用户终端则通过网络来访问这些资源 。2Linux操作系统操作系统nLinux最初是由芬兰人Linus Torvalds于1991年开发出来，可以免费使用和自由传播的类Unix操作系统，主要用于基于Intel x86系列CPU的计算机上。n与Unix系统一样，Linux的基本思想有两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途，同时它们都尽可

14、能被编写得更好。 3NetWare操作系统nNetWare系列网络操作系统是Novell公司开发的专门用于管理网络的操作系统。在20世纪80年代初，Novell公司充分借鉴了UNIX操作系统的优点，吸收了UNIX的多用户、多任务的功能推出了NetWare网络操作系统。4Windows NT Server 4.0操作系统nWndows NT Server 4.0系列网络操作系统是由微软公司于1996年推出的一个网络操作系统，它是基于32位结构的操作系统。使用Windows NT Server 4.0可以得到很快的处理速度。因为Windows NT Server 4.0采用了多处理器的设计方法，通

15、常每增加一个CPU，系统的性能就可以提高80。Windows NT Server 4.0在应付多任务时采用了抢先式的处理方式，这样当一个正在运行的应用程序因错误不能顺利交出控制权时，就可以直接接管计算机，避免了系统的瘫痪，同时其他的应用程序也可以继续运行。 5Windows 2000 Server操作系统nWindows 2000 Server是微软公司于2000年推出的新一代网络操作系统，是在Windows NT Server 4.0的基础上，专门为部门工作组或中小型公司的中小型网络环境所开发的网络操作系统，是Windows NT Server 4.0的升级产品。Windows 2000 S

16、erver在稳定性、可靠性等方面都有所改进，它的性能更好，工作更加稳定，管理更加容易，成为中小型局域网用户首选的主流服务器操作系统。6Windows.NET Server操作系统nWindows.NET是微软公司继Windows 2000与Windows Me之后于2001年11月推出的又一个系列版本的操作系统，它集Windows 2000的安全性、可靠性及Windows Me的易操作性等众多优异性能与一身，是微软公司Windows操作系统的另一颗新星。nWindows.NET Server是Windows 2000 Server的升级版本，它不仅继承了老系统的优秀功能与特性，又在内部添加了许

17、多全新的功能与特性，大大地提高了Windows.NET Server的易用性、安全性、高效性和集成性。 1.2局域网基础局域网基础 n局域网(Local Area Network)，简称LAN，它是将较小地理区域内的计算机、打印机和数据通信设备连接在一起的通信网络。LAN具有网络覆盖的地理范围有限(距离25km)、传输速率高(10Mbps1000Mbps)、延迟小、误码率低(10-8 10-10)、为一个单位所拥有的重要特点。局域网是应用最为广泛的一类网络。n目前接入Internet最常用的局域网技术之一就是以太网（IEEE802.3），因此我们下面介绍以太网的基础知识。1.2.1局域网的设备

18、以太网设备可分为三类：传输介质、网卡和汇接设备。1传输介质传输介质 传输介质包括同轴电缆、双绞线、光纤等。2网卡网卡 网卡包括常用的ISA或PCI以太网插卡或主板集成部件，还包括路由器的以太网接口卡等部件。3汇接设备汇接设备 汇接设备包括中继器、集线器、网桥、交换机、路由器等。 1.2.2 局域网的传输介质局域网的传输介质n1. 双绞线双绞线n双绞线是两根相互绝缘的导线按一定距离绞合而成的，从而使外部的电磁干扰降到最低限。通常双绞线做成电缆形式(封装一对或一对以上的双绞线)。双绞线按特性可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两种 双绞线n4对线序排列顺序n4对 8根 n橙白、橙 n

19、绿白、绿n蓝白、蓝n褐白、褐2.同轴电缆n 同轴电缆的核心部分是一根导线，导线外有一层起绝缘作用的塑性材料，再包上一层金属网，用于屏蔽外界的干扰，最外面是起保护作用的塑性外壳。同轴电缆的抗电磁干扰特性强于双绞线，传输速率与双绞线类似，但它的价格也高，几乎是双绞线的两倍。同轴电缆3.光缆光缆n光缆又称光纤电缆。光纤是由非常透明的石英玻璃拉成细丝(光导纤维)做成。光缆主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8100mm，正是这个纤芯用来传导光波，包层较纤芯有较低的折射率。光缆4.微波频率范围 1-20 GHZ5.传输介质的选择根据不同的需要和不同的场合选择根据不同的需要和不同的场合

20、选择不同的传输介质。同轴电缆、双绞不同的传输介质。同轴电缆、双绞线、光缆和无线线、光缆和无线1.2.3 局域网的工作模式局域网的工作模式n根据计算机在网络中扮演角色的不同，目前的计算机局域网主要分为对等式网络、客户机/服务器式网络和混合式网络3种类型。1. 对等网n对等网(Peer-to-Peer)也称为同级网络，就是在一个网络中不存在专用的服务器，每一台接入网络的计算机既是服务器，也是工作站台，拥有绝对的自主权。不同的计算机之间可以简单地实现互访，进行文件的交换和共享其他计算机上的打印机、光驱等硬件设备。2. 客户机/服务器网络n客户机/服务器网络也称基于服务器的网络。在这种网络中，必须有一

21、台服务器，这台服务器提供了网络的安全保护和管理功能。根据服务器在网络中执行任务的不同可分成很多类型，主要有文件服务器、打印服务器、数据库服务器、web服务器、E-mail服务器、FTP服务器、目录服务器等。在局域网中使用得最多的是文件服务器，利用文件服务器可以为网络中的用户提供共享文件服务，用户可以通过它交换、读取、写入和管理共享文件。 3. 混合网络n混合网络是指网络中的计算机既能以客户机的身份登录服务器，也可以不登录服务器，而与其他的客户机组成对等网。混合网络是客户机/服务器网络与对等网在特定环境下的组合。 1.2.4 Windows对等网的组建n1. 安装网卡安装网卡网卡网卡 网卡也叫“

22、网络适配器”，英文全称为“Network Interface Card”，简称“NIC”，网卡是局域网中最基本的部件之一，它是连接计算机与网络的硬件设备。无论是双绞线连接、同轴电缆连接还是光纤连接，都必须借助于网卡才能实现数据的通信。网卡网卡 网卡的主要工作原理是整理计算机上发往网线上的数据，并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。对于网卡而言，每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM（只读存储芯片）中的，我们把它叫做MAC地址（物理地址），且保证绝对不会重复。网卡网卡 我们日常使用的网卡都是以太网网卡。目前网卡按其传输速度来分可分为10M网卡、101

23、00M自适应网卡以及千兆(1000M)网卡。如果只是作为一般用途，如日常办公等，比较适合使用10M网卡和10100M自适应网卡两种。如果应用于服务器等产品领域，就要选择千兆级的网卡。 网卡网卡 网卡的作用，就是进行数据的转换和通信，为什么有了具体ip地址还用网卡地址（MAC）这问题，因为ip地址只是一个逻辑地址，而网卡的MAC地址是一个物理地址，在OSI七层模型的第二层（数据链路层），进行数据的转换就必须依赖于MAC地址，ip主要应用在第三层（网络层）。n2. 安装网络组件安装网络组件n3. 网络标识网络标识n4. 设置文件夹的共享权限设置文件夹的共享权限n5. 如何共享网络的资源如何共享网络

24、的资源1.2.5 以太网的原理 n在以太网标准中，有两种操作模式：半双工和全双工。半双工模式中，数据是通过在共享介质上采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议实现传输的。n以太网上的每台计算机都能独立运行，不存在中心控制器。 半双工通信（half duplex)n信息流向是两个方向的，但同一个时刻只限于一个方向。n每一端都可以使发送端，也可以是接受端。全双工通讯（fall duplex)信息流同时向两个方向的通讯，即通信的一方发送信息的同时也接受信息。可用四线制，也可以用二线制。1.2.6以太网地址（MAC地址） n以太网地址，通常又被称为硬件地址或物理地址，因其属于局域网技术的M

25、AC子层的范畴，因此又被称为MAC地址。nMAC地址长度为6字节，共48 bit。单播单播/ /多播多播厂商号厂商号序列号序列号以太网地址字段以太网地址字段 1.2.7 以太网的帖格式n帧是以太网传输的基本单位，下图是以太网的帧结构：1.3 广域网基础n1公用电话网公用电话网(PSTN)n PSTN (Public Switched Telephone Network)，即公用交换电话网，其用户端接入速度是2.4kb/s，通过编码压缩，一般可达9.6kb/s56kb/s，需要异步Modem和电话线，投资少，安装调试容易，常常当作拔号访问方式，家庭访问Internet可采用此种方式。2.分组交换

26、网分组交换网(PDN)n分组交换是一种存储转发方式，它将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。能进行分组交换的公用数据网(Public Data Network)称为分组交换网(PDN)。在分组交换网上传输的线路可以是数字信道或模拟信道，目前大多数是数字信道。分组交换网采用国际电报电话咨询委员会(Consultative Committee of International Telegraph and Telephone，简称CCITT)制订的X.25通信协议，所以人们常把分组交换网叫作X.25网。3综合业务数字网(ISDN、ADSL)nISND(Int

27、egrated Service Digital Network)，即综合业务数字网，是电话网与数字网结合而成的网络。目前，我国对公众开放的综合业务数字网属窄带ISDN，ISDN用户使用普通电话线，但需要电信提供ISDN业务，采用数字传输。4数字数据网数字数据网(DDN)nDDN(Digital Data Network)，即数字数据网，是利用数字信道传输数据信号的数据传输网，这是一个半永久性连接电路的公共数据网。 5帧中继帧中继(Frame relay)n帧中继又称为快速分组交换，是一种由现有协议(X.25)新发展而来的网络传输技术，它使分组交换技术从窄带发展到宽带，其平均传输率是X.25的1

28、0倍。它采用一点对多点的连接方式，在传输信息量大的情况下可以超越传输线速度。6ATM技术nATM(Asynchronous Transfer Mode)，即异步传输模式，是由国际电报电话咨询委员会CCITT在1989年制订的一种高速网络传输和交换的信息格式。它的优势是可以把LAN与WAN融为一体，可以在同一条线路上实现高速率、高带宽地传输数据、音频、视频等信息，满足了多媒体信息的传输需要，而传统的电路交换模式要用不同的线路来传输不同类型的数据。 7.VPN 技术nVPN（Virtual Private Network）虚拟专用网，虚拟专用网是通过是通过公共网络实现远程用户或远程局域网之间的互联，具有通过点对点专线实现互联所具有的主要优点。它主要通过采用隧道技术，让报文通过如Internet或其他商用网络等公共网络进行传输。 1.4 IP地址与子网掩码n1.4.1 IP地址地址n1. IP地址的概念n每台计算机都必须由授权单位分配